VViissssiimm在城市交叉口信號配時方案優(yōu)化中的應用——以“粵海門村”交叉口為例

鄒 亮，潘 洲，王思淼（深圳大學，廣東 深圳 518060）

ZOU Liang,PAN Zhou,WANG Si-miao (Shenzhen University,Shenzhen 518060,China)

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟突飛猛進的發(fā)展，城市私家車數(shù)量與日俱增，城市交通狀況也變得極為復雜且日益惡化。目前道路擁堵問題已成為城市交通面臨的突出問題。交叉口作為城市交通網(wǎng)絡的重要組成部分，處理不好，交通擁堵問題將尤其突出。解決城市道路交叉口問題是解決城市交通的關鍵，如何確定最優(yōu)的交叉口信號配時方案一直是科研工作者和工程技術人員關注的問題[1-5]。

本文提出通過Vissim交通仿真軟件，對優(yōu)化配時選方案進行仿真模擬，并與現(xiàn)有配時方案就交叉口交通運行參數(shù)進行對比，從而驗證優(yōu)化配時方案的有效性。經(jīng)過對深圳大學周邊交叉路口進行觀察發(fā)現(xiàn)，在晚高峰時段（18：00～19：00）粵海門村交叉口，會出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，加之此時段為學生晚間上課時間，電單車、自行車較多，存在一定的安全隱患。針對以上諸多問題，本文擬對粵海門村交叉口現(xiàn)有信號配時方案進行，減少延誤、降低運行時間，提高交叉口的通行能力、更好地利用有限的道路資源，并利用Vissim建立微觀交通仿真模型，對方案的有效性進行驗證。

1 交通數(shù)據(jù)調(diào)查分析

1.1 交叉口幾何特性和交通量

粵海門村交叉口東西方向為雙向六車道，其中一條左行車道，兩條直行車道，設置右行輔道，不設右行專用車道；南北方向為雙向四車道，其中一條直左車道，一條直行車道，設置右行輔道，不設右行專用車道。

依據(jù)粵海門村交叉口交通流特性，采用人工技術法對該交叉口晚高峰（18：00～19：00）的交通量進行調(diào)查。具體調(diào)查結果如表1所示。

表1 粵海門村交叉口道路條件及晚高峰流量統(tǒng)計表

表2 粵海門村交叉口人行道條件及晚高峰流量統(tǒng)計表

1.2 原有配時方案

粵海門村十字交叉口采用四相位信號定時控制，信號周期為111秒。具體相位及綠燈、黃燈時間如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有配時方案圖

2 模型的構建與修正

2.1 仿真模型的構建

利用Vissm仿真軟件，對粵海門村交叉口的交通流進行仿真所需要的條件包括道路條件、交通條件和信號配時方案，其中道路條件包括車道數(shù)、車道寬度、車道長度等；交通條件包括交通組成、交通量、車輛基本性能等；信號配時方案包括相位、綠燈時間等。

（1）道路條件中的車道數(shù)、車道寬度依據(jù)實際情況，如表1、表2所示。

（2）交通條件中的交通量以及實際調(diào)查的交通流數(shù)據(jù)，如表1、表2所示。

（3）配時方案中的相位、綠燈時間依據(jù)實際情況，如圖1所示。

（4）車輛的幾何尺寸選用Vissm軟件中2D模型中的類似車型尺寸和速度根據(jù)粵海門村交叉口具體情況設置，如表3所示。

表3 車輛特性參數(shù)設置表 單位：m、km/h

依據(jù)粵海門村交叉口平面布局（如表1所示），在Vissim仿真軟件中建立仿真模型，依據(jù)表3中的車輛特性，并分別將表1、表2、圖1中的交通流量數(shù)據(jù)與信號配時方案輸入模型中，最后得到該交叉口交通仿真模型，如圖2所示。

2.2 模型的修正

微觀模型修正的基本方法：通過交通微觀仿真軟件Vissim，對已建立的十字交叉口微觀模型進行服務水平的評價，輸出得到各個進口的延誤，再與實地測得的延誤進行對比，對模型進行改進與匹配。

經(jīng)過對粵海門村十字交叉口的觀察得知，由于南北方向西側的人行橫道車流量與人流量比較大，導致南進左行車輛在行進過程中產(chǎn)生沖突。該路口仿真模型對于該位置的沖突區(qū)設置時，左轉(zhuǎn)車輛應該為人行橫道交通流讓行，這樣也造成了北進直行方向的車輛延誤的增加，但是實際路況卻不是如此。實際情況一般都是行人為左轉(zhuǎn)車輛讓行。以至于模型中出現(xiàn)了如此大的車輛延誤。北進左轉(zhuǎn)方向的延誤也是同樣道理。

在發(fā)現(xiàn)問題之后，對仿真模型進行修改。將東西方向的人行橫道的沖突區(qū)域修正為：人行橫道交通流讓行于左轉(zhuǎn)車輛。修正之后再對模型進行評價輸出。表4給出了修正前后仿真結果延誤數(shù)據(jù)比較，模型修正后延誤總誤差由41.7下降到了12.1，下降了71%。

表4 修正前后延誤數(shù)據(jù)對比表

3 配時方案的優(yōu)化與評價

3.1 配時方案的優(yōu)化

在此處引入“等效交通量”的計算方法，方法如下：

（1）等效交通量

在根據(jù)交通量確定信號燈周期長度時，需要將交叉口交通量轉(zhuǎn)換成等效交通量，換算公式為：

式中：Ve——等效交通量，（pcu/h），直行；V——交叉口進口實際交通量，（pcu/h）；H——公交車、貨車車輛數(shù)，（pcu/h）；L——左轉(zhuǎn)車車輛數(shù)，（pcu/h）；n——進口有效車道數(shù)。

（2）周期長度

式中：T——周期時間；P——相位數(shù)；Ve——等效交通量，（pcu/h）。

當周期長度確定后，便可按相交車流的等效交通量比例分配給各相位綠燈通行時間。

將表1的數(shù)據(jù)代入上述公式得到：

計算得到的信號燈周期與原信號燈時間相符合，取T=111s

有效綠燈時間為：111-3×2=105

南北方向的綠燈時間為：106×299/971=31s

與原信號燈配時相比較，南北方向綠燈時間縮短5s，在不改變東西方向左行綠燈時間的情況下，將東西方向直行綠燈時間延長5s，得到的優(yōu)化配時方案如圖3所示。

圖3 優(yōu)化配時方案圖

3.2 仿真結果分析

對該交叉口信號配時方案優(yōu)化前后的交通狀況分別進行十次模擬仿真，得出各種交叉口交通評價指標，經(jīng)整理得出該交叉口的仿真結果，如表5所示。

表5 原方案與優(yōu)化方案的Vissim評價對比

仿真結果表明：優(yōu)化方案使得交叉口人均延誤時間下降了16.6%，停車時間下降了19.3%，平均排隊下降了10.6%，通行量增加了2.4%，說明優(yōu)化配時方案能夠有效提高該交叉口的服務水平，提高通行率。

4 總結

運用等效交通量法對粵海門村十字交叉口的信號燈配時進行改進，并通過微觀仿真軟件Vissim進行評價，與原配時方案進行比較，結果表明優(yōu)化配時方案能夠有效提高該交叉口的服務水平，提高通行率，并為后續(xù)信號配時方案調(diào)整提供參考。

[1]陸化普.智能運輸系統(tǒng)[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]劉運通，石建軍，熊輝.交通系統(tǒng)仿真技術[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]林曉輝.Vissm交通仿真軟件在地鐵施工交通影響分析中的應用[J].物流科技，2012(9)：44-46.

[4]苗浩軒，王景成,等.基于Vissim和Matlab的信號等控制策略研究[J].微型電腦應用，2012(12)：5-7.

[5]張麗.基于Vissim仿真的城市道路交叉口優(yōu)化設計[J].交通標準化，2012(4)：135-138.