基于VISSIM 仿真的信號(hào)交叉口延誤分析
——以烏魯木齊市某交叉口為例

王小艷

（ 新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊831400）

信控交叉口的延誤是因?yàn)榻徊婵谔幮盘?hào)控制從而引起交通流間斷而損失的車輛行駛時(shí)間。 信號(hào)交叉口延誤是評(píng)價(jià)該交叉口服務(wù)水平和運(yùn)營(yíng)效率的重要指標(biāo)，它不僅反映了使用者通過信控交叉口時(shí)多承受的時(shí)間代價(jià)，還反映了信控交叉口在整個(gè)城市道路系統(tǒng)中的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)[1]。 信號(hào)交叉口運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好，則延誤相對(duì)較低；反之則高。

1 信號(hào)交叉口延誤的計(jì)算方法

信控交叉口延誤的計(jì)算主要包括三類，即調(diào)查法、分析法和仿真法。 調(diào)查法需要大量的實(shí)際數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)， 耗費(fèi)較多人力和物力，且計(jì)算結(jié)果仍可能存在較大偏差；分析法是在一定的假設(shè)條件基礎(chǔ)上通過建立數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出延誤數(shù)據(jù)，缺乏排除眾多干擾因素的能力，有時(shí)難以反映實(shí)際情況；仿真法則是基于相關(guān)軟件模擬車輛運(yùn)行過程，通過調(diào)整控制參數(shù)，分析不同方案從而得到相對(duì)滿意的結(jié)果， 但仿真法要求使用者能熟練使用并充分了解仿真軟件[1-2]。

當(dāng)進(jìn)口道飽和度較小時(shí)， 各進(jìn)口道上每車平均延誤可根據(jù)修正的Webster 公式計(jì)算：

d (i,j)——i 交叉口與j 交叉口相鄰進(jìn)口道上的車輛平均延誤；

T——信號(hào)周期；

Q——進(jìn)口道交通量；

當(dāng)進(jìn)口道飽和度較小時(shí)，利用Webster 公式計(jì)算結(jié)果較為合理，但當(dāng)進(jìn)口道飽和度較大時(shí)，該公式計(jì)算結(jié)果偏大[3]。 美國(guó)《 通行能力手冊(cè)》(HCM)中則建議用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：d- 車道組中每車平均停車延誤，秒/輛；

PF- 調(diào)整系數(shù)。

d1- 標(biāo)準(zhǔn)停車延誤(秒/ 輛)，假定車道上車輛到達(dá)在時(shí)間上均勻分布時(shí)產(chǎn)生的延誤；

d2- 累積停車延誤(秒/輛)，表示超過均勻到達(dá)的基礎(chǔ)上，隨時(shí)到達(dá)的累積延誤以及由于周期實(shí)效引起的附加延誤（ 具體計(jì)算方法查閱HCM）。

信號(hào)交叉口進(jìn)口道和整個(gè)交叉口延誤的計(jì)算是對(duì)各車道組延誤按到達(dá)流率加權(quán)平均：

式中：dj- 進(jìn)口道j 的平均延誤，秒/輛；

di- 車道組i 的平均延誤，秒/輛；

qi- 車道組i 的到達(dá)流率，pcu/h。

式中：qj- 進(jìn)口道j 的到達(dá)流率，pcu/h；

D- 整個(gè)交叉口的平均延誤，s/輛。

2 以克拉瑪依西路- 南昌北路(金沙江路)交叉口為例計(jì)算延誤

為掌握該交叉口的現(xiàn)狀情況， 分析其交通特征，2017 年11月1 日對(duì)該交叉口路況、 流量等進(jìn)行了調(diào)查。 調(diào)查時(shí)間為19：00～21：00，持續(xù)2 個(gè)小時(shí)，調(diào)查進(jìn)行順利，結(jié)果真實(shí)可靠。 克拉瑪依西路- 南昌北路(金沙江路)交叉口位于新疆烏魯木齊沙依巴克區(qū)，為信號(hào)燈控制交叉口，信號(hào)周期126s，共3 個(gè)相位，第一相位東進(jìn)口直行（ 綠燈45s+ 綠閃2s），第二相位西進(jìn)口直行及左轉(zhuǎn)（ 綠燈35s+ 綠閃2s），第三相位南北左轉(zhuǎn)及南進(jìn)口直行（ 綠燈25s+綠閃2s）。 交叉口現(xiàn)狀平面圖及各個(gè)進(jìn)口交通流量見圖1。用停車線法[3]計(jì)算交叉口通行能力，飽和度詳見表1。 由表可以看出，交叉口各個(gè)進(jìn)口道中西進(jìn)口流量相對(duì)較大，高峰小時(shí)交通量達(dá)1169pcu/h。 計(jì)算此交叉口通行能力及飽和度，發(fā)現(xiàn)該交叉口西進(jìn)口、 南進(jìn)口和北進(jìn)口飽和度分別為0.63、0.64 和0.63，服務(wù)水平均處于C 級(jí)[4]。

圖1 克拉瑪依西路-南昌北路交叉口現(xiàn)狀平面圖及交通流量圖

表1 克拉瑪依西路- 南昌北路交叉口通行能力及每車信控延誤表

3 現(xiàn)狀交叉口存在的問題分析及建議， 基于VISSIM 軟件仿真

VISSIM 仿真模型思路： 一旦后車駕駛員認(rèn)為他與前車間距小于其心理安全距離時(shí)，后車駕駛員就開始減速。 由于后車駕駛員并不能準(zhǔn)確判斷前車車速，因此后車車速會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)低于前車車速， 直到前后車間距達(dá)到另一個(gè)心理安全距離時(shí)，后車駕駛員開始逐步加速，由此周而復(fù)始，形成一個(gè)加減速迭代過程。 利用VISSIM 仿真軟件，對(duì)上述交叉口運(yùn)行情況進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)第三相位沖突點(diǎn)，該交叉口信號(hào)配時(shí)中南進(jìn)口直行與北進(jìn)口左轉(zhuǎn)同相位，車輛在行駛過程中產(chǎn)生了沖突點(diǎn)，對(duì)車輛安全行駛和交叉口通行能力均有影響。 對(duì)此交叉口信號(hào)相位配時(shí)進(jìn)行調(diào)整， 利用VISSIM 軟件對(duì)改善后交叉口情況進(jìn)行仿真見圖2，并與改善前進(jìn)行對(duì)比，在不提高交叉口飽和度的情況下仿真得到最優(yōu)的改善方案。

圖2 改善后交叉口南北進(jìn)口運(yùn)行情況示意圖

由仿真結(jié)果可知， 調(diào)整信號(hào)配時(shí)后對(duì)該交叉口延誤影響不大，調(diào)整方案可行。

4 結(jié)論

交叉口是城市交叉口網(wǎng)絡(luò)中的重要節(jié)點(diǎn)， 進(jìn)行信控交叉口的延誤分析對(duì)城市道路系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，評(píng)價(jià)和調(diào)整信號(hào)配時(shí)具有十分重要的作用。 基于仿真法利用相關(guān)軟件模擬車輛運(yùn)行過程，調(diào)整方案最終獲得相對(duì)滿意的結(jié)果，避開了調(diào)查法所需的大量實(shí)際樣本數(shù)據(jù)和計(jì)算得到的結(jié)果中可能出現(xiàn)的較大偏差， 掌握VISSIM 軟件仿真方法對(duì)優(yōu)化烏魯木齊市交叉口改善及調(diào)整方案提供依據(jù)。