基于VISSIM 干道協調交通信號配時優化設計
——以市南大道為例

劉肇湛 黎建輝 謝尚東 林偉韓 張海洋

（廣州大學土木工程學院，廣東 廣州510006）

大量實踐表明，建設大量交通基礎設施，管控路面上的車流，已經難以滿足未來的道路發展需要。加強交通基礎建設是優化交通管控的傳統措施，而在當下以及未來，應采取智能交通等方法，以信息化的工具控制交通，減緩擁堵。本課題將從優化綠波帶控制的方式入手，進行有效且符合長期規劃的方法，并以南沙新區市南大道與雞谷山路、黃閣大道、環島中路相交的三個相鄰的交叉路口為例進行研究，對該綠波帶得到進一步優化。

1 研究步驟

通過對南沙區市南大道三個交叉口的數據調查，得出交叉口飽和流率、交叉口間距、信號配時。然后將這些數據導入VISSIM 中進行仿真，優化后再次仿真并對比，最終得出結果。

2 數據調查

本課題選取的是廣州南沙新區市南大道與雞谷山路、黃閣大道、環島中路相交的三個相鄰的交叉路口，起點是雞谷山路，終點是環島中路。仿真路段長度約為2.2km，道路總寬度33.5m，橫斷面為兩板塊布局，左右兩側為機動車道，中間為中央分隔帶。本次研究選取的交叉口都位于市南大道上。市南大道作為連接番禺大道和金沙路的要道，交通量大，交通參與者數量多。在上下班高峰期機動車與非機動車以及行人，兩兩之間經常形成沖突，交通事故易發，具有一定的安全隱患。

2.1 交叉口飽和流率

通過實地調查與內業計算，各交叉口的進口道飽和流量計算結果如表1 所示。

2.2 相鄰交叉口間距與路段平均行程速度

表1 各進口道飽和流量

雞谷山路- 市南大道交叉口與黃閣大道- 市南大道交叉口間距約為1.5km，市南大道- 黃閣大道交叉口與市南大道- 環島中路交叉口間距約為3.2km。

路段平均行程速度為：雞谷山路至黃閣大道時速為50km/h，黃閣大道至環島中路時速為48 km/h。

在交互式協調系統中，連接到系統中相鄰交叉口的信號同時顯示相反的燈光顏色。當兩交叉口之間行駛時間為信號周期時長的1/2 時。為了車輛可以接續通過交叉口，可以采用交互式調和系統。系統周期的計算公式如公式（1）：

式(1)中：C 為系統周期，s；S 為兩信號間間距，s；V 為車輛連續通過時速度，km/h。

表2 改善后的雞谷山路- 市南大道交叉口信號時間

表3 改善后的黃閣大道- 市南大道交叉口信號時間

表4 改善后的環島中路- 市南大道交叉口信號時間

經計算，車速v=60km/h，系統周期C=128s。接下來采用韋伯斯特[1]公式對交通量進行分析，分析得出交通信號周期，其數值分別為150s、148s 和136s。三個交叉口計算的周期為：雞谷山路交叉口為168s，黃閣大道交叉口為165s，環島中路交叉口為160s，最大周期長度為168s（雞谷山路交叉口），與計算的系統周期長度相差40s，差別不大。因此系統周期長度為128s。確定系統周期長度為128s 秒后，每個交叉口的綠燈時間根據每個相位的流量比確定。改善每個交叉口的交通信號時間，如表2、表3、表4 所示。

2.3 確定相位差

在協調線路控制系統中，通常采用圖解法[2]和數值法計算相鄰信號間的相位差。而在本優化方案中將使用圖解法確定相位差。

2.3.1 首先，在線路上做紅燈粗線段，形成在每個交叉口處交互同步組合的雙向線路控制系統。

2.3.2 在圖上畫出最終的通過帶，并計算通過帶速度、帶寬和周期長度的百分比。通過延長周期時間來解決帶速與實際速度相比過高的問題，目的是降低帶速。其目的也是為了將帶速度控制在一定范圍內。

2.3.3 調整綠信比。每個交叉口的綠信比在實際情況下都有差異。可采用以下調整方法：不移動根據上述計算中得出的每個路口紅燈的中心位置，只根據實際綠燈信號比延長或縮短紅燈的時間。

采用圖解法得出相鄰的協調線控制系統的相位差，如圖1所示。

圖1 相鄰的協調線控制系統的相位差

3 仿真分析

基本思路是首先對三個交叉口建立交通仿真模型，然后利用VISSIM軟件進行分析。首先在VISSIM軟件中利用衛星圖建立基本路網，導入前期調查得到的基本交通數據，其中包含交通信號時長、車輛行駛速度、交通量等參數。

建立仿真模型:

對建立完成的實際情況的交通模型進行仿真分析，并得到初步的仿真結果，如圖2、圖3、圖4 所示。在運算完對應的信號配時之后，即可進行項目的主干道線協調控制。方法是輸入調整后的相關參數，再次對相關模型進行標定，即將首次仿真的數據更改后再次進行仿真。得到的結果如圖5 所示。

對比主干道線協調控制前后的模型變化，進行優化后道路上車流的運行狀況得到了改善，相比以往，減少了車輛等待紅燈所需時間，達到了預期目標。具體的分析結果如表5 所示。

圖2 雞谷山路- 市南大道仿真結果

圖3 黃閣大道- 市南大道仿真結果

圖4 環島中路- 市南大道仿真結果

圖5 標定模型后的仿真結果

計算各進口道行程時間延誤和總延誤[3]后可以得出，雞谷山路至黃閣大道時間間隔最低為51.4 s，黃閣大道至環島中路時間間隔最低為28.3 s 時，行程延誤與系統總延誤達到最小值，同時也為相鄰綠燈間隔時間。

表5 實際與設計后行程時間延誤與總延誤

通過表5 對比可得，優化前后的行程時間延誤與系統總延誤都得到了明顯下降，說明優化起到了明顯的改善作用，符合預期的綠波交通的目標。

4 結論

通過對上述三個交叉口的仿真分析，得出了以下結論：

4.1 解決了信號周期時長不能跟隨道路上車流量變化的弊端，提出一種軟硬件解決方案，提高通行效率。

4.2 對交通信號燈控制系統為基礎進行研究。以交互式協調控制模型為調整方法，對道路各交叉口信號配時進行優化，最終獲得了系統的最佳信號配時。

4.3 本次的相位差調整優化幅度較大，真正優化了市南大道的通行能力，有廣泛的應用前景和推廣價值。