基于VISSIM的控江路與敦化路交叉口優化設計

馬曉旦，劉 杰 （上海理工大學 管理學院，上海 200093）

MA Xiaodan,LIU Jie (Management School,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)

0 引言

交叉口是不同方向的兩條以上道路的相交處，它是整個城市道路網不可缺少的組成部分[1]。機動車、非機動車、行人在交叉口匯集，它們之間的各種沖突，特別容易造成交叉口通行效率降低。交通擁堵會給人們的生活、工作帶來嚴重影響[2]。因此，要想使機動車、非機動車、行人在時間、空間上井井有序，各行其道，互不干擾，就要對平面交叉口進行合理渠化，并對信號燈進行科學配時，這是保證城市交通暢通無阻的非常重要的舉措[3-4]。

2014年，韓國學者Wonho Suh和Michael P.Hunter首次提出了利用蒙特卡洛法來減少交叉口處的機動車左轉沖突點的方法，這種方法將機動車左轉位置提前，它在疏緩交叉口處交通擁堵、減少車輛的平均延誤和縮短排隊時間甚至減小環境污染等方面都有顯著效果[5-6]。2014年，中國市政工程總院的陽蘭，根據信號交叉口的常見問題，為了使車輛最短時間、最快速度駛過交叉口，提出了拓寬、渠化車道等一系列方法[7-8]。

1 交通調查

1.1 交叉口現狀。根據實地調查和分析，本文選取上海市控江路—敦化路交叉口作為實例，對此信號交叉口做了交通組織優化研究。控江路—敦化路交叉口位于上海市南北主干道敦化路和東西主干道控江路的交匯處。該交叉口周圍有較多居民居住區以及各種商鋪，交通量大，行人多，極易造成交通沖突點，所以對其進行優化研究設計很有現實意義。

1.2 數據采集。本次交通量調查采用人工觀測法進行觀測，每個交叉口的進口道都安排一個觀測人員，分別對直行、左轉和右轉的機動車進行觀測，并且也要觀測不同的車型。調查時間為晚高峰17:00～18:00。調查結束后，對每個進口道的交通量進行整理換算得表1。

表1 控江路—敦化路交叉口晚高峰交通量

人工觀測現狀渠化并計時測出信號配時，繪出相關渠化圖（圖1）和相位信號配時圖（圖2）。

圖1 交叉口現狀渠化圖

圖2 交叉口現狀相位信號配時圖

2 建模仿真

2.1 現狀分析。根據調查到的控江路—敦化路交叉口晚高峰交通量及信號配時，利用VISSIM仿真軟件對其進行微觀仿真，并分別在各個進口道設置行程時間檢測器。記錄各個方向行駛車輛的平均延誤以及平均排隊長度。控江路—敦化路交叉口路網圖及機動車仿真圖如圖3和圖4所示。

圖3 控江路—敦化路交叉口的路網圖

圖4 控江路—敦化路交叉口機動車仿真圖

VISSIM仿真軟件有多種評價指標，這些指標的輸出方式包括在線顯示、文本文檔以及數據庫表格。本文根據控江路—敦化路信號交叉口的實際交通現狀，主要選取延誤、排隊長度對該信號交叉口交通組織進行評價。如表2所示。

表2 控江路—敦化路各進口道平均延誤以及排隊長度

通過仿真出的數據評價報告可以看出延誤最大的是西進口道，第二是東進口道，所以最大的問題是東西進口道帶來的延誤使得交叉口產生沖突。從平均排隊長度的表格中可以看出，西進口道的平均排隊長度最大，所以要想提高交叉口運行效率，需要對東西進口道進行優化。

2.2 問題分析。通過對上海市控江路—敦化路信號交叉口的現場調查與分析，可知該交叉口主要存在的具體交通問題如下：（1）左轉車與直行車不僅采用同一個信號相位，而且采用同一條機動車道，造成交叉口機動車延誤較大。（2）高峰時段，右轉機動車與直行非機動車之間的沖突嚴重，也會造成交叉口混亂及車輛延誤。（3）由于渠化及配時不合理，導致各進口的直行車輛排隊較長，增加了排隊長度及排隊時間。

2.3 優化設計。為了提高交叉口的通行能力，減少機動車與行人的沖突，使行人與機動車更加安全地穿越交叉口，本文對控江路—敦化路信號交叉口提出了以下幾個交通優化方案：（1）由于東西方向延誤較多，所以需要對東西方向的進口道進行優化，拓寬進口道，在交叉口處將原來的兩個進口道改為三個進口道，寬度由原來的3.5m改為3m。（2）東西進口直左、直右車道渠化出專左，直行車道和直右車道三條進口道，減少左轉與直行沖突。（3）東西的出口道由原來的3.5m變為3m，從而達到不影響非機動車道和行人道的寬度拓寬進口道。

信號相位由原來的兩相位改成三相位，具體表現為：東西進口設置左轉專用相位，將東西方向的左轉車輛和直行車輛分開放行，減少車輛之間的沖突，緩解交叉口的擁堵狀況。

優化后的信號配時方案為：信號周期118s，其中第一相位綠燈時間為60s，黃燈3s，全紅2s。第二相位綠燈時間為20s，黃燈3s，全紅2s，第三相位綠燈時間為23s，黃燈3s，全紅2s。

根據優化后的道路渠化以及信號配時，對該交叉口再次進行VISSIM仿真，并與優化前的各數據進行對比分析。控江路—敦化路交叉口優化后的路徑圖如圖5所示，仿真如圖6所示。

圖5 優化后交叉口路徑圖

圖6 優化后交叉口機動車仿真圖

重新對VISSIM仿真的輸出文件的數據進行整理，得出優化后控江路—敦化路交叉口各進口道車輛的平均延誤和平均排隊長度，如表3所示。

表3 優化后各進口道平均延誤以及平均排隊長度

由仿真出的評價報告可以看出平均延誤以及平均排隊長度這兩大指標的變化。一是各個進口道的平均延誤都有所減少，尤其是東西進口道；二是各個進口道的平均排隊長度也明顯減小。評價等級也由D上升到B，說明優化后的方案能夠提高交叉口的通行效率，使得交叉口的通行能力得到改善，也使得行人與機動車的沖突大大減少，可以有效改善交叉口的擁堵情況。

3 結 論

城市平面交叉口交通流向多變，并且是機動車和行人交匯的地方，因此特別容易導致交通擁擠而造成車輛延誤，甚至引發交通事故。因此，為了改善交通現狀、提高交通效率、減少交通事故的發生，對城市平面交叉口進行合理的交通組織優化是極其重要的。我國對信號交叉口交通組織優化的研究方法和理論都沒有國外的成熟，但是國外與我國城市混合交通的交通特征以及人口、地域因素不相兼容，所以他們的研究方法和理論不能直接借鑒。因此，對于城市信號交叉口交通組織的優化需要我們進一步研究。

因此，本文以現有交通組織研究為基礎，選取控江路—敦化路信號交叉口作為研究實例，通過分析實例信號交叉口的交通現狀及具體交通問題，并結合該交叉口的實際情況，分別從渠化交通和信號配時兩方面做出了優化方案，同時利用交通仿真軟件VISSIM對交叉口優化前后建立模型及仿真運行。并選取兩大特征參數（平均排隊長度和平均延誤）作為評價指標，通過圖和表的形式評價、對比，分析了控江路—敦化路交叉口的現有方案以及優化方案，得出了優化方案的平均延誤以及平均排隊長度較之前明顯減小，論證了優化設計方案的可行性。