基于Vissim仿真的交叉口交通組織優化

胡群燦 馬曉旦 付晶燕

摘 要：隨著城市發展進程的加快，居民生活水平的提高，機動車保有量逐年激增，交通擁堵成為大中小城市的難題。交叉口作為影響城市道路交通問題的重要節點，在城市發展進程中成為阻礙城市道路交通系統的瓶頸。本文以寧波的柳汀街與鎮明路交叉口為例，在經過實地調查問題分析的基礎上，對交叉口的交通狀況進行分析，對信號燈配時進行優化，使用仿真軟件VISSIM對其進行交通仿真，提出總體設計方案并進行驗證和評價，從而達到規避違規行為，提高交叉口通行效率，保障道路交通系統安全的目的。

關鍵詞：交叉口;交通仿真;組織優化

中圖分類號：U491? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）12-0142-03

城市的交通系統運轉正常、有序與否，往往取決于城市道路交叉口交通問題的發生率。所以需要在城市道路交叉口的規劃設計階段，通過合理的設計交叉口來改善城市交通條件，從而達到提升交叉口的通行能力和運行效率的目的[2]。為了減少交通擁堵、提高通行效率、保證道路通行順暢以及消除交通安全隱患，必須對交叉口交通組織進行優化設計。對于交叉口的組織優化設計，國內外學者已經進行了大量的研究。

在交叉口信號配時方面，Arash M.Roshandeh、Herbert S.Levinson[1]提出一種有效的配時方法，在現有的周期長度和信號協調時間不變的情況下，只對早晚高峰交通信號進行有效的配時優化，便能降低每個周期內的人車延誤;在信號控制與車道劃分的組合優化方法上：C K WONG等從理論的角度建立了一系列混合整數規劃模型以尋求車道功能劃分和信號控制的最優解[2];趙靖等[3]在對出口道左轉交叉口運行特點和飽和流率進行分析的基礎上，建立的魯棒優化方法可實現交通需求和供給波動下出口道左轉交叉口信號控制與設計車速的優化設計;馬曉旦等以具體實例，利用VISSIM仿真軟件對優化前后的交叉口進行仿真，論證了運用VISSIM仿真軟件對交叉口進行優化設計，可以降低交叉口車輛的沖突，提高交叉口的通行能力[4]。

本文以寧波的柳汀街與鎮明路交叉口為例，在經過實地調查問題分析的基礎上，貫徹多方位考慮，實事求是，根據靈活和安全的原則，對交叉口交通組織進行優化，并利用VISSIM仿真軟件對優化前后的交叉口進行對比評價。

1交通調查

1.1 交叉口現狀調查

本文選擇寧波市柳汀街與鎮明路這個交叉口作為交通組織優化設計的研究對象，該交叉口交通流量大且組成成分復雜，高峰時擁堵情況嚴重，亟需優化整改。

1.2 道路信息和信號配時調查

本次調查采用人工調查，將該交叉口現狀渠化圖繪制如圖2所示，柳汀街與鎮明路交叉口為四相位，周期具體配時和相序如圖3所示。

1.3 交通流量調查

該交叉口的東西方向是柳汀街，南北方向為鎮明路。此次調查時間為下午平峰時段14：30-15：30以及晚高峰16：30-17：30。具體數據如表1所見。

2 交叉口現狀建模仿真

2.1 現狀VISSIM仿真

根據調查到的柳汀街與鎮明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，柳汀街與鎮明路交叉口仿真圖如圖4所示。

2.2 現狀問題分析

本文利用VISSIM軟件建立柳汀街與鎮明路交叉口的仿真模型，運行仿真600s并輸出交叉口各進口道的行程時間、延誤等結果，如表2所示。

從仿真結果可以看出，柳汀街與鎮明路交叉口東進口左轉車輛、直行車輛及西進口直行車輛平均延誤較大，并且排隊長度較長。參考美國HCM信號交叉口服務水平[5]，柳汀街與 鎮明路交叉口東西南北四個進口道的服務水平分別為E、E、D、D，總體服務水平為D，現狀交叉口服務水平較差，常發生嚴重交通擁堵，且安全隱患較大。

3 交叉口交通組織優化設計

3.1 車道渠化優化設計

根據交叉口現狀交通仿真結果，提出新的柳汀街與鎮明路交叉口車道渠化方案，主要對交叉口東西進口道進行改造。東進口借用出口道渠化空間，改為6條進口道3條出口道的車道布置，新增了1條左轉車道，由于東進口右轉交通流較小而直行交通流較大，故將右轉專用車道改為直行右轉混合車道;西進口拆除現狀機非綠化帶并改造為右轉專用車道，將現狀直行右轉車道拆分為1條直行車道及1條右轉車道。

3.2 信號配時優化

在交叉口信號配時優化方面，趙靖等[6]以交叉口總延誤最小為目標的排陣式交叉口最佳周期理論模型，并通過擬合簡化分析，得到了適用于不同設置情況的最佳周期簡化模型。本文根據Webster配時法對交叉口信號配時重新進行優化，優化后的信號配時方案如圖5所示。

3.3 優化方案仿真

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。優化仿真效果如圖6所示。

根據VISSIM仿真模擬，得出現狀和優化后行程時間和延誤的數據，如表3所示。

由上表可知該交叉口改善前：柳汀街服務水平均為E，為不穩定車流，擁擠且延誤不能忍受。鎮明路服務水平均為D，為接近不穩定車流、能忍受的延誤。對于整個交叉口所有行車，總體來看優化前交叉口總體服務水平為D，為接近不穩定車流，延誤可接受。

總體來看，經過優化，大多數進口道及其轉向車輛延誤都得到了有效的改善，優化后的交叉口車輛平均延誤減少了47.53%，服務水平大多數都由D升為C。交叉口車輛總延誤服務水平由D升為C，延誤經優化后得到了有效的改善。由此可得，柳汀街與鎮明路交叉口交通組織優化后道路服務水平有所提高，一定程度上緩解了交叉口高峰期擁堵情況。

4 結論

由于城市道路交叉口服務能力跟不上快速發展的城市化進程，城市交通混亂、交通擁堵的問題越發明顯。

本文以寧波的柳汀街與鎮明路交叉口為例，在經過實地調查問題分析的基礎上，對交叉口的交通狀況進行分析，對信號燈配時進行優化，使用仿真軟件VISSIM對其進行交通仿真，提出總體設計方案并進行驗證和評價。最后從優化前后的仿真結果中選取車輛行程時間和延誤兩個評價指標對交叉口進行對比分析。結果表明，優化后的交叉口車輛平均延誤減少了47.53%，交叉口的服務水平也有明顯的提高。本文的研究成果可以為寧波市的信號交叉口交通組織優化提供參考。

參考文獻：

[1]Arash M.Roshandeh;Herbert S.New Methhodology for Intersection Signal Timing Optimization to Simultaneously Minimize Vehicle and Pedestrian Delays[J].Journl of Transportation Engineering，2014，140（5）.

[2] C K Wong， B G Heydecker. Optimal allocation of turns to lanes at an isolated signal-controlled junction[J].Transportation Research Part B， 2010，45（4）：667-681.

[3] 趙靖，陳凱佳，周溪召.出口道左轉交叉口信號控制魯棒優化方法[J].中國公路學報，2020，33（7）：145-155.

[4] 馬曉旦，劉杰.基于VISSIM的控江路與敦化路交叉口優化設計[J].物流科技，2019，42（7）：68-70.

[5] 美國交通研究委員會.道路通行能力手冊[S].任福田，劉小明，容建，等譯.北京：人民交通出版社，2007.

[6] 趙靖，鄭喆，韓印.排陣式交叉口延誤及最佳周期模型[J].中國公路學報，2019，32（3）：135-144.

基金項目：上海市自然科學基金項目（20ZR1439300）;上海市軟科學重點項目（21692105100）。