長安路小寨交叉口仿真及改善分析

許超然，王新營

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

引言

當(dāng)今社會，中國各大城市的大部分信號交叉口都有不同程度的交通擁堵和阻塞，信號交叉口的交通容量調(diào)查和改善都是基于“暢通項(xiàng)目”這一個(gè)主要的任務(wù)實(shí)施。加強(qiáng)我國各個(gè)城市的交通管理要求，積極展開城市平交路口的研究，同時(shí)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展中，線控系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)技術(shù)積極發(fā)展，實(shí)施于城市交通之中，能有效解決城市交叉口的“瓶頸”問題，在中國城市交通的研究方向比較成熟。

本文運(yùn)用VISSIM仿真軟件，以西安小寨路口為例，模擬了仿真結(jié)果，模擬輸出參數(shù)和信號交叉的基本特征，分析了存在的問題。并對信號控制最佳的時(shí)機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)研究。

1 交通仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀

直到1960年左右，人們普遍認(rèn)識到使用模擬技術(shù)研究交通流狀態(tài)的可行性和可行性，并開發(fā)了一些交通系統(tǒng)。第二階段是發(fā)展時(shí)期，出版了大量論文和專著，重點(diǎn)關(guān)注交通流模擬方法及其模型。 同時(shí)，開發(fā)了大規(guī)模交通系統(tǒng)仿真應(yīng)用程序。 這些軟件基于宏觀交通仿真模型和微觀交通仿真模型分為兩類。 第三階段是成熟期，交通系統(tǒng)仿真技術(shù)發(fā)展迅速，在美國得到廣泛應(yīng)用。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助工具，利用其再現(xiàn)，連續(xù)性模擬交通，通過對交通容量和運(yùn)行特性的研究。在通行能力調(diào)查方面，有使用模擬模型進(jìn)行國內(nèi)和海外能力調(diào)查的例子。例如，美國HCS（公路容量軟件）軟件系統(tǒng)等。中國東南大學(xué)的研究機(jī)構(gòu)也對路段和交叉路口能力進(jìn)行研究。目前，中國公路運(yùn)輸局加強(qiáng)了適合中國的相關(guān)模擬軟件的研發(fā)，并正在努力按照國際標(biāo)準(zhǔn)靠攏。

2 小寨交叉口現(xiàn)狀分析

2.1 小寨交叉口簡介

西安小寨路口位于長安路，小寨東路與小寨西路交匯處，該叉口位于繁華的小寨十字商務(wù)區(qū)，周圍有許多商業(yè)設(shè)施，如軍事服務(wù)機(jī)構(gòu)，小寨郵電局，西安國際貿(mào)易中心，好又多超市，百盛購物廣場。 而且，通過交叉路口的公交車數(shù)量非常大，交叉路口的交通狀況非常復(fù)雜。

由于小寨天橋的建設(shè)，交通流量與人流量有效分離，交通壓力有所緩解，但近年來汽車數(shù)量增加的飛快。 道路通行的必要性不能在有效的綠燈時(shí)間內(nèi)完成，汽車聚集在道路的中心，導(dǎo)致交叉口的交通擁堵和混亂，交叉口的交通通行量大大減少。

小寨路口南北方向?yàn)殡p向8車道，東西方向?yàn)殡p向6車道，兩相位控制的使用是常規(guī)交叉口通用的控制方法，交叉口位置和交通問題是城市交通的典型問題。 可以通過對交叉口信號配時(shí)的分析，解決其問題。

2.2 小寨交叉口數(shù)據(jù)調(diào)研

在夏季工作日的早高峰時(shí)段（7:00-9:00）對小寨交叉口進(jìn)行分方向、分流向交通流量調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示道路上行駛的主要是小汽車和公交車。小寨交叉口的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 早高峰（7∶00-9∶00）小寨十字各進(jìn)口道交通流量統(tǒng)計(jì)

現(xiàn)階段小寨交叉口采用固定周期時(shí)長配時(shí)方案，交叉口現(xiàn)狀信號配時(shí)方案為：周期 148s，全紅時(shí)間 0s，黃燈時(shí)間3s，右轉(zhuǎn)不限；第一相位（南北直行）綠燈時(shí)間 64s，紅燈時(shí)間 81s；第二相位（南北左轉(zhuǎn)）綠燈時(shí)間 21s，紅燈時(shí)間128s；第三相位（東西直行+左轉(zhuǎn)）綠燈時(shí)間54s，紅燈時(shí)間91s。

3 小寨交叉口現(xiàn)狀仿真分析

3.1 小寨交叉口現(xiàn)狀仿真

本文通過西安小寨路口仿真軟件模擬交通流量，如圖 1所示。為了使仿真結(jié)果準(zhǔn)確可靠，有必要保證仿真輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。 在本文中，我們將使用實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)作為模擬輸入數(shù)據(jù)。 仿真過程使用仿真軟件包的流量模塊和流量控制模塊來分析和輸出所需的結(jié)果，如交叉口的實(shí)際交通量，流量延遲，服務(wù)水平等。

首先創(chuàng)建路網(wǎng)，打開VISSIM，把在CAD中精確畫出的路網(wǎng)圖導(dǎo)入 VISSIM，根據(jù)實(shí)地調(diào)查得到的交叉口車道數(shù)、車道寬度等創(chuàng)建路段和連接器從而初步建立路網(wǎng)模型。接著，加載交通量。將實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)的路段流量添加到路網(wǎng)中，建立路徑，按流量轉(zhuǎn)向比例對路徑流量進(jìn)行分配。第三步設(shè)置各個(gè)路口干道方向的行程時(shí)間檢測區(qū)段以及排隊(duì)計(jì)數(shù)器。設(shè)置完成后點(diǎn)擊開始按鈕開始仿真，對設(shè)置不合理的及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正，最終得到較為準(zhǔn)確的仿真結(jié)果。

使用VISSIM仿真軟件研究道路交通數(shù)據(jù)并模擬交叉口的幾何形狀、交通流量以及當(dāng)前信號時(shí)序方案。模擬時(shí)間為0 - 3600秒，統(tǒng)計(jì)開始時(shí)間為300秒，結(jié)束為 3000秒，統(tǒng)計(jì)間隔為100秒。

圖1 優(yōu)化前運(yùn)行效果圖

從圖中可以直觀地看到南北方向也就是長安中路方向交通比較通暢，沒有嚴(yán)重的擁堵現(xiàn)象出現(xiàn)，而東西方向也就是小寨東路和西路在交叉口處比較擁堵，排隊(duì)長度較長，這個(gè)現(xiàn)象不僅能從運(yùn)行圖上直觀地看到，也可以通過VISSIM中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能看出其排隊(duì)長度及排隊(duì)次數(shù)、行程時(shí)間統(tǒng)計(jì)、延誤時(shí)間的情況。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果、對流量流向的分析比較，以及通過對交叉口的VISSIM仿真分析，發(fā)現(xiàn)小寨交叉口東西方向車輛排隊(duì)時(shí)間較長，直行車輛在一個(gè)信號周期內(nèi)不能全部通過交叉口。對此提出兩種解決方案：一種是進(jìn)行渠道優(yōu)化，一種是優(yōu)化信號配時(shí)。所謂渠道優(yōu)化就是在東西方向也就是小寨路上拓寬一條直行車道，本文選取優(yōu)化信號配時(shí)的方案。優(yōu)化后的信號配時(shí)為：周期 149s，全紅時(shí)間 0s，黃燈時(shí)間3s，右轉(zhuǎn)不限其中第一相位（南北直行）顯示時(shí)間（69+3）s；第二相位（南北左轉(zhuǎn)）顯示時(shí)間（20+3）s；第三相位（東西直行）顯示時(shí)間（45+3）s；第四相位（東西左轉(zhuǎn)）顯示時(shí)間6s。

3.2 優(yōu)化后交叉口仿真評價(jià)

優(yōu)化后，運(yùn)行VISSIM仿真軟件，其效果圖如圖2所示。從圖中可以直觀地看到東西方向也就是小寨東路和西路在交叉口處擁堵現(xiàn)象明顯減少，排隊(duì)長度也相應(yīng)地減小，這個(gè)現(xiàn)象不僅能從運(yùn)行圖上直觀地看到，也可以通過VISSIM中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能看出，其排隊(duì)長度及排隊(duì)次數(shù)、行程時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖、時(shí)間延誤的情況。

圖2 優(yōu)化后運(yùn)行效果圖

分別對比優(yōu)化前后的排隊(duì)長度及排隊(duì)次數(shù)、行程時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖、時(shí)間延誤的情況可以得出：平均隊(duì)列長度減小，隊(duì)列計(jì)數(shù)相應(yīng)減少，向西的行進(jìn)時(shí)間縮短，可以進(jìn)一步改善信號定時(shí)優(yōu)化，來提高交叉口的交通效率和性能。

4 結(jié)論

交叉口是城市交通的瓶頸，交叉口交通管制是解決城市交通問題的關(guān)鍵。交通運(yùn)輸部門和有關(guān)專家注意到，僅靠交通設(shè)施的建設(shè)已不能滿足道路需求，逐漸轉(zhuǎn)向交通管理領(lǐng)域的研究。由于中國交通混行的這一大特點(diǎn)，許多外國人的成功經(jīng)驗(yàn)不能直接用于參考。中國的交通管理思路和方法尚不成熟，也不完善。因此，對信號交叉口交通控制的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在此基礎(chǔ)上，本文總結(jié)了現(xiàn)有交叉口交通流的特點(diǎn)，更新了信號時(shí)序等控制策略，提高了信號交叉優(yōu)化方法的性能，結(jié)合VISSIM仿真軟件和信號配時(shí)優(yōu)化的方法，直觀，生動(dòng)地反映了優(yōu)化效果，可以為交叉信號的優(yōu)化提供標(biāo)準(zhǔn)。