基于VISSIM仿真的道路交叉口改造后評價(jià)方法

田曉楠，于 淼，丁 磊

（天津市公安交通管理局，天津市 300051）

0 引言

為適應(yīng)城市機(jī)動化出行的快速發(fā)展，很多大城市對路網(wǎng)中的瓶頸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了改造。在改造過后，人們往往對改造效果只有一個(gè)感性認(rèn)知，缺乏相對客觀、量化的效益評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

本文結(jié)合天津市南京路-新華路交叉口改造實(shí)例，對交叉口改造效益的量化提供了可借鑒的評價(jià)方法。

1 道路交叉口后評價(jià)技術(shù)方法研究

本文在后評價(jià)中首先采用Vissim對方案渠化、信號配時(shí)及協(xié)調(diào)、交通量等要素進(jìn)行仿真和擬合，通過內(nèi)置的節(jié)點(diǎn)評價(jià)得到詳盡的、人為調(diào)查難以得到的（如碳排放量等）相關(guān)指標(biāo)。

對這些不同的指標(biāo)進(jìn)行歸納和篩選，并提出效益指標(biāo)的評價(jià)值域及方案總體權(quán)重的得分標(biāo)準(zhǔn)。

最后，結(jié)合層次分析法，在經(jīng)過判斷矩陣的構(gòu)造和一致性判斷后，根據(jù)上述評分標(biāo)準(zhǔn)對改造方案的后評價(jià)效益進(jìn)行量化打分。

2 工程概述

城市居民出行機(jī)動化的快速發(fā)展給路網(wǎng)的通行，特別是中心城區(qū)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的通行造成了很大的負(fù)荷。交叉口改造成為提高交通系統(tǒng)通行效率的重要手段。

南京路-新華路交叉口位于天津市和平區(qū)，南京路、新華路、成都道、泰安道共同構(gòu)成該六路環(huán)島交叉口。

南京路是天津最主要的骨架道路，串聯(lián)南開、河?xùn)|、河西等地區(qū)，沿線分布有五大道景區(qū)、濱江道商業(yè)金融服務(wù)區(qū)、小白樓商業(yè)區(qū)等人口稠密、交通出行強(qiáng)度較高的地區(qū)。南京路-新華路交叉口象限內(nèi)有天津國際大廈等較大交通發(fā)生點(diǎn)與吸引點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 南京路-新華路交叉口象限內(nèi)交通吸引點(diǎn)

2.1 改造前問題分析

（1）環(huán)島限制了南京路東進(jìn)口所有直行車道的通行效率及車行流線；

（2）采用無信號控制，南京路西進(jìn)口與成都道的車流一同涌入交叉口，形成瓶頸路段；

（3）泰安道高峰小時(shí)交通量在1 100 pcu/h以上，由于采用無信號控制，泰安道與南京路東進(jìn)口的車流形成合流交織，泰安道車流左轉(zhuǎn)河北路需橫跨至少3條車道，阻礙后續(xù)車流通行；

（4）南京路上公交站及運(yùn)行線路較多，高峰期間由于公交車機(jī)動性較差，消散效率低下；

（5）周邊地區(qū)非機(jī)動車與行人生成量較大，在該節(jié)點(diǎn)與機(jī)動車沖突較為嚴(yán)重，存在較大安全隱患。

該交叉口改造前渠化及交通組織方案如圖2所示。

圖2 南京路-新華路交叉口改造前渠化方案

2.2 改造策略

改造主要從渠化、信號控制、交通設(shè)施加設(shè)、交通管理措施4個(gè)方面入手，總結(jié)出以下5條基本策略：

（1）拆除環(huán)島，消除通行瓶頸；

（2）采用信號控制，分離交通沖突較大的進(jìn)口通行；

（3）在保證車行流線順暢的前提下縮小交叉口，以規(guī)范行車流線；

（4）以人為本，渠化安全島以保證人、非安全，并合理加設(shè)護(hù)欄，消除安全隱患；

（5）修改、加設(shè)交通引導(dǎo)標(biāo)志、標(biāo)線。

2.3 改造方案

2.3.1 空間渠化設(shè)計(jì)

改造方案以南京路東西向和成都道、泰安道南北向?yàn)樗穆废嘟坏腦型交叉口來設(shè)計(jì)，再接入南北兩段新華路完成項(xiàng)目改造方案（見圖3）。

圖3 南京路-新華路交叉口改造渠化方案

2.3.2 信號配時(shí)及線控協(xié)調(diào)

將南京路-河北路、南京路-新華路、南京路-湖北路3個(gè)交叉口納入綠波系統(tǒng)，根據(jù)3個(gè)交叉口進(jìn)口道車輛停止線由西向東180 m、140 m、270 m，由東向西235 m、50 m、300 m的間距，利用圖解法設(shè)置相位、相位時(shí)長、相位差。

相位A：南京路西進(jìn)口道直行+泰安道優(yōu)先10 s右轉(zhuǎn)+南京路東進(jìn)口道直右75 s。

相位B：行人和非機(jī)動車?yán)孟辔蝗t時(shí)間完成過街和轉(zhuǎn)向10 s。

相位C：成都道左直右同放65 s。

周期統(tǒng)一為150 s，使該交叉口與南京路-河北路交叉口相位差保持90 s，南京路-湖北路交叉口與該交叉口行為差保持28 s，雙向的通過帶寬度最大。

3 評價(jià)方法

3.1 方法概述

Vissim是一種微觀的、基于時(shí)間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，用于城市交通和公共交通運(yùn)行的交通建模。它可以分析各種交通條件下（如車道設(shè)置、交通構(gòu)成、交通信號、公交站點(diǎn)等）城市交通和公共交通的運(yùn)行狀況，是評價(jià)交通工程設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃方案的有效工具。

3.2 仿真模型

經(jīng)底圖導(dǎo)入、添加路段及連接器、定義交通屬性、輸入流量及路徑、設(shè)置減速及讓行規(guī)則、設(shè)置優(yōu)先原則、解決沖突區(qū)域、設(shè)置信號燈等步驟，得到仿真渠化模型（見圖4）。

圖4 南京路-新華路及上下游交叉口仿真模型

3.3 評價(jià)模型

層次分析法（AHP）是將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。

采用層次分析法以評價(jià)交叉口改造效益，建立層次結(jié)構(gòu)模型，如圖5所示。

心理學(xué)研究表明，人們劃分信息重要性等級的極限能力是7±2，因此采用9級標(biāo)度法作為衡量元素之間重要性的標(biāo)度。該方法成功將各元素之間的重要性量化，把重要性這一文字性的語言量化并求得最終權(quán)重[1]。具體標(biāo)度規(guī)則見表1。

圖5 交叉口改造效益評價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型

表1 九級標(biāo)度法

評價(jià)并量化一個(gè)交叉口的改造效益，應(yīng)從交通暢通效益（A1）、交通安全效益（A2）、環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益（A3）3個(gè)角度綜合考慮與研究。以“安全第一”為原則，考慮該交叉口急需解決交通擁堵問題，使用9級標(biāo)度法構(gòu)造判斷矩陣（見表2）。

表2 準(zhǔn)則層判斷矩陣

計(jì)算滿足AW=λmaxW的最大特征根λmax=3.001 7，定義C.I=（λmax-n）/（n-1），R.I的取值見表3，對于階數(shù)n＞2的定義CR=C.I/R.I=0.001 6＜0.10，一致性良好。

具體改造效益指標(biāo)的含義、評價(jià)值域、對應(yīng)標(biāo)度及方案總體權(quán)重的得分標(biāo)準(zhǔn)見表4～表8。

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I的取值

表4 具體改造效益指標(biāo)

表5 具體指標(biāo)九級標(biāo)度

表6 B1九級標(biāo)度

表7 B8九級標(biāo)度

表8 改造效益評分標(biāo)準(zhǔn)

4 方案后評價(jià)

4.1 改造仿真分析

通過設(shè)置檢測器、數(shù)據(jù)檢測點(diǎn)、測算行程時(shí)間等操作，得到仿真運(yùn)行畫面（見圖6），采集并篩選數(shù)據(jù)，以備后續(xù)評價(jià)。

圖6 南京路-新華路交叉口仿真運(yùn)行

根據(jù)改造前后Vissim及其附帶模塊等仿真得到主要采集數(shù)據(jù)（見表9）。

表9 改造前、后交叉口主要指標(biāo)采集

4.2 基于AHP的方案后評價(jià)分析

針對 A1、A2、A3構(gòu)造判斷矩陣 （見表 10～ 表12）。

表10 交通暢通效益判斷矩陣及權(quán)重

表11 交通安全效益判斷矩陣及權(quán)重

表12 環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益判斷矩陣及權(quán)重

計(jì)算 A1、A2、A3構(gòu)造判斷矩陣滿足 AW=λmaxW的最大特征根 λ1max=5.109 2，λ2max=4.114 5，λ3max=5.119 2，定義 C.I=（λmax-n）/（n-1），對于階數(shù) n＞2的定義 CR=C.I/R.I，CR1=0.024 4，CR2=0.042 9，CR3=0.026 6，均小于0.10，一致性良好。

計(jì)算改造前、后交叉口效益ωA=0.176 8，ωB=0.823 2，即交叉口改造效益得分為85.856分，改造效果優(yōu)異。

5 結(jié)語

本文研究的效益評價(jià)模型、參數(shù)選擇和指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值域推薦是針對該交叉口的主要問題取值的。由于不同城市、不同區(qū)位，甚至不同研究人員對效益評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、各指標(biāo)權(quán)重的側(cè)重都不盡相同，因此本文旨在提出一種方法、指標(biāo)體系及其實(shí)現(xiàn)工具。各城市在實(shí)際采用時(shí)，必須根據(jù)對交叉口及其所在地區(qū)的實(shí)際踏勘結(jié)果[2]，抓住主要矛盾，對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以獲得符合實(shí)際的交叉口效益評價(jià)模型。

參考文獻(xiàn)：

[1]李尚輝.城市道路畸形交叉口改造優(yōu)化設(shè)計(jì)與評價(jià)研究[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué),2015.

[2]范文博,張成,李佳.城市道路交叉口改造效益評價(jià)及實(shí)踐[J].城市交通,2006(1):60-63.