基于VISSIM仿真的中心城區(qū)重要節(jié)點控制方式研究

邱 乾，何 婷，蒙 藝

(廣西交通技術(shù)職業(yè)學(xué)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(qū)，路網(wǎng)交叉口密集，若某個節(jié)點控制方式不合理，往往會造成相鄰路口及周邊路網(wǎng)的擁堵[1]。因此，有必要研究中心城區(qū)重要節(jié)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(nèi)外專家學(xué)者研究的熱點問題。國內(nèi)外相關(guān)專家從功能布局、用地發(fā)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(jìn)行研究。曾康瓊[2]在研究平面交叉口控制策略的基礎(chǔ)上，利用VISSIM軟件建立單路口微觀仿真模型，并將其應(yīng)用于路口的優(yōu)化改造；徐玉蓮[3]對交叉口進(jìn)行功能分級，并考慮交通量、局部環(huán)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(huán)境成本效益作為指標(biāo)，建立交叉口綜合指標(biāo)評價模型，對不同流量條件下交叉口控制方式進(jìn)行仿真并評價相應(yīng)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(biāo)，以評估其運行效率。

1 仿真模型構(gòu)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(xiàn)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(wǎng)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(jìn)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(wǎng)構(gòu)建

仿真路網(wǎng)的構(gòu)建是VISSIM仿真的基礎(chǔ)。為了更好地評估民族—濱湖路口控制方式對周邊路網(wǎng)的影響，將研究節(jié)點和相鄰交叉口納入仿真路網(wǎng)，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(jié)點及相鄰交叉口區(qū)位分析圖

1.2 節(jié)點流量預(yù)測

從分析范圍內(nèi)主骨干路網(wǎng)流量來看，北側(cè)東西快速路、東側(cè)廂竹大道、南側(cè)青山路和西側(cè)園湖路這4條道路的流量大，形成區(qū)域路網(wǎng)流量環(huán)。這4條道路形成的環(huán)形通道內(nèi)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(qū)域外圍4條道路形成的交叉口外，區(qū)域重要流量轉(zhuǎn)換節(jié)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(jù)，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(jìn)行了詳細(xì)的轉(zhuǎn)向流量的預(yù)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(biāo)選取

為了科學(xué)、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(tǒng)的評價方法中可以看出，多采用塔式的多因素評價指標(biāo)體系，然而這種評價指標(biāo)體系很復(fù)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(shù)等作為仿真路網(wǎng)的評價指標(biāo)。這3個指標(biāo)可以直接用來判定交通是否處于擁堵狀態(tài)，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(jìn)口道上排隊車輛的長短；平均停車次數(shù)反映了交叉口進(jìn)口道上車輛啟停次數(shù)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(xiàn)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(guī)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(shè)施這4個層面設(shè)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(jìn)口轉(zhuǎn)向交通需求；落實公交優(yōu)先發(fā)展政策，優(yōu)化公交站點設(shè)施；設(shè)置非機動車、行人過街設(shè)施，保障慢行交通系統(tǒng)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(zhuǎn)向通行能力，將路口交通轉(zhuǎn)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(nèi)均設(shè)置集散車道，左轉(zhuǎn)車流及公交車、非機動車均在集散車道內(nèi)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(guī)模增加交通供給，提高路口通行能力，將路口交通轉(zhuǎn)換對交通流的影響降至最小。立交范圍內(nèi)均設(shè)置集散車道，左轉(zhuǎn)車流及公交車、非機動車均在集散車道內(nèi)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(jié)果

2.2.1 方案一仿真結(jié)果

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

圖5 民族—濱湖路口平交控制方式下路網(wǎng)仿真結(jié)果示意圖

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

表2 民族—濱湖路口方案一路網(wǎng)仿真結(jié)果對比表

2.2.2 方案二仿真結(jié)果

由于民族—濱湖路口與相鄰交叉口的通行能力不協(xié)調(diào)，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(jìn)口，由于直接承接民族—濱湖立交大量交通流流量，導(dǎo)致進(jìn)口道通行能力不足，出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象；(2)B處為民族大道跨南湖橋東側(cè)主輔道合流點，由于東進(jìn)口直行車流(主道)、北進(jìn)口右轉(zhuǎn)車流(輔道)及南進(jìn)口左轉(zhuǎn)車流(輔道)的合流交織車流過大，導(dǎo)致合流點通行能力不足，出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象。

圖6 民族—濱湖路口分離立交控制方式下路網(wǎng)仿真結(jié)果示意圖

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

表3 民族—濱湖路口方案二路網(wǎng)仿真結(jié)果對比表

2.2.3 方案三仿真結(jié)果

由于民族—濱湖路口與相鄰交叉口的通行能力不協(xié)調(diào)，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(jìn)口左轉(zhuǎn)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(wǎng)仿真結(jié)果示意圖

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

表4 民族—濱湖路口方案三路網(wǎng)仿真結(jié)果對比表

2.3 方案比選

根據(jù)仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)民族—濱湖路口采取平交控制方式后，節(jié)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(nèi)通過交叉口，而且對相鄰路口影響不大，協(xié)調(diào)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(wǎng)難以得到有效疏散，導(dǎo)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(yán)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(wǎng)仿真結(jié)果對比表

交叉口控制方式的選擇應(yīng)與整個路網(wǎng)交通流的均衡狀態(tài)相適應(yīng)，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(shè)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(wǎng)交叉口壓力，嚴(yán)重影響周邊路網(wǎng)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(yīng)采取平交控制方式。

3 結(jié)語

本文建立了多路口的仿真模型，能定量測算改造節(jié)點不同的控制方式下，仿真路網(wǎng)各交叉口的運行指標(biāo)。仿真結(jié)果表明，在相鄰交叉口均為平交路口的前提下，改造節(jié)點應(yīng)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(jié)點控制方式的選擇是路網(wǎng)節(jié)點控制布局的關(guān)鍵，因此研究成果可為南寧市中心城區(qū)的立交布局及節(jié)點改造提供參考。