基于vissim交通仿真研究小區(qū)開放對道路通行的影響

王 森，商佑銘，于春梅，劉志超，支小慧

(1.沈陽建筑大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168；2.沈陽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168；3.沈陽建筑大學(xué)信息與控制工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168)

基于vissim交通仿真研究小區(qū)開放對道路通行的影響

王 森1，商佑銘2，于春梅1，劉志超1，支小慧3

(1.沈陽建筑大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168；2.沈陽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168；3.沈陽建筑大學(xué)信息與控制工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168)

近期，國務(wù)院發(fā)布的關(guān)于推廣街區(qū)制，原則上不再建設(shè)封閉住宅小區(qū)，已建成的住宅小區(qū)和單位大院要逐步開放等意見，引起了廣泛的關(guān)注。那么，小區(qū)開放到底對周邊道路有何影響呢？通過構(gòu)建三個模型和交通仿真用以探究小區(qū)開放是否對交通擁堵問題有積極的緩解作用。將開放小區(qū)和不開放小區(qū)的交通情況進(jìn)行對比，進(jìn)而比較出開放小區(qū)到底對附近的交通狀況產(chǎn)生了怎樣的影響。

車線斷面法 ；安全防撞距離模型；交通仿真

0 引 言

隨著社會的進(jìn)步，汽車成為一個家庭出行的必要工具。但隨著車輛的日益增多，交通擁堵也隨之增多，所以緩解道路交通擁堵刻不容緩。本文要研究的是小區(qū)開放對道路交通的影響。評價道路交通有多種方式，但如果能選取較為簡單，便于理解的數(shù)學(xué)模型，就更加便于交通管理部門正確估算小區(qū)開放對周邊交通的影響程度，也可以提供正確的改善周邊道路設(shè)施提供理論依據(jù)。

1 問題闡述

著重解決下列三個問題。

(1)采用合理的評價指標(biāo)體系，進(jìn)行對開放小區(qū)對周邊道路交通影響的評價。

(2)通過建立一個關(guān)于車輛通行的數(shù)學(xué)模型，以此研究小區(qū)開放對周邊道路通行的影響。

(3)用之前所建立的模型，構(gòu)建或選取不同的小區(qū)類型，定量比較小區(qū)開放前后對周邊道路同行的影響。

2 模型假設(shè)

(1)假設(shè)十字形路段只有直行和直行混右兩車道。

(2)假設(shè)進(jìn)出小區(qū)的都是小型車。

(3)假設(shè)交匯的路段為主干路與次干路。

(4)假設(shè)車輛安全行駛，不發(fā)生交通事故。

(5)假設(shè)駕駛員正常行駛時保持安全防撞距離。

3 符號說明

表1

符號符號說明Z直直行車道通行能力Z右右轉(zhuǎn)車道通行能力Z直右直右混行專用車道通行能力K直右混行干擾折減因數(shù)T周信號燈的一個周期時間t綠一個周期綠燈所占時間t加車輛加速時間t間前后車連續(xù)通過停車線的平局時間間隔n右右轉(zhuǎn)車所占總車輛百分率an車輛n駕駛員所愿采用最大加速度bn車輛n駕駛員所愿采用最大減速度＾b車輛n認(rèn)為車輛n-1會采取的最大減速度Sn-1車輛的效果尺寸a加權(quán)平均加速度

4 模型的建立與求解

4.1 問題一模型建立

(1)模型建立

假設(shè)原小區(qū)為T型路段，小區(qū)開放后原先小區(qū)內(nèi)部的道路與外部主干路聯(lián)通，變?yōu)椤笆弊中吐范?。設(shè)路段共四車道，即單方向雙車道(見圖1)。靠近路段中央的為直行車道，另一條為直行混右轉(zhuǎn)車道。十字路口中央為主干路與次干路交匯區(qū)域。假設(shè)我們觀察主干路車流由西向東行駛的一側(cè)，路口處只允許車輛右轉(zhuǎn)。

圖1 小區(qū)開放后“十”字路段圖

(2)模型求解

在圖1中，我們選取下半部分(由西向東)進(jìn)行模型求解，并分情況進(jìn)行討論:

①直行車道通行能力

一條直行車道通行能力為

(1)

②右轉(zhuǎn)車道通行能力

一條專用右轉(zhuǎn)車道通行能力

Z右=3 600/t右(輛/h)

(2)

式中：t右表示前后兩右轉(zhuǎn)車連續(xù)駛過停車線的時間間隔，小汽車的t右平均為4.5 s。

③直右混行專用車道通行能力

(3)

式中：K可取1.5。

將(1)(3)公式進(jìn)行相加得出

(4)

我們設(shè)車流量小汽車∶客車∶貨車∶行人=5∶2∶2∶1。對加速度進(jìn)行加權(quán)平均就有

(5)

根據(jù)表2，知主干路與此干路的極限通行能力為4 400輛/h，Z=4 400輛/h，將各個已知數(shù)值帶入(4)中解得n右≈38.74%，即右轉(zhuǎn)車所占比例極限為38.74%。

表2 平面設(shè)計十字道口的通行能力

本表參考《城市管理交通指南》。

(3)結(jié)果分析

我們得出當(dāng)小區(qū)開放后，右轉(zhuǎn)車所占比例右轉(zhuǎn)車所占比例超出較多，即超過了平面設(shè)計十字道口的通行能力，就會發(fā)生交通擁堵。反之，則小區(qū)周邊交通通行順暢。

4.2 問題二模型建立

小區(qū)開放之后，從次干路匯聚進(jìn)入主干路的車流量增加，對小區(qū)附近交通情況產(chǎn)生重大影響。由于車輛跟隨密集，汽車的減速度和加速度，以及跟車距離等指標(biāo)就顯得尤為重要。我們根據(jù)實際情況建立安全防撞距離模型，以研究開放小區(qū)對周邊交通情況的影響。

安全防撞距離模型沒有從刺激反應(yīng)這一常規(guī)方面入手，而是要尋找一個特定的跟馳距離。我們將第n輛車、第n輛車前后的第n-1輛車和第n+1輛車用簡圖形式表示出。

由于小區(qū)內(nèi)空間較為狹窄，所以選擇從安全防撞距離入手才更加合理。根據(jù)前車駕駛員的行為，后車駕駛員也做出相應(yīng)的反應(yīng)，即使調(diào)整車速和車距，通過模擬我們就能得到小區(qū)開放對交通情況的影響。

安全防撞距離表達(dá)式為

(6)

vn2(t+T)=bnT+

(7)

vn(t+T)=min{vn1(t+T),vn2(t+T)}

(8)

式中:Sn1的值等于車身長度加停車間距。

4.3 問題三模型建立

(1)建立交通仿真模型

為了研究小區(qū)開放對周邊地區(qū)的交通影響，我們使用軟件進(jìn)行了仿真模擬。交通流仿真系統(tǒng)用于分析各種運(yùn)行的交通系統(tǒng)。

接著，將鳥瞰圖作為背景圖插入到軟件中，根據(jù)查找《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》第六十四頁(見表3)。

表3 《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定機(jī)動車的車道寬度

根據(jù)表3，我們可將小區(qū)和主干路的車道寬度設(shè)為(雙車道)，進(jìn)而得出車輛的最高行駛速度為，不考慮行人，根據(jù)實際情況，各個車型的期望速度、相對流量設(shè)置如表4所示。

表4 各個車型的期望速度和相對流量

為了更加符合實際的情況，我們在路口處設(shè)置了紅綠燈，其中一個信號燈的周期為，在路口停車后，再次啟動會有一個短暫的反應(yīng)時間，我們?yōu)榱吮阌谀M，將反應(yīng)時間設(shè)置成和黃燈一樣的5s，就是認(rèn)為駕駛員從紅燈結(jié)束就開始準(zhǔn)備，在黃燈期間完成所有準(zhǔn)備工作，在變成綠燈的剎那，在極短時間提速到標(biāo)準(zhǔn)速度，不考慮加速時間。紅燈、綠燈、和黃燈的時間如表5所示。

表5 紅燈、綠燈、黃燈時間

在仿真中，我們發(fā)現(xiàn)如果分為兩次進(jìn)行模擬，將兩次模擬結(jié)果比較時不夠明顯與直觀，很難歸納出我們需要的結(jié)論。所以，我們改變了模擬方式：選擇兩個相對的路口，一條是對小區(qū)開放的“十”字形路口，另一條不對小區(qū)開放，是一條“”形路口，上方部分為“十”字形路口，在圖的下方部分為是一條“”形路口(即下方小區(qū)不對外開放)。設(shè)置相關(guān)系數(shù)之后，兩條道路一上一下同時進(jìn)行模擬，如此一來，我們可以同時看到兩種情況下的交通情況，便于我們根據(jù)現(xiàn)象比較，也更加直觀，得出的數(shù)據(jù)也有便于我們直接看出比較結(jié)果。

緊接著，我們開始對其仿真，我們給兩個路口共七條道路分別添加7個不同的監(jiān)測點(diǎn)用以監(jiān)測車輛的速度，監(jiān)測點(diǎn)1、2、3、4分布在“十”字型路段，監(jiān)測點(diǎn)5、6、7分布在“”字形路段。當(dāng)車輛速度正常，證明道路交通是順暢的，當(dāng)車輛速度明顯較低時，就表示此刻的車輛正在擁堵。

(2)運(yùn)行交通仿真模型

在所有參數(shù)設(shè)置好之后，我們開始運(yùn)行交通仿真系統(tǒng)。

(3)輸出仿真結(jié)果

為了避免偶然性，我們進(jìn)行了10組模擬，10組數(shù)據(jù)都出奇的相似，我們選出了其中的三組作為最后的結(jié)果比較。

(4)分析輸出結(jié)果

根據(jù)三組結(jié)果顯示，第一組、第二組、第三組的五號速度監(jiān)測點(diǎn)所監(jiān)測的平均速度分別為、、，皆為7個監(jiān)測點(diǎn)所檢測點(diǎn)的平均速度最小值，并且該速度小于其他監(jiān)測點(diǎn)所檢測的平均速度，又因為五號監(jiān)測點(diǎn)位于“”字形路段，所以我們可認(rèn)為，該路段較“十”字形路段擁堵，所以可以得出開放小區(qū)對周邊道路交通的疏通是具有積極意義的。

[1] 李向朋.城市交通擁堵對策—封閉型小區(qū)交通開放研究[D].長沙理工大學(xué),2014：15-23.

[2] 林臻.機(jī)動化背景下我國大學(xué)校園交通的優(yōu)化策略研究[D].同濟(jì)大學(xué),2007：59-70.

[3] 蔣超.街區(qū)制推廣中的法律問題探析——業(yè)主權(quán)利保護(hù)的視角[J]. 廣西政法管理干部學(xué)院學(xué)報,2016：26-30.

Adissertationontheinfluenceofcommunityopeningonroadaccessbasedonvissimtrafficsimulation

WANG Sen1, SHANG You-ming2，YU Chun-mei1，LIU Zhi-chao1，ZHI Xiao-hui3

(1.School of Mechanical Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang，Liaoning 1110168, China; 2.School of Information and Control Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang ，Liaoning 1110168, China; 3.School of Information and Control Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang，Liaoning 110168, China)

Recently, the State Council issued on the promotion of street system, in principle, no longer building a closed residential area, has been completed residential quarters and units to be gradually open and other views, has aroused widespread concern. So, what is the impact of the opening of the district on the surrounding roads? In this paper, three models and Vissimtraffic simulations system are used to explore whether the opening of the district has a positive effect on the traffic congestion problem. Will open the district and not open the traffic situation of the district to compare, and then compare the open cell in the end to the nearby traffic situation had a kind of impact.

car line section method; safety crash distance model; vissim traffic simulation

2017-05-08

王森(1995-)，男，河南蘭考人，研究方向：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化。

U492

A

1008-3383(2017)11-0201-03