基于Vissim的交叉口信號優化配時仿真評價

劉宜恩，劉易家，尹世德，許倫輝

（華南理工大學 土木與交通學院，廣州 510000）

交叉口信號配時是交通路網擁堵解決方案的一個重要手段，良好的配時方案不僅有助于緩解交通擁堵，提高通行能力[1]，同時可以提升城市的整體形象。信號的優化配時是交叉口不斷提升通行能力的一個重要手段，基于信號優化配時的評價也正逐漸成為交叉口優化的一個不可或缺的組成。

基于Vissim的仿真軟件對交叉口信號配時優化前后的交通狀況作出準確的評價，從而就優化方案的效果作出客觀的評判，得出優化方案的優劣[2]。文中以廣州市天河區天河北路與體育西路的交叉口為例進行評價。

1 道路及車流量設計現狀

1.1 交叉口環境及周邊狀況

研究節點為廣州市天河區天河北路與體育西路交叉口，為普通T形交叉口。天河北路為東西走向的城市主干道，西起廣州大道中，往東至五山路，全長約3.2 km，所研究交叉口位于其東往西700 m處；體育西路是一條南北向的城市次干道，北起天河北路，南至黃埔大道西，全長1600 m。2條道路橫跨整個天河區，成為天河CBD與外界連接的重要交通命脈，人流量、車流量巨大。項目所研究的交叉口及附近道路所在位置如圖1所示。

圖1 項目研究交叉口的位置Fig.1 Project study intersection location

天河北路與體育西路交叉口附近用地情況復雜，包含商業金融用地、體育用地、居住用地和教育科研用地，人流密集，且臨近地鐵站口。其用地情況如圖2所示。

圖2 交叉口附近用地情況Fig.2 Land use in the vicinity of intersections

1.2 交叉口節點范圍道路現狀

交叉口主干道為雙向8車道，進口道拓寬1條車道共5條車道，出口道收窄1條車道共3條車道；次干道為雙向6車道，進口道、出口道皆為3條，進口道有右轉專用道，受單獨信號燈控制，出口道有2條主路和1條輔路。設計簡圖如圖3所示，道路主要橫截面的幾何結構如圖4所示。

1.3 交叉口車流量現狀

根據道路設計規范，在為設計交叉口的信號配時方案時，大客車直行、右轉、左轉的折算系數分別為1.67，1.82和2.67，其中標準車=小客車+大客車×折算系數，其統計結果見表1。表中流量單位為pcu/h，即交通流量每小時。

圖3 交叉口設計簡圖Fig.3 Intersection design sketch

圖4 道路橫截面幾何結構Fig.4 Road cross-section geometry structure

表1 交叉口車流量的統計結果Tab.1 Statistical results of traffic flow at intersection

體育西路與天河北路交叉口為丁字形交叉口。天河北路東進口的車流分為直行、左轉和掉頭車流，體育西路南進口為右轉、左轉與掉頭車流，天河北路西進口車流分為右轉、直行和掉頭車流，共9股車流，如圖5所示。

圖5 交叉口各股車流Fig.5 Intersection traffic flow

對機動車通行權設置三相位信號控制，機動車、行人相位控制方案如圖6所示。

圖6 三相位信號控制方案Fig.6 Three-phase signal control scheme

第1相位為東西方向車流直行和西進口右轉車流通行，東西方向車流通行時長為65 s，西進口右轉車流通行時長為37 s，之后行人可以在南進口東西方向通行；第2相位為東進口左轉 （含掉頭）車流、南進口右轉車流和西進口掉頭車流通行，行人在西進口南北方向通行，通行時長為55 s；第3相位為西進口右轉車流、南進口左轉（含掉頭）車流通行，行人在東進口南北方向通行，通行時長為30 s。

經過現場調研，發現交叉口為固定配時，信號配時見表2，信號相位時序圖如圖7所示。

1.4 現狀Vissim仿真結果

根據以上道路設計、現狀車流量及信號配時，進行Vissim仿真。仿真時長5 min，現狀仿真評價結果如圖8所示。圖中的中英文對照如下[3-4]：

表2 交叉口固定信號配時Tab.2 Fixed signal timing at intersections

圖7 現狀信號配時時序圖Fig.7 Status signal timing sequence chart

aveQueue 平均排隊長度

Delay（All） 延誤時間

maxQueue 最大排隊時間

Movement 車流方向

Node 標記

Veh（All） 車輛總數

PersDelay（All） 人均延誤

Pers（All） 總延誤

tStopd（All） 總停車時間

Stops（All） 車均停車次數

2 改善方案與Vissim仿真

2.1 改善方案相位設計

在原有道路幾何設計和主要相位控制不變的情況下，利用實測車流計算關鍵車流、周期、綠信比，改善交叉口。針對西進口右轉車流與南進口左轉掉頭車流沖突，調整第3相位的信號配時，即南進口掉頭車流先通行10 s，再放行西進口車流的右轉；第1相位西進口右轉21 s后，再放行行人過街。改善后的相位順序如圖9所示。

圖8 現狀仿真評價結果Fig.8 Status simulation evaluation results

圖9 相位控制改善方案Fig.9 Phase control improvement scheme

2.2 改善方案信號配時

在設計交叉口的信號配時方案時，大車直行、右轉、左轉的折算系數分別為1.67，1.82和2.67。其中，標準車=小客車+大客車×折算系數，所得數據見表3。

表3 道路車流量與分析Tab.3 Road vehicle flow and analysis

根據飽和流量計算方法分析可知，若觀測到的車型都是標準小客車，則求出飽和流量S為

式中：S為飽和流量，pcu/h；h為排隊車輛第4輛車以后的車頭時距，s，為排除異常一般去掉最大值和最小值；n為數據的個數。

依據各流量的交通量及車道飽和流量，計算車道交通流量比，計算結果為

西進口直行：

西進口右轉：

東進口直行：

東進口左轉：

南進口左轉：

南進口右轉：

式中：y為相應進口流量交通流量比；q為相應進口交通量，pcu/h；S為直行、左轉車道飽和流量，pcu/h。

由此可知，東進口直行、西進口直行、東進口右轉為關鍵車流，有

在1個周期內，將黃燈時間與全紅時間分別設定為3 s、2 s，則損失時間為15 s，由韋氏最佳信號周期公式，可計算周期c為

此時，周期時長取120 s，則各相位有效綠燈時間（綠燈時間）為

西進口直行有效綠燈時間：

東進口直行有效綠燈時間：

南進口直行有效綠燈時間：

考慮到行人所需周期最少為25 s，因此第3相位時間取29 s，故周期取130 s。

2.3 改善方案的Vissim仿真結果

利用相位調整和信號配時對改善方案進行Vissim仿真，分析結果并做進一步的信號配時優化。多次仿真優化后，得到如圖10所示仿真結果。

3 結語

將改善方案的Vissim仿真結果，與現狀數據進行對比分析，主要提取車均延誤、停車時間、平均排隊長度、車均停車次數4個效益指標進行評價。對比分析結果見表4[5]。

圖10 相位調整及信號配時優化Vissim仿真結果Fig.10 Optimized Vissim simulation result for phase adjustment and signal timing

表4 現狀及改善方案的仿真結果對比Tab.4 Simulation results comparison of present situation and improvement scheme

由表可知，實施新方案后交叉口的車均延誤降低到了21.29 s，降低了22.3%；停車時間降低了24.24%，平均排隊長度和車均停車時間也有明顯的改善。信號交叉口服務水平與延誤時間的關系見表5。

表5 信號交叉口服務水平與延誤時間的關系Tab.5 Relationship between service levels and delays at signalized intersections

根據表4結果，對照表5，可知交叉口改善前后交叉口的車均延誤有了明顯降低，交叉口的服務水平由D上升為C。

參考文獻：

[1] 楊佩昆，吳兵.交通管理與控制[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2] 王玉鵬.基于VISSIM仿真的交叉口延誤分析[J].中國市政工程，2006，31（2）：85-87.

[3] 鄧文，彭愚.基于信號優化與VISSIM仿真的交叉口優化方法研究[J].交通標準化，2007，35（2）：161-164.

[4] 秦雅寢，熊堅.基于VISSIM仿真系統的城市路網評價—以昆明城市路網整治為例[J].昆明理工大學學報：理工版，2006，31（6）：87-89，117.

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