基于BIM和VISSIM的信號(hào)交叉口交通組織優(yōu)化研究

曹洪斌 常麗君 徐占杰

摘? 要：信號(hào)交叉口是新時(shí)代城市交通中的重要節(jié)點(diǎn)，交叉口的交通組織能力成為道路交通網(wǎng)絡(luò)能力當(dāng)中的重要指標(biāo)，設(shè)計(jì)的科學(xué)合理可以降低事故發(fā)生，保障道路網(wǎng)絡(luò)通行能力，從而保證整個(gè)城市交通網(wǎng)絡(luò)的順暢。如果設(shè)計(jì)不合理、不恰當(dāng)則可能成為影響城市交通網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。基于BIM和VISSIM的信號(hào)交叉口交通組織優(yōu)化利用了現(xiàn)代仿真模擬軟件針對(duì)網(wǎng)絡(luò)獲取的交通大數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬與仿真測(cè)試評(píng)估，最終確定高性能信號(hào)交叉口交通組織方案，對(duì)于解決城市信號(hào)交叉口改善城市交通有著重要作用。該文針對(duì)這一方案提出了相關(guān)技術(shù)路線：利用BIM對(duì)信號(hào)交叉口及其關(guān)聯(lián)路段進(jìn)行三維建模、將BIM軟件所做的三維路網(wǎng)圖導(dǎo)入VISSIM軟件中作為底圖、運(yùn)用VISSIM軟件仿真進(jìn)行信號(hào)交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：BIM? VISSIM? 信號(hào)交叉口? 交通組織優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：U491? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）04（b）-0038-03

Traffic Organization Optimization of Signalized Intersection Based on BIM and VISSIM

CAO Hongbin? ?CHang Lijun? ?XU Zhanjie

（Jilin University of Architecture and Technology， Changchun， Jilin Province， 130111? China）

Absrtact：? Signalized intersection is an important node of urban traffic in the new era. The traffic organization capacity of intersection has become an important index of road traffic network capacity. Scientific and reasonable design can reduce accidents， ensure the traffic capacity of road network， and ensure the smooth traffic network of the whole city. If the design is unreasonable and inappropriate， it may become a bottleneck affecting the urban traffic network. The traffic organization optimization of signalized intersection based on BIM and VISSIM uses the modern simulation software to simulate and evaluate the traffic big data obtained from the network， and finally determines the traffic organization scheme of high-performance signalized intersection， which plays an important role in solving the problem of urban signalized intersection and improving urban traffic. Aiming at this scheme， this paper puts forward the relevant technical route： Using BIM to carry out three-dimensional modeling of signalized intersection and its associated sections， importing the three-dimensional road network map made by BIM software into VISSIM software as the base map， and using VISSIM software to simulate the optimization design of signalized intersection.

Key Words： BIM; VISSIM; Signalized intersection; Traffic organization optimization

1? 研究背景

近些年，我國(guó)城市交通發(fā)展迅速，城市車(chē)輛迅速增加，各大中小城市信號(hào)交叉口數(shù)量逐年增多。信號(hào)交叉口是新時(shí)代城市交通中的重要節(jié)點(diǎn)，交叉口的交通組織能力成為道路交通網(wǎng)絡(luò)能力當(dāng)中的重要指標(biāo)，設(shè)計(jì)得科學(xué)合理可以降低事故發(fā)生，保障道路網(wǎng)絡(luò)通行能力，從而保證整個(gè)城市交通網(wǎng)絡(luò)的順暢。如果設(shè)計(jì)不合理、不恰當(dāng)則可能成為影響城市交通網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。當(dāng)前是智能時(shí)代，隨著信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于信號(hào)交叉口的交通組織設(shè)計(jì)也有了更多智能工具應(yīng)用于其中。因要積極利用現(xiàn)代化工具進(jìn)行信號(hào)交叉口交通組織設(shè)計(jì)的優(yōu)化管理，在對(duì)交叉口通行車(chē)輛運(yùn)行狀況科學(xué)合理分析基礎(chǔ)上，判斷交叉口交通不暢的根本原因，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而改善交通口運(yùn)行環(huán)境，全面提高風(fēng)險(xiǎn)能力[1]。只有每一個(gè)信號(hào)交叉口都車(chē)輛通行順暢，才能保證整個(gè)城市交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行能力，對(duì)于城市的發(fā)展建設(shè)有著重要的意義。

2? 技術(shù)路線

當(dāng)前隨著智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展在交通組織優(yōu)化方面可以選擇BIM和VISSIM軟件相結(jié)合進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)。通過(guò)平臺(tái)模擬運(yùn)行效果，評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案，根據(jù)模擬運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行方案的優(yōu)化與修改，從而確定最佳方案[2]。以保證信號(hào)交叉口交通有序組織、提高通行能力。

2.1 利用BIM對(duì)信號(hào)交叉口及其關(guān)聯(lián)路段進(jìn)行三維建模

BIM軟件是建筑信息建模軟件，模擬項(xiàng)目由前期策劃、初期設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理以及拆除規(guī)劃的全過(guò)程，可以進(jìn)行道路信息建模。利用BIM軟件可以構(gòu)建信號(hào)交叉口的三維立體視圖即對(duì)信號(hào)交叉口及其線路交通情況進(jìn)行組織建模。傳統(tǒng)技術(shù)下將現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)建模時(shí)缺乏科學(xué)性，有效運(yùn)用BIM軟件可將現(xiàn)場(chǎng)路況進(jìn)行立體化、直觀化建模。同時(shí)BIM軟件當(dāng)中還集成GIS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可以對(duì)分析復(fù)雜交通路況進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析[3]。

2.2 將BIM軟件所做的三維路網(wǎng)圖導(dǎo)入VISSIM軟件中作為底圖

為了更好地模擬道路交叉口運(yùn)行情況，需要將BIM平臺(tái)所模擬的信號(hào)交叉口及其關(guān)聯(lián)路段三維建模以地圖的形式導(dǎo)入到VISSIM軟件中。VISSIM仿真軟件作為一種基于時(shí)間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，具有分析、評(píng)估、優(yōu)化交通流量和比較交通設(shè)計(jì)等功能，用以模擬公共交通與城市交通的運(yùn)行情況[4]。

2.3 運(yùn)用VISSIM軟件仿真進(jìn)行信號(hào)交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)VISSIM軟件進(jìn)行信號(hào)的仿真測(cè)試為優(yōu)化方案提供依據(jù)。圖1是運(yùn)用VISSIM軟件仿真進(jìn)行信號(hào)交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。

（1）設(shè)置路網(wǎng)線路。首先在基于BIM軟件所做的三維路網(wǎng)圖導(dǎo)入底圖中設(shè)置網(wǎng)路線路。

（2）模型建立與檢驗(yàn)。在VISSIM軟件中進(jìn)行模型的建立與檢驗(yàn)，其中會(huì)將交通流特性、運(yùn)行狀態(tài)、駕駛員行為作為參數(shù)進(jìn)行輸入，并完成檢驗(yàn)。

（3）模擬數(shù)據(jù)輸入。首先基于交叉口現(xiàn)有交通數(shù)據(jù)對(duì)交叉口未來(lái)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，將仿真數(shù)據(jù)輸入平臺(tái)。其中包括運(yùn)行規(guī)則、幾何參數(shù)、行人參數(shù)、機(jī)動(dòng)車(chē)參數(shù)、控制類(lèi)型、環(huán)境參數(shù)這幾個(gè)方面。

（4）信號(hào)交叉口交通組織模擬設(shè)定。將信息交叉口交通組織數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬設(shè)定，如交通燈設(shè)定規(guī)則、路標(biāo)設(shè)置等數(shù)據(jù)進(jìn)入輸入設(shè)定。

（5）信號(hào)交叉口交通組織模擬評(píng)價(jià)。針對(duì)以上模擬設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬仿真運(yùn)行，分析方案是否合理。如果方案不合理則會(huì)出現(xiàn)擁堵情況，此時(shí)要進(jìn)行擁堵原因分析。根據(jù)導(dǎo)據(jù)進(jìn)進(jìn)行信號(hào)交叉口交通組織的模擬設(shè)定，利用VISSIM軟件對(duì)信號(hào)交叉口交通組織模擬設(shè)定進(jìn)行運(yùn)行評(píng)價(jià)。

（6）優(yōu)化控制策略。在上一步針對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)定，如果評(píng)價(jià)不合格，則進(jìn)行信號(hào)交叉口交通組織方案進(jìn)行優(yōu)化，提出優(yōu)化控制策略。直至合理后再進(jìn)行交叉口信號(hào)交通組織方案的提交。利用VISSIM仿真軟件分析擁堵原因，如行駛中的沖突問(wèn)題嚴(yán)重、信號(hào)燈控制不合理、路標(biāo)設(shè)置不合理等。此時(shí)，應(yīng)盡量進(jìn)行充分調(diào)研，分析更多種造成擁堵的可能原因，為后續(xù)優(yōu)化控制策略提供基礎(chǔ)[5]。具體優(yōu)化控制策略包括：①交通信號(hào)燈設(shè)置。交通信號(hào)燈一直是解決城市交通擁堵的重要設(shè)施之一。科學(xué)的交通通信號(hào)燈設(shè)置與調(diào)控對(duì)于改善交通緩解擁堵有著至關(guān)重要的作用。因此，在進(jìn)行優(yōu)化策略控制時(shí)首先考慮信號(hào)燈的設(shè)置，通過(guò)增加、減少、升級(jí)信號(hào)燈設(shè)施、調(diào)節(jié)信號(hào)控制等措施，對(duì)改善交叉口道路交通起著重要作用。因此，一方面應(yīng)該增資金投入保障道路交叉信號(hào)燈的基本需求，另一方面要加強(qiáng)對(duì)于信號(hào)燈的信號(hào)研究。如增加左轉(zhuǎn)信號(hào)燈、增加挑頭信號(hào)燈等。針對(duì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析將高峰、平峰、低谷時(shí)段采用針對(duì)性信號(hào)配時(shí)策略，從而最大限度地提升道路通暢程度。如針對(duì)不同路口采用不同策略配置左轉(zhuǎn)燈與直行燈的先后與時(shí)長(zhǎng)等。②左轉(zhuǎn)交通設(shè)計(jì)。對(duì)信號(hào)交叉口車(chē)輛通行情況進(jìn)行科學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)左轉(zhuǎn)交通是引起道路交叉口交通擁堵的重要原因之一。因此，可以在VISSIM平臺(tái)當(dāng)中嘗試模擬進(jìn)行左轉(zhuǎn)交通的進(jìn)一步設(shè)計(jì)。如增加專(zhuān)用左轉(zhuǎn)車(chē)道并配合左轉(zhuǎn)信號(hào)燈;為保證主干路交通通暢，對(duì)于部分路口可以采用禁止左轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)。③交通渠化設(shè)計(jì)。交通渠化設(shè)計(jì)也是影響城市交叉口交通的重要指標(biāo)，因此可以根據(jù)模擬效果針對(duì)交通渠化進(jìn)行再設(shè)計(jì)[6]。可以增加安全島、重新規(guī)劃道路交通標(biāo)志、標(biāo)線。尤其針對(duì)交通指示牌、信號(hào)燈的設(shè)置位置進(jìn)行重新審定，檢查評(píng)估周?chē)G化帶、植物、橋梁、廣告牌等是否有遮擋情況。科學(xué)合理規(guī)劃人行道線、機(jī)動(dòng)車(chē)導(dǎo)流線、停車(chē)線以及路邊停車(chē)位劃線等。④車(chē)道數(shù)量調(diào)整。車(chē)道數(shù)量是影響交叉口交通情況的重要指標(biāo)，調(diào)整道路交通車(chē)道數(shù)量是解決交通擁堵的重要手段之一[7]。增加雙向車(chē)道數(shù)量可以減少交叉口交通擁堵情況，但涉及到道路加寬問(wèn)題解決起來(lái)需要一定的時(shí)間，或受到規(guī)劃限制無(wú)法實(shí)施[8-9]。另外，針對(duì)當(dāng)前城市車(chē)輛停車(chē)?yán)щy的基本情況，在部分需求較大的非主干路段，還要合理設(shè)計(jì)路邊停車(chē)位，以解決停車(chē)?yán)щy問(wèn)題。

（7）信號(hào)交叉口交通組織方案提交。利用VISSIM軟件進(jìn)行信號(hào)交叉口交通組織的多次模擬設(shè)定與評(píng)價(jià)，最終形成優(yōu)化方案并提交。

3? 結(jié)語(yǔ)

基于BIM和VISSIM的信號(hào)交叉口交通組織優(yōu)化利用了現(xiàn)代仿真模擬軟件針對(duì)網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬與仿真測(cè)試評(píng)估，最終確定高性能信號(hào)交叉口交通組織方案，對(duì)于解決城市信號(hào)交叉口改善城市交通有著重要作用。

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