基于可變車道的交通優(yōu)化問題研究

韓晨 曹添豪 方斌

摘 要：近年來，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度不斷加快，人均擁有車輛數(shù)不斷增長(zhǎng)，潮汐式交通擁堵現(xiàn)象已成為城市普遍存在的問題，這類擁堵問題嚴(yán)重影響了道路通行效率，使得有限的資源得不到充分利用。本文分析可變車道的適用條件和特點(diǎn)，以常德市安鄉(xiāng)縣深柳大道與洞庭大道交叉口為研究對(duì)象，通過實(shí)地調(diào)研綜合其存在的問題，在分析交通流量、流向等交通特性的基礎(chǔ)上，分析該交叉口是否具備設(shè)置可變車道的條件，并提出安鄉(xiāng)縣深柳大道與洞庭大道交叉口可變車道的基本設(shè)置方案，利用CAD制圖軟件繪制出路口基本情況，設(shè)計(jì)可變車道的標(biāo)志標(biāo)牌，最后利用VISSIM仿真軟件進(jìn)行效果評(píng)價(jià)分析，對(duì)該交叉口在設(shè)計(jì)前后的通行效率進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)置可變車道交通組織方式的可行性。

關(guān)鍵詞：潮汐交通；可變車道；道路交叉口；交通仿真

1 研究背景

1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

城市交通擁堵一直是影響城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要障礙，其中，單向、頻繁的潮汐式擁堵以及由節(jié)假日、大型活動(dòng)等特殊情況導(dǎo)致的大規(guī)模擁堵更是普遍存在。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家可變車道的發(fā)展情況要比國(guó)內(nèi)早，最開始主要是對(duì)路段數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，但是缺少統(tǒng)一的控制標(biāo)準(zhǔn)和組織，使得可變車道實(shí)施的效果不太理想。隨著我國(guó)潮汐特性的交通擁堵問題愈發(fā)嚴(yán)重，我國(guó)許多學(xué)者也開始關(guān)注這一問題，一起討論解決方法或優(yōu)化方案。有學(xué)者主要通過應(yīng)急交通需求方面進(jìn)行研究，確定哪些路段需要設(shè)置可變車道。還有學(xué)者對(duì)可變車道的實(shí)施方案以及優(yōu)化思路進(jìn)行深入研究，以求能達(dá)到期望的效果。通過引入可變車道，我們已經(jīng)在全國(guó)各大城市中推廣了這種交通設(shè)施，以緩解潮汐交通的擁堵問題。

1.2 研究?jī)?nèi)容

通過進(jìn)行道路交叉口可變車道的組織優(yōu)化分析，查閱資料綜合可變車道的適用條件，以常德市安鄉(xiāng)縣深柳大道與洞庭大道交叉口為例，調(diào)查研究其存在的問題，通過適用條件分析其利弊及設(shè)置后現(xiàn)實(shí)遇到的問題，提出了設(shè)計(jì)可變車道的猜想，并利用VISSIM進(jìn)行交通仿真，前后對(duì)比以評(píng)價(jià)其仿真模擬效果。

2 可變車道設(shè)置條件

2.1 設(shè)置原理

可變車道也稱為可變導(dǎo)向車道（Variable Guide Lane，簡(jiǎn)稱VGL），通過在原本車道內(nèi)側(cè)增劃多條短斜線的方式，或者增加文字標(biāo)識(shí)，對(duì)車道進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，并利用LED燈、標(biāo)志標(biāo)線、標(biāo)牌等設(shè)施來輔助，根據(jù)不同時(shí)段的交通流量需求更換車道的導(dǎo)向功能，依次實(shí)現(xiàn)道路資源的充分利用。

2.2 可變車道交叉口渠化條件

（1）進(jìn)口車道條件。車道數(shù)不少于3條，在保證行車安全的同時(shí)，也要至少保留1條車道提供車輛通行。可變車道至少占用進(jìn)口道的1條車道。

（2）交通量條件。該路口東西方向路段存在著明顯的潮汐現(xiàn)象，直行通過路口的車輛較多，并且停車延誤大，評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)一般比較車流量是否每小時(shí)大于100輛。

（3）專用可變車道相位保護(hù)條件。車輛在通行可變車道路段時(shí)，必須設(shè)置專門的可變信號(hào)相位來保證車輛的通行安全。

（4）可變車道長(zhǎng)度。若設(shè)置的可變車道長(zhǎng)度太短，則會(huì)導(dǎo)致通行的車輛減少，使交通流量降低；若設(shè)置的可變車道過長(zhǎng)，則會(huì)使可變車道停留的車輛無(wú)法及時(shí)全部通過路口，這會(huì)大大降低道路通行效率，甚至?xí)箵矶聠栴}加重。

（5）標(biāo)志標(biāo)線條件。當(dāng)交叉口設(shè)有可變導(dǎo)向車道時(shí)，其交通標(biāo)志指示線的設(shè)定需嚴(yán)格按照《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第3部分：道路交通標(biāo)線》（GB5768.32009）中的相關(guān)規(guī)定，以保證車輛通行的安全性，并且交叉口停車線前不能設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)。

3 安鄉(xiāng)縣深柳大道與洞庭大道交叉口現(xiàn)狀

3.1 路口交通組織渠化情況

深柳大道作為安鄉(xiāng)縣的主干道，連接著東西方向巨大的交通量。深柳大道與洞庭大道交叉口是安鄉(xiāng)縣城區(qū)的中心，每天的高峰時(shí)期道路交通壓力巨大，主要表現(xiàn)在東西方向的直行車道，交通擁堵情況嚴(yán)重，高峰時(shí)期的道路通行能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在的交通量。該交叉口東西進(jìn)口道均為五車道，南北進(jìn)口道為四車道，采用雙黃線形式隔離，且東西左轉(zhuǎn)和直行車道為兩條，車道寬度為3.3米。

3.2 交叉口交通量調(diào)查數(shù)據(jù)

路口交通量的數(shù)據(jù)采集為錄像或者現(xiàn)場(chǎng)人工計(jì)數(shù)的方法，根據(jù)統(tǒng)計(jì)各方向的交通量，得到目前深柳大道與洞庭大道交叉口的實(shí)際交通狀況。數(shù)據(jù)收集采用隨機(jī)性，收集一周內(nèi)不同日期的早晚高峰期交通量，最后選取平均數(shù)，由此得到四個(gè)方向車道的交通量。早晚高峰時(shí)間段，東西直行車流量均大于700pcu/d，左轉(zhuǎn)車流量平均為350pcu/d，由此可以看出深柳大道與洞庭大道交叉口在早晚高峰期間，直行車道相較于兩條左轉(zhuǎn)車道，通行壓力要大很多。

3.3 交叉口現(xiàn)狀配時(shí)方案

該深柳大道與洞庭大道路口的信號(hào)燈為四相位，周期時(shí)長(zhǎng)為159秒，各相位的綠燈時(shí)間分別為：東西直行為40s，東西左轉(zhuǎn)為39s，南北直行為35s，南北左轉(zhuǎn)為33s。

3.4 深柳大道與洞庭大道路口應(yīng)用情況分析

該路口為主要的校區(qū)路段，在城市道路施工方面困難，難以調(diào)整路口的空間結(jié)構(gòu)，高峰時(shí)間段道路通行能力較差，產(chǎn)生了潮汐特性的擁堵問題，并且高峰時(shí)期直行需求大，左轉(zhuǎn)需求相較較少。

4 安鄉(xiāng)縣深柳大道與洞庭大道交叉口優(yōu)化改造

4.1 深柳大道與洞庭大道交叉口可變車道設(shè)置方案

交叉口交通組織設(shè)施優(yōu)化：該交叉口在早晚高峰時(shí)期的車流量比平時(shí)要大很多，主要表現(xiàn)在東西方向的直行車輛，達(dá)到了700多輛，而左轉(zhuǎn)車輛要少很多，只有300輛左右，平均每個(gè)信號(hào)周期通過該路口的直行車輛超過15輛，故在深柳大道東西方向進(jìn)口道各設(shè)置一條可變車道。

4.2 標(biāo)志標(biāo)牌設(shè)置

結(jié)合國(guó)內(nèi)外可變車道的實(shí)施案例，需要在深柳大道與洞庭大道交叉口路段置的交通標(biāo)志有：（1）預(yù)告標(biāo)志牌；（2）路邊指示標(biāo)志；（3）起點(diǎn)提示標(biāo)志；（4）交叉口可變信號(hào)燈。

可變車道控制系統(tǒng)要統(tǒng)一管理預(yù)告標(biāo)志牌、路邊指示標(biāo)志、起點(diǎn)提示標(biāo)志以及交叉口可變信號(hào)燈顯示的正常運(yùn)行，確保使按照設(shè)定的方案及時(shí)啟動(dòng)，以免出現(xiàn)更為嚴(yán)重的交通擁堵或者交通事故。

圖1 深柳大道與洞庭大道交叉口設(shè)置可變車道后交通標(biāo)志設(shè)置方案

4.3 信號(hào)配時(shí)設(shè)置

經(jīng)過分析，本文建議在進(jìn)口道設(shè)置一個(gè)可變車道，并提前6s開啟預(yù)信號(hào)燈，提前5s關(guān)閉預(yù)信號(hào)燈。增加主預(yù)信號(hào)系統(tǒng)，可以使信號(hào)燈在開啟關(guān)閉的時(shí)候有效協(xié)調(diào)。各相位的綠燈時(shí)間調(diào)整為：東西直行為29s，東西左轉(zhuǎn)為31s，南北直行為35s，南北左轉(zhuǎn)為33s，周期總時(shí)長(zhǎng)為140s。

4.4 可變車道交叉口組織仿真

4.4.1 交叉口未設(shè)置可變車道之前仿真

建立交叉口仿真模型，輸入路網(wǎng)數(shù)據(jù)，新建信號(hào)燈組，創(chuàng)建未設(shè)置可變車道前的信號(hào)配時(shí)方案，設(shè)置沖突讓行規(guī)則，仿真運(yùn)行啟動(dòng)后，收集車輛延誤、車輛排隊(duì)長(zhǎng)度和停車次數(shù)等主要數(shù)據(jù)。

4.4.2 交叉口設(shè)置可變車道之后仿真

（1）建立交叉口可變車道仿真模型。在CAD原先的模型上，將東西方向的一條左轉(zhuǎn)車道改為可變車道，并將修改后的模型導(dǎo)入VISSIM中，將可變車道連接至相應(yīng)的車道。（2）輸入路網(wǎng)數(shù)據(jù)。（3）設(shè)置車輛路徑?jīng)Q策。增設(shè)可變車道后，在東西方向的左轉(zhuǎn)車道決策路徑增加可變車道。（4）設(shè)置沖突讓行規(guī)則。在交叉口早晚高峰時(shí)期，調(diào)整直行與左轉(zhuǎn)的沖突區(qū)域，將道路通行效率優(yōu)化到最高，使仿真所得到的最終數(shù)據(jù)對(duì)比效果更加明顯。（5）交通信號(hào)配時(shí)方案設(shè)置。新建專門的信號(hào)燈配時(shí)方案，利用信號(hào)控制機(jī)調(diào)整好相應(yīng)的信號(hào)燈組、信號(hào)配時(shí)相位順序等；此外還要單獨(dú)設(shè)置預(yù)信號(hào)燈的配時(shí)，并增設(shè)在可變車道前。（6）運(yùn)行仿真。在仿真啟動(dòng)前，設(shè)置好仿真運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)3600s，調(diào)整汽車車速為城市道路標(biāo)準(zhǔn)車速40～60km/h，為保證仿真數(shù)據(jù)更加真實(shí)，數(shù)據(jù)收集時(shí)間為1600～3600s。在調(diào)試好各項(xiàng)參數(shù)后，開始運(yùn)行仿真，如圖2所示。

圖2 深柳大道與洞庭大道交叉口設(shè)置可變車道模型運(yùn)行仿真

4.4.3 深柳大道與洞庭大道交叉口可變車道仿真結(jié)果數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過VISSIM仿真軟件的運(yùn)行，現(xiàn)得到設(shè)置可變車道前后的交通數(shù)據(jù)，兩種方案效果對(duì)比如圖3所示：

圖3 深柳大道與洞庭大道交叉口現(xiàn)狀設(shè)置可變車道前后仿真數(shù)據(jù)比較

5 創(chuàng)新特色

（1）典型交通管理實(shí)戰(zhàn)案例的可復(fù)用性。可基于典型交通管理案例構(gòu)建案例庫(kù)，提高交通組織優(yōu)化方法的可復(fù)用性，為交通管理的科學(xué)決策提供案例依據(jù)。

（2）在安鄉(xiāng)縣無(wú)可變車道案例的前提下，提出設(shè)置可變車道這一猜想，對(duì)路口設(shè)置可變車道前后的交通狀況進(jìn)行了VISSIM仿真與比較評(píng)價(jià)，并證實(shí)了該交通組織方案的可行性。

6 應(yīng)用前景

本設(shè)計(jì)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）VISSIM仿真軟件利用成熟的交通仿真引擎，1∶1精確還原交通道路運(yùn)行場(chǎng)景畫面。（2）軟件的開發(fā)成本低。仿真模擬對(duì)于公安交管部門能夠?qū)Χ喾N不同的方案實(shí)施運(yùn)行，通過評(píng)價(jià)不同的運(yùn)行結(jié)果，可以擇出優(yōu)化效果較好的方案，提升公安交管部門對(duì)交通秩序與路網(wǎng)運(yùn)行效率的主動(dòng)管控能力。（3）面向規(guī)劃設(shè)計(jì)單位，可以輔助開展道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)、交通組織優(yōu)化，以及道路交通改造建設(shè)等，驗(yàn)證解決方案的安全性與有效性。同時(shí)對(duì)于高校科研單位，可為開展道路交通規(guī)劃、交通組織設(shè)計(jì)等教學(xué)實(shí)驗(yàn)提供創(chuàng)新思路。

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項(xiàng)目：本論文為2021年度湖南省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目《基于vissim仿真的典型城市交通路口組織優(yōu)化》項(xiàng)目成果

作者簡(jiǎn)介：韓晨（2001— ），男，漢族，湖南常德人，本科，研究方向：交通組織優(yōu)化；曹添豪（2001— ），男，漢族，湖南郴州人，本科，研究方向：交通組織優(yōu)化；方斌（1982— ），男，漢族，安徽肥西人，博士，副教授，研究方向：交通組織優(yōu)化、交通仿真。