基于VISSIM仿真的濟南二環南路匝道通行效率對比研究

陳勇恒

摘 要：隨著城市快速路網的建成和完善，跨區長距離交通擁堵的情況可以極大地緩解。在此基礎上的高架路入口處的交通組織優化也同樣重要，可以在解決有無問題后對問題進一步優化，從而進一步緩解跨區長距離交通擁堵。本文以濟南市二環南路與銜接交叉口普遍采用的立交形式為例進行VISSIM仿真對比，對比入口匝道無信號控制、ALINEA控制、和匝道-交叉口協調控制的通行效率，得出快速路入口匝道協調控制的現實意義。

關鍵詞：入口匝道；VISSIM；區域交通

0引言

入口匝道是快速路與地面交通連接的重要節點，車輛通過匝道口與快速路合流時，由于車輛的交通行為較為復雜，合流時容易發生交通事故或導致這一區域交通堵塞，影響車輛的合流以及快速路車輛的行駛，嚴重時導致匝道車輛外溢。應對這些問題，保麗霞[1] 提出了分層協同優化的思想，構建了匝道的控制模型。本文在現有模型的基礎上繼續優化，對比協調控制優化方案仿真前后通行效率，分析優化方案是否適用于濟南市南二環高架，得出改進措施。

1.匝道協調控制的現狀情況

通過實地調查調查，二環南路在匝道區域存在以下問題：

（1）當快速路車流量過大時，進入快速路的車輛會在匝道處產生排隊現象，當排隊車輛過多時，將會阻礙地面交通的正常行駛。

（2）當車輛通過入口匝道與快速路車輛匯合時，由于兩者之間并沒有有效的協調控制辦法，兩股車流會產生顯著的合流沖突。

（3）由于車輛合流時車速較慢，在合流時，從入口匝道進入的車輛會影響到快速路上車輛運行，導致快速路后方車輛出現排隊現象。

（4）地面交通的信號控制只研究了地面交通的車流量，而沒有分析快速路帶來的影響，所以當排隊車輛過多時，原有信號控制方案加重了匝道入口處的交通壓力，增加了排隊長度。

（5）排隊長度過長時，會導致快速路車道的運行效率降低，這時必須依靠交警手動指揮引導車輛通過，以快速恢復快速路的正常通行。

根據現有的交通調查，結合匝道交通流理論，二環南路的運行狀態基于第二種與第三種之間，較為穩定。

2.匝道控制協調控制模型

2.1匝道單點控制的ALINEA控制模型

1991年 Papa Georgiou教授經過論證提出ALINEA控制算法，通過是利用經典自動控制理論建立起來的一種反饋控制方法[2]。：

ALINEA控制算法可以在多種交通狀況下進行模擬。即使變換系數變動很大，其仍然保持了一個很好的性能指標，所以ALINEA控制算法是匝道控制理想的模型。

2.2匝道-相鄰交叉口協調控制模型

本文通過運用基于入口匝道排隊調節的ALINEA優化控制模型來模擬入口匝道控制模塊[3]。

（1）ALINEA控制模

只用一個檢測器放在車道下游，由實測到的占有率-流量曲線中得到參數（期望目標占有率）就能實現該控制算法。

3. 實例驗證分析

3.1現狀參數

仿真選取的交叉口為濟南市二環南路與舜耕路交叉口，其中快速路路段長度為800m，入口匝道長度為150m南北向停車線之間的距離為50m，仿真時間為15min。設未經優化的入口匝道定時控制的匝道調節率為800veh/h。

（1）交叉口流量數據如下圖所示

（2）信號配時

根據現場調查的交叉口流量以及交叉口與銜接的入口匝道實際情況，我們把信號周期定為四相位，如圖為配時方案：

根據得到的交通量數據，我們根據上文的公式，可以算出交叉口的信號配時周期，因此得到綠燈時間。為了方便計算，把綠燈等為綠燈有效時間，省略了黃燈時間。

3.2仿真結果分析

通過調查取得的數據，對其運用了以下的三種控制方式分別做了仿真實驗：

①入口匝道無控制，銜接交叉口采用原配時方案，即單點信號定時控制；

②入口匝道采用ALINEA控制，相鄰交叉口采用原配時方案，兩者無協調；

③入口匝道控制與相鄰交叉口控制采用基于排隊調節的優化控制算法。

在仿真實驗中，我們運用以上的三種控制方法對車輛的總的行程時間來進行評價。其中總的行程時間，分別由快速路行程時間和地面上道路行程時間和入口匝道上的行程時間的總和。

根據我們從仿真實驗中得到的結果，第②種在匝道處運用了ALINEA控制，第③種運用了入口匝道的協調控制控制方式，雖然在匝道的行程時間比第①種控制方式多了一些，影響了通行能力，但是，我們能夠看到它在快速路行程時間和地面道路的行程時間分別比原先無控制的情況下改善了不少，并且，它在總的行程時間上得到了很大的提升。

4.結論

本文通過分析交通流的特性，入口匝道的運行機理，運用入口匝道與其銜接的交叉口協調控制理論，對現有匝道與相鄰交叉口進行VISSIM仿真，得出協調控制可以提高通行效率，緩解交通擁堵。進一步證明了入口匝道與銜接交叉口的優化控制對于解決快速路擁擠問題具有重要現實意義。

參考文獻：

[1]保麗霞，楊曉光.快速路進口匝道及其銜接交叉口的協調優化控制模型[J].中國公路學報，2009， 22 （2） ：82-87

[2]劉偉銘.高速公路系統控制方法[M].北京：人民交通出版社，1998

[3]張苗. 城市快速路入口匝道與銜接交叉口協調控制方法研究[D].長安大學，2011.