基于VISSIM仿真的城市交通路口優化設計

成軍宇　王寧　白彥凱

摘 要：道路交叉口是道路交通流的集中地，它既是道路系統中的重要節點，也是容易發生道路交通問題的區域。隨著中國國民經濟的不斷發展，城鎮化進程日益加快，產生了一系列的城市交通問題，也使得城市交通體系的壓力逐年加大。道路交叉口的設計方案的合理性，將影響到城市交通道路工程的整體安全性以及暢通性。采用科學合理的規劃理念，先進的方式和技術手段進行交叉口的設計尤為重要。文章以武陟縣連固線和云葉線交叉口為例，通過分析交通信號交叉口的交通特性和機動車輛運行特性，找出存在的交通問題。制定優化設計方案，并使用VISSIM仿真軟件進行仿真、評價其優化設計方案。

關鍵詞：城市交通路口 連固線與云葉線 優化設計 VISSIM仿真

Optimization Design of Urban Traffic Intersection based on VISSIM Simulation

Cheng Junyu Wang Ning Bai Yankai

Abstract：Road intersection is the concentration of road traffic flow， which is not only an important node in the road system， but also an area prone to road traffic problems. With the continuous development of China's national economy， the urbanization process is accelerating， resulting in a series of urban transportation problems， which also makes the pressure on the urban transportation system increase year by year. The rationality of the design scheme of road intersections will affect the overall safety and smoothness of urban traffic road projects. It is particularly important to adopt scientific and reasonable planning concepts， advanced methods and technical means to design intersections. Taking the intersection of Liangu Line and Yunye Line in Wuxian County as an example， this paper analyzes the traffic characteristics of traffic signal intersections and the operation characteristics of motor vehicles to find out the existing traffic problems， formulates the optimization design plan， and uses VISSIM simulation software to simulate and evaluate the optimization design scheme.

Key words：urban traffic intersection， connecting line and cloud leaf line， optimization design， VISSIM simulation

1 背景

道路作為城市交通的主動脈，將各個道路交叉口進行連接，道路交叉口的順暢與否直接決定了整個道路交通是否順暢，從而影響到整個城市，同時道路交叉口也是整個城市車輛與人流交匯的重要節點，由各個方位的車輛、各種的車輛組成了復雜的交通狀況，是道路擁堵的主要矛盾焦點，從而非常容易引起車禍與堵塞，也由此使得道路交叉口成為了城市中非?；靵y的交通部分，交通事故的多發、擁堵導致了道路網通過能力嚴重下降，而雜亂的道路交叉口也就此成為城市高效運行的阻礙。

交叉口是城市交通中問題最多的部分，通過選擇正確的管理形式和正確的渠化設計措施，優化現有問題，組織交通模式，可以充分利用路口的容量，合理利用路口的空間資源，保證車輛沿路的安全和高效運行，減少路口的事故，改善整個城市路網的連接現狀。因此，設計和優化城市道路是極為重要的。

2 城市道路交叉口渠化設計

2.1 渠化交通的方法

交通渠化的主要功能是確定各交通流對道路的空間使用權，從而提高交叉口的安全性，提高交通效率，減少事故頻率。一般有以下幾種方法：（1）通過在道路上設置車道標線、隔離帶或綠化帶，將交通流分開并在交叉口內隔離，這將減少沖突點的數量。（2）通過建立交通島來引導車輛交通，減少沖突區域，從而降低事故發生頻率。保證行車安全。（3）通過限制交通島進入的車道寬度，車輛的速度得到限制，以降低因超車而導致發生事故的可能性。（4）布置交通島，分離混合交通流，保護轉彎和直行車輛。

2.2 交叉口信號控制

通過信號燈控制能夠將交叉口原本互相矛盾的混合交通流及時地分離出來，所以城市道路交叉口交通秩序管理中最為常見以及效果最好的手段之一就是信號燈控制。信號控制參數包括信號周期、信號相位和綠信比。在交叉口通行能力計算中，通常將這3個指標作為綜合考慮的重要因素之一。其中，信號周期和信號相位都是影響路口通行效率關鍵的兩個要素。

3 案例分析—以連固線與云葉線交叉口為例

3.1 交叉口周邊區域概況調查

該交叉口南北有常莊村、央莊村等多個村莊，以及超市、商場和一些公司，東西方向的連固線是通往山西晉城的要道，運送煤炭的大型車輛較多。交叉口附近較多村莊以及公司，在早晚高峰期都是上下班人員以及接送孩子上學的高齡人員，因此早晚的交通量較大，會出現早高峰與晚高峰現象的成間歇性擁堵，并且非機動車在等待信號燈時會扎堆聚集，不按規定行駛，隨意掉頭、逆行等，影響交叉口處交通安全。

3.2 連固線與云葉線交叉口交通特性分析

當交叉口處不同進出口道的交通流匯聚于某點時，由此引起的沖突我們稱之為交通沖突，它包括分流沖突點、合流沖突點以及交叉沖突點3種沖突形式。其中以分流沖突點最容易引起駕駛員駕駛行為上的混亂，而合流沖突點會引發車輛行駛速度不協調等問題；而交叉沖突點則是在一定條件下造成交通擁堵的一種現象。這三類沖突均可導致交通事故，危及行車安全。

連固線與云葉線交叉口機動車沖突示意圖如圖1所示：

（1）根據圖1對連固線與云葉線交叉口車輛沖突的分析能夠得出：交叉口存在兩處交叉沖突點都是因機動車左轉而造成的，連固線的東進道口、西進道口都存在一處分流沖突點，東出口道以及西出口道都存在一處合流沖突點。云葉線的南北進口道都有一處分流沖突點，兩處出口道與連固線進口道車輛都存在合流沖突點。

（2）云葉線的左轉車輛進入到連固線行駛時會與連固線進道口的直行車輛發生沖突，停車次數會增加。

總之，在連固線與云葉線交叉口左轉彎會造成交叉沖突，進道口處車輛會造成分流沖突，出道口處則會造成合流沖突，并且連固線的大型車輛較多，車輛的啟動和停駛時間較長。當該交叉口的交通量增大時，會很容易出現交通混亂，增大交通延誤時間，甚至出現交通事故。

3.3 連固線與云葉線交叉口存在的問題

通過對連固線與云葉線交叉口的實地調查，總結出目前連固線與云葉線交叉口的交通問題，具體分為以下幾點：

（1）云葉線進口道的左轉車輛會與直行車輛沖突、連固線進道口與通過人行橫道的行人發生沖突，延誤通行時間；

（2）交叉口處缺少停車讓行，減速慢行等標志。缺少人行橫道標志用來提醒行人，防止橫穿馬路而造成事故；

（3）連固線近道口處停車線與人行橫道距離過近，并且中重型車輛較多，制動時間較長，如遇到突然加速強行通過交叉路口的行人時，司機來不及制停，容易造成交通事故；

（4）交叉口處照明燈桿距離過遠，夜晚交叉口照明條件較差，行人通過人行橫道時安全性較差；

（5）云葉線北進道口一處人行橫道信號燈損壞，妨礙行人通行；

（6）交通標線模糊不清，交叉口處兩條人行橫道標線磨損嚴重、模糊不清；

（7）對非機動車輛的控制力度不夠，非機動車交通意識薄弱，交通違規現象較多。經常出現非機動車輛駕駛者不戴頭盔、違規載人、并排行駛等現象。在高峰期內，存在較大安全隱患。

4 連固線與云葉線交叉口優化設計

4.1 渠化設計方案

通過對交叉口進行合理的優化設計，可以有效解決該交叉口的交通安全并提高其通行效率。連固線與云葉線交叉口目前采用的是信號控制方式，現將信號相位配時優化設計與渠化設計相結合，做出該交叉口的優化設計方案[8]。

對連固線與云葉線交叉口的渠化設計方案如圖2所示：

對連固線與云葉線交叉口做出了以下的渠化設計：

（1）道口處設置安全島，減少轉彎車輛與行人的沖突點，縮短行人通過人行橫道的時間，以確保行人的安全。

（2）將云葉線的進道口分為左轉、直行和右轉三車道，直行與右轉車道分別設置專用車道，以提高通行效率。

（3）提前停車線，以保證行人在經過人行橫道時的安全。

（4）在各個進道口方向設置右轉彎導流線，減少沖突點，縮短通行時間。

（5）在連固線東進口處設置非機動車道，通過綠化帶進行隔離，為行人提供方便，提高通行效率。

另外，對破損的路口交通信號燈進行維修，方便行人通過，保證行人安全通行。在交叉口處添加人行橫道標志提醒行人安全通過交叉口，添加減速慢行標志，提醒轉彎車輛禮讓行人。

4.2 信號控制優化方案

連固線與云葉線交叉口信號相位配時優化：東西直行綠燈時間50s黃燈3s為第一相位，東西左轉綠燈時間20s黃燈3s為第二相位，南北直行綠燈時間20s黃燈時間3s為第三相位，南北左轉綠燈時間15s黃燈3s，各方向右轉車輛一直通行。增加云葉線南北進口道左轉相位，徹底消除云葉線南北進道口處左轉車輛與直行車輛的交叉沖突點。將連固線東西直行綠燈時間由60s調整至50s，云葉線南北直行綠燈時間調整至20s，提高交叉口處車輛通行效率。

4.3 優化方案評價——VISSIM仿真

通過VISSIM仿真軟件可以對道路當前和優化設計后的交通運行情況進行模擬，建立出不同的交通流量評價指標，從而評價優化設計方案的效果。

本次對連固線與云葉線交叉口的現狀以及優化設計方案分別進行兩次仿真，取仿真評價結果的平均值，連固線與云葉線交叉口現狀與優化設計方案仿真評價結果對比如表1所示：

優化方案評價結果較現狀交叉口評價結果，平均排隊長度減少12.12m，交叉口的排隊延誤時間減少3.54s，車輛延誤時間減少1.46s，交叉口處通過的車輛及人數得到提高。

優化設計方案實施成本較低，效果提升明顯，平均排隊延誤、排隊長度與平均停車延誤均有所降低，對云葉線增加了左轉相位以后，徹底消除了云葉線進口道直行車輛與左轉車輛的交叉沖突，大大提高了交叉口的安全性以及通行能力。設置安全島，為行人提供等待區域，提高了行人的通行安全性。設置云葉線右轉專用車道，減少了沖突點，交叉口的通行能力得到提高。

5 結語

隨著城市道路交通量快速增長，道路交叉口通行能力已經無法滿足快速增長的交通量，對道路交叉口的優化設計也成為了必要的選擇。

本文就連固線與云葉線交叉口現狀進行調查，分析其交通特性，針對其交通問題設計出優化方案，并用VISSIM仿真軟件進行模擬仿真，驗證了方案的可行性，為解決其他交叉口的交通問題提供了參考。文中主要以交叉口運行效率為出發點設置的評價指標，目前還存在一些局限性、片面性，還應該從安全指標、環境指標等方面考慮。

項目來源：2022年校級課程教學資源庫《道路工程》HHJTXY–2022kczyk066。

參考文獻：

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