基于微觀仿真的世紀路與華光路 交叉口服務水平研究及優化

重慶交通大學

摘要：以世紀路與華光路交叉口為例，調研平面信號交叉口信號配時、交通量及延誤、通行能力等情況，并運用VISSIM軟件進行交通流微觀仿真分析，得到交叉口服務水平及交通擁堵問題所在，并提出相關優化建議。

關鍵詞：信號配時；通行能力；服務水平；VISSIM仿真

隨著我國經濟建設的快速發展，城市化進程不斷推進，城市交通量迅速增長，交通出現了日趨緊張的局面，引發了一系列如延誤增加、行車時間長等交通問題，整個城市的經濟發展受到制約，緩解交通擁堵問題已迫在眉睫。而對于城市道路而言，交叉口是城市交通的關鍵，大量事實也證明交叉口的擁擠現象最嚴重，解決交叉口的問題迫在眉睫。

1.世紀路與華光路交叉口研究

世紀路與華光路的交叉口，西鄰義務小商品城，東接大潤發，南接區政府，北接世紀花園，地理區位、交通作用、社會影響舉足輕重。隨著淄博市機動車的迅速增長，道路交通狀況不良，交通基礎設施滯后，交通擁堵交通事故問題明顯。而單純依靠修建道路或者擴充現有的交通基礎設施來解決交通問題，不僅成本昂貴、環境污染嚴重，對交通問題的緩解效果也十分有限。因此，本文主要從交通管控入手，充分利用現有交通資源，挖掘現有交通設施潛力，提高交通資源使用效率和交通網絡運營效率。

1.1交叉口具體概況

世紀路與華光路交叉口采用定時信號控制方式，組織形式為十字交叉，且交叉口已經渠化，有分離島和行人過街安全島。其具體幾何線形如下圖所示：

圖1 世紀路與華光路交叉口幾何線形CAD圖

表1 世紀路與華光路交叉口道路幾何線形調查表

單位進出口方向

東西南北

進口道出口道進口道出口道進口道出口道進口道出口道

路幅寬度m22.522.522.522.522.522.520.517.9

車道數條54545454

車道寬m3.53.53.53.533.533.2

中央分隔帶寬度m000.450.450000

機非分隔寬度m00000000

非機動車寬度m3.53.53.53.53.43.433

人行道寬m44443333

1.2交叉口信號配時情況

世紀路與華光路交叉口信號配時情況如下表所示：

表2 交叉口信號配時表

信號配時及相位

南北左轉南北直行東西左轉東西直行

圖解

配時綠燈時間28s

黃燈時間3s

紅燈時間118s

P周期T=149s黃燈時間3s

紅燈時間97s

綠燈時間49s

P周期T=149s綠燈時間32s

黃燈時間3s

紅燈時間114s

P周期T=149s黃燈時間3s

紅燈時間118s

綠燈時間28s

P周期T=149s

1.3交叉口交通量及延誤調查

采用人工法調查世紀路與光華路交叉口交通量及延誤情況，其中，交通量調查包括各進口道12h內交通量分布和進口道車型分布；交叉口延誤包括總延誤及平均延誤分布。

（1）交叉口交通量分布情況：

世紀路與光華路交叉口交通量12h內各進口的交通量分布情況，如下圖所示：

圖2 世紀路與華光路交叉口進口交通量時段分布

由此可知，世紀路與華光路交叉口流量早中晚高峰分別為：早上7：00-9：00；中午11：00-13：00；下午16：00-18：00。其中，南北進口的交通量比東西進口大。

圖3 世紀路與光華路交叉口進口道車型分布

由此可知，世紀路與光華路交叉口主要以客車流為主，貨車相對較少。其中，南北交通量壓力較大，北進口高峰小時雙向交通量達2300pcu，但未超過世紀路設計通行能力。

（2）交叉口延誤分布情況：

交叉口延誤是由于交通干擾以及交通管理和控制設施等因素引起的運行時間損失，以秒或分鐘計，具體方法如式（1-1）所示。根據調查數據，采用該法進行統計匯總，得到世紀路與華光路交叉口延誤狀況，如下圖所示：

總延誤=總停駛車輛數 * 抽樣時間間隔，（輛·秒）

單個停駛車輛平均停車延誤 = 總延誤 / 停駛車輛數，（秒）

單個入口車輛平均停車延誤 = 總延誤 / 入口交通量，（秒） 式（1-1）

圖4 交叉口總延誤平均延誤分布情況

圖5 交叉口平均延誤平均延誤分布情況

交叉口的停駛車總延誤及平均延誤長，停駛車輛大，交叉口擁堵。其中，東進口最為擁堵，故要改善該交叉口的交通狀況，首先應考慮優化東進口交通控制，減少東進口停車，緩解擁堵現象。

1.4交叉口通行能力分析

十字形交叉口的設計通行能力等于各進口道設計通行能力之和，而進口道設計通行能力等于各車道設計通行能力之和，各車道通行能力計算公式如下：

（1）一條直行車道的設計通行能力計算公式：

式中 ——一條直行車道的設計通行能力（pcu/h）

T—— 信號燈周期（s）

——信號每周期內的綠燈時間（s）

——綠燈亮后，第一輛車啟動、通過停車線的時間（s），可取2.3（s）

——直行或右行車輛通過停車線的平均時間（s）

——折減系數，可取0.9

車輛平均通過停車線的時間與車輛組成、車輛性能、駕駛員條件有關。根據調查，不同車型所組成的直行車隊值分別為：小型車，=2.5s；大型車，=3.5s；拖掛車，=7.5s。

（2）直右車道通行能力計算公式

=

式中 ——一條直右車道的設計通行能力（pcu/h）

（3）直左車道設計通行能力計算公式

式中 ——一條直左車道的設計通行能力（pcu/h）

——直左車道中左轉車所占比例

（4）直左右車道設計通行能力計算公式

=

式中 ——一條直左右車道的設計通行能力（pcu/h）

基于交叉口調研數據及車道通行能力計算公式，得到世紀路與華光路交叉口設計通行能力，如下表3所示。

表3 世紀路與華光路交叉口設計通行能力

進口道車道數T 車道組通行能力pcu/h）是否達到臨界值

東4149282.32.50.9830是

西4149282.32.50.9859否

南5149492.32.50.92135否

北5149492.32.50.91970否

2.世紀路與華光路交叉口微觀仿真

2.1微觀模擬平臺構建

VISSIM為德國PTV公司開發的微觀交通流仿真軟件系統，用于交通系統的各種運行分析，是分析許多交通問題的有效工具。本文基于世紀路與華光路交叉口具體調研數據，利用VISSIM軟件對其進行微觀仿真分析。其具體模擬平臺構建步驟如下：

（1）選取世紀路與華光路交叉口地圖作為底圖；

（2）基于底圖，按照道路的實際屬性，生成交叉口各進口的各條道路，再生產交叉口各個路段的鏈接，將創建的路段連接起來，使車輛能夠按其既定的運行方向通過交叉口，從一個路段運行到另一個路段，得到交叉口運行模擬圖；

（3）根據對實際調研數據，設置不同進口道的交通組成；

（4）確定車輛的路徑選擇，及確定在交叉口各進口去向不同的車輛；

（5）設置信號相位，根據交叉口的現狀，輸入信號配飾參數；

（6）設置數據采集參數，本次仿真需要的數據包括機動車流量、延誤和排隊長隊，設置方針時間1000s，每100s統計一次數據；

（7）設置方針參數，仿真時間1000s，仿真速率0.01；

2.2交叉口微觀仿真現狀評價

根據交通車流量數據和交通信號相位控制策略，對世紀路與華光路交叉口進行交叉口的車流量現狀仿真，得其仿真圖，如圖2所示。

圖2 世紀路與華光路交叉口三維仿真圖

在仿真評價結果中，選擇行程時間和排隊長度進行評價，得到交叉口服務水平，如下表示：

表4 交叉口現狀仿真結果

西進口東進口南進口北進口

左轉直行左轉直行左轉直行左轉直行

行程時間（s）52.545.57170.578.949.498.961.8

排隊長度（m）49.89.316.834.124.35455

延誤（s）30.427.239.847.753.828.772.740.3

表5 交叉口服務水平標準

服務水平等級ABCDEF

平均停車延誤≤5.05.1-15.015.1-25.025.1-40.040.1-60.0>60.0

從上表可知，南北進口延誤最大，達到E級。其中，北進口左轉延誤達到86.5s，服務水平F級；北進口直行服務水平E級。

3.世紀路與華光路交叉口優化建議

（1）實行錯時上下班

世紀路與華光路交叉口擁堵集中在交通高峰期，錯時上下班能夠把交通量均分到不同的時間段內，削減高峰期間的交通量。

（2）加強道路交通管理

加強道路交通管理，禁止車輛隨意占用車道停車，加大對機動車、非機動車違法的執法力度，并及時向公眾提供交通信息，通過各種手段營造秩序井然、暢通的交通環境。