基于VISSIM仿真的中心城區重要節點控制方式研究

邱 乾，何 婷，蒙 藝

(廣西交通技術職業學院，廣西 南寧 530023)

0 引言

道路交叉口控制方式的選擇是否合適，直接影響道路通行能力的高低。特別是在城市中心區，路網交叉口密集，若某個節點控制方式不合理，往往會造成相鄰路口及周邊路網的擁堵[1]。因此，有必要研究中心城區重要節點控制方式的選擇。

城市交叉口的運行效率評價一直是國內外專家學者研究的熱點問題。國內外相關專家從功能布局、用地發展、交通運行和城市景觀等方面對城市交叉口的控制方式進行研究。曾康瓊[2]在研究平面交叉口控制策略的基礎上，利用VISSIM軟件建立單路口微觀仿真模型，并將其應用于路口的優化改造；徐玉蓮[3]對交叉口進行功能分級，并考慮交通量、局部環境等影響因素，提出交叉口控制方式的一般方法；劉永紅等[4]采用交通成本效益、能耗成本效益和環境成本效益作為指標，建立交叉口綜合指標評價模型，對不同流量條件下交叉口控制方式進行仿真并評價相應的交叉口綜合運行成本。

這些研究成果為交叉口控制方式的研究提供了有益的參考。本文利用VISSIM仿真軟件，通過建立多路口仿真模型，定量測算不同控制方式下路口及相鄰路口的運行指標，以評估其運行效率。

1 仿真模型構建

民族—濱湖路口位于南寧市民族大道與濱湖路、雙擁路的交接處，民族大道為東西向主干路，濱湖路及雙擁路為南北向主干路。交通高峰時期，該路口交通流量多，信號延誤大，一旦出現交通擁堵，將影響民族大道的交通運行，因此民族—濱湖路口的改造具有必要性。VISSIM是一款基于時間與駕駛行為的微觀仿真軟件，可用于模擬和評價城市交通的運行狀況[5]。為定量評估民族—濱湖路口不同控制方式對城市路網承載能力的影響，利用VISSIM微觀仿真軟件對民族—濱湖路口控制方式進行模擬，以定量評估交叉口采用不同控制方式的影響。

1.1 仿真路網構建

仿真路網的構建是VISSIM仿真的基礎。為了更好地評估民族—濱湖路口控制方式對周邊路網的影響，將研究節點和相鄰交叉口納入仿真路網，共6個路口：即民族—濱湖路口、民族—園湖路口、民族—茶花園路口、民族—金洲、濱湖—嘉賓路口及雙擁—桂春路口(如圖1所示)。

圖1 研究節點及相鄰交叉口區位分析圖

1.2 節點流量預測

從分析范圍內主骨干路網流量來看，北側東西快速路、東側廂竹大道、南側青山路和西側園湖路這4條道路的流量大，形成區域路網流量環。這4條道路形成的環形通道內部流量較大的道路依次是民族大道、長湖路、東葛路、茶花園路、濱湖路和雙擁路，其中東西向的民族大道流量最大。除了區域外圍4條道路形成的交叉口外，區域重要流量轉換節點有民族大道園湖路口、民族大道茶花園路口、民族大道濱湖路口、園湖東葛路口和東葛長湖路口。

對重要交叉口流量、流向的分析可以有效地為立交的選型提供定量的參考依據，本研究對園湖路口、茶花園路口、濱湖路口及金洲路口的流量均進行了詳細的轉向流量的預測(如表1所示)。

表1 2025年民族—濱湖路口及相鄰路口的交通流量分布表(pcu/h)

1.3 評價指標選取

為了科學、全面地評價交通的運行狀況，需要在容易操作的前提下，盡可能地考慮所有的影響因素。從傳統的評價方法中可以看出，多采用塔式的多因素評價指標體系，然而這種評價指標體系很復雜，給評價帶來了不便[6-8]。

本文選取交叉口的平均延誤、平均排隊長度、平均停車次數等作為仿真路網的評價指標。這3個指標可以直接用來判定交通是否處于擁堵狀態，其中平均延誤反映了交叉口的總體交通流狀況；平均排隊長度反映了交叉口進口道上排隊車輛的長短；平均停車次數反映了交叉口進口道上車輛啟停次數的多少。

2 基于VISSIM的仿真分析

2.1 仿真方案

交叉口控制方式可分為平面交叉口和立體交叉口兩種。為了評估民族—濱湖路口控制方式的影響，選擇平交方案、分離立交方案及互通立交方案作為仿真測試方案，其余交叉口采用現狀控制的平交方式。

2.1.1 民族—濱湖路口方案一

方案一為平面交叉口方案，如圖2所示。以交通管理為主，小規模增加交通供給為輔，在空間上平衡交通流。從交叉口、公交站點、非機動車道及人行過街設施這4個層面設計民族—濱湖路口的交通改造方案，提高路口通行能力，滿足南進口轉向交通需求；落實公交優先發展政策，優化公交站點設施；設置非機動車、行人過街設施，保障慢行交通系統安全暢通。

圖2 民族—濱湖路口平面交叉方案布局圖

2.1.2 民族—濱湖路口方案二

方案二為分離立交方案，效果圖如圖3所示。通過增加交通供給，保證民族大道主線交通的暢通，同時提高路口轉向通行能力，將路口交通轉換對交通流的影響降至最小。第一層為民族大道與濱湖路的信號交叉口，第二層為民族大道跨線橋。立交范圍內均設置集散車道，左轉車流及公交車、非機動車均在集散車道內通過。

圖3 民族—濱湖路口分離立交方案效果圖

2.1.3 民族—濱湖路口方案三

方案三為苜蓿葉互通立交方案，效果圖如圖4所示。濱湖路位于第一層，民族大道位于第二層。大規模增加交通供給，提高路口通行能力，將路口交通轉換對交通流的影響降至最小。立交范圍內均設置集散車道，左轉車流及公交車、非機動車均在集散車道內通過。

圖4 民族—濱湖路口苜蓿葉互通立交方案效果圖

2.2 仿真結果

2.2.1 方案一仿真結果

晚高峰期間的方案一仿真路網(見圖5)，雖然交通流量較大，但是交通運行秩序良好，無大規模的交通擁擠現象產生，大部分交通流均能在信號控制交叉口兩個綠燈周期內通過。

圖5 民族—濱湖路口平交控制方式下路網仿真結果示意圖

改造方案一路網交叉口服務水平如表2所示：民族—茶花園路口和民族—濱湖路口服務水平為E級；民族—園湖路口服務水平為D級；濱湖—嘉賓路口和雙擁—桂春路口服務水平為C級。

表2 民族—濱湖路口方案一路網仿真結果對比表

2.2.2 方案二仿真結果

由于民族—濱湖路口與相鄰交叉口的通行能力不協調，存在兩處交通“擁堵點”(見圖6)：(1)A處為民族—茶花園路口東進口，由于直接承接民族—濱湖立交大量交通流流量，導致進口道通行能力不足，出現擁擠現象；(2)B處為民族大道跨南湖橋東側主輔道合流點，由于東進口直行車流(主道)、北進口右轉車流(輔道)及南進口左轉車流(輔道)的合流交織車流過大，導致合流點通行能力不足，出現擁擠現象。

圖6 民族—濱湖路口分離立交控制方式下路網仿真結果示意圖

改造方案二路網交叉口服務水平如表3所示，民族—濱湖路口的服務水平為F級；民族—茶花園路口為E級；民族—園湖路口服務水平為D級；濱湖—嘉賓路口和雙擁—桂春路口的服務水平為C級。

表3 民族—濱湖路口方案二路網仿真結果對比表

2.2.3 方案三仿真結果

由于民族—濱湖路口與相鄰交叉口的通行能力不協調，存在3處交通“擁堵點”。其中A和B處與分離立交方式相同，C處為新增“擁堵點”，由于民族—濱湖立交南進口左轉車流排隊過長，蔓延至雙擁—桂春路口，直接影響雙擁—桂春路口正常運行。如圖7所示。

圖7 民族—濱湖路口互通立交控制方式下路網仿真結果示意圖

改造方案三路網交叉口服務水平如下：民族—濱湖路口南進口左轉匝道平均延誤523.0 s，服務水平為F級；民族—茶花園路口和雙擁—桂春路口的服務水平為E級；民族—園湖路口服務水平為D級；濱湖—嘉賓路口服務水平為C級。見表4。

表4 民族—濱湖路口方案三路網仿真結果對比表

2.3 方案比選

根據仿真結果，發現民族—濱湖路口采取平交控制方式后，節點交通延誤較大，但交通秩序較好，大部分車流都能在兩個綠燈周期內通過交叉口，而且對相鄰路口影響不大，協調性較好；而采取立交控制方式后，無論分離立交方式還是互通立交方式，雖然提高了路口的通行能力，讓一部分車流運行順暢，但過多交通流的集聚，路口及周邊路網難以得到有效疏散，導致民族—濱湖路口另一部分車流及相鄰路口(雙擁—桂春路口)嚴重阻塞，如表5所示。

表5 民族—濱湖路口三種控制方式下的路網仿真結果對比表

交叉口控制方式的選擇應與整個路網交通流的均衡狀態相適應，重點考慮高峰期研究路口與上下游交叉口流量的均衡分布。民族—濱湖路口建設立交能大幅提高立交口的通行能力，但會吸引大量車流，從而加重上下游和周邊路網交叉口壓力，嚴重影響周邊路網高峰期交通運行。因此，在相鄰交叉口均為平交路口的前提下，民族—濱湖路口應采取平交控制方式。

3 結語

本文建立了多路口的仿真模型，能定量測算改造節點不同的控制方式下，仿真路網各交叉口的運行指標。仿真結果表明，在相鄰交叉口均為平交路口的前提下，改造節點應采取平交控制方式；若采取立交方式，則會加重相鄰交叉口交通壓力。節點控制方式的選擇是路網節點控制布局的關鍵，因此研究成果可為南寧市中心城區的立交布局及節點改造提供參考。