城市交叉口信號配時優(yōu)化研究

李蕊竹　鄭金強

摘要：城市的快速發(fā)展伴隨著日益嚴重的交通擁堵，提高道路的通行能力，減少交通擁擠是城市發(fā)展必須要解決的問題；其中信號交叉口的通行能力影響著整個城市道路，因此，對信號交叉口進行更加優(yōu)化的組織及渠化，對整個城市交通的改善有著顯著作用。本文首先介紹評價仿真軟件VISSIM的理論基礎(chǔ)；以貴陽市觀山湖區(qū)長嶺南路和陽關(guān)大道交叉口為例，通過分析該交叉口的調(diào)查數(shù)據(jù)，提出該信號交叉口配時優(yōu)化方案，再利用VISSIM對現(xiàn)狀和優(yōu)化方案進行仿真研究分析。結(jié)果表明，該交叉口的整體服務水平由現(xiàn)狀E級提升至D級。

關(guān)鍵詞：VISSIM；交通仿真；信號配時優(yōu)化；信號交叉口

0 引言

城市道路信號交叉口是城市道路的重要節(jié)點，它把城市道路相互連接起來構(gòu)成道路網(wǎng)，其通行能力直接影響城市道路的通達，交叉口的交通流密度過大，將會造成路口的擁擠與堵塞，影響城市道路的正常運行，而提高信號交叉口通行能力、減少交叉口停車與延誤是城市道路交通追求的目標，鑒于此，本文以信號交叉口為研究對象，通過典型交叉口的調(diào)查，探究其通行能力，并分析信號交叉口的運行狀況[1]。

1 信號配時參數(shù)

城市平面交叉口的通行能力主要表現(xiàn)在車輛不同行駛方向形成的沖突點，沖突點越多，表明該信號交叉口通行能力和安全系數(shù)越低。因此，需要對交叉口進行渠化以及采用信號燈進行控制，從而提高交叉口的通行能力。

2 VISSIM系統(tǒng)模型

VISSIM是由德國PTV公司研發(fā)出來進行交通仿真的軟件，VISSIM是從微觀角度對交通流進行仿真，該仿真系統(tǒng)以0.1s作為時間步長進行微觀仿真，具有隨機性和離散性，同時，VISSIM還采用德國的Wiedemann教授開發(fā)的心理-生理跟車模型作為車輛縱向運動模型，橫向運動的算法是采用Rule-based算法[2]。VISSIM交通仿真系統(tǒng)由交通仿真器和信號狀態(tài)發(fā)生器兩個程序組成，交通仿真器包括車道變換模型以及跟車模型；信號發(fā)生器是一個信號控制的軟件，它的信息的獲得是通過仿真步長來從交通仿真器里不斷地檢測的，并將下一個仿真的時刻的信號狀態(tài)傳遞給交通仿真器[3]。

3 工程實例

3.1項目概況

以貴陽市長嶺南路（南北向）與陽關(guān)大道（東西向）交叉口為研究對象，該交叉口幾何形狀為正十字形交叉口，車道寬度為3.5m。其中南北進口為雙向八車道的城市主干道，東西進口為雙向六車道的城市次干道。

3.2現(xiàn)狀交通量數(shù)據(jù)調(diào)查

為了體現(xiàn)出該交叉口高峰時段的道路通行能力，此次調(diào)查時間為上午8：00-9：00，車輛總共分為小汽車、非機動車以及公共汽車（該路段在8：00-9：00am限制貨車及大客車通行），具體調(diào)查數(shù)據(jù)如表1所示。

3.3現(xiàn)狀配時方案

該交叉口采用四階段信號控制，周期時長為145s，其中各階段綠燈時間間隔黃燈時間為3s，現(xiàn)狀相位配時方案為（1）階段東進口綠燈時間為20s、（2）階段北進口綠燈時間為45s、（3）階段西進口綠燈時間為25s、（4）階段南進口綠燈時間為55s。

3.4現(xiàn)狀仿真

將調(diào)查后的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)運用VISSIM進行仿真，仿真結(jié)果為：

（1）南進口左轉(zhuǎn)平均延誤為85.6s、排隊長度103.5m、停車次數(shù)193次、飽和度為0.74；直行平均延誤為95.2s、排隊長度124.3m、停車次數(shù)650次、飽和度為0.95；右轉(zhuǎn)平均延誤為63.4s、排隊長度30.3m、停車次數(shù)43次、飽和度為0.45。整體服務水平為F。

（2）東進口左轉(zhuǎn)平均延誤為60.2s、排隊長度60.1m、停車次數(shù)260次、飽和度為0.85；直行平均延誤為81.5s、排隊長度78.4m、停車次數(shù)340次、飽和度為0.92。整體服務水平為E。

（3）北進口左轉(zhuǎn)平均延誤為65.8s、排隊長度147.5m、停車次數(shù)268次、飽和度為0.63；直行平均延誤為115.3s、排隊長度200.2m、停車次數(shù)753次、飽和度為1.13；右轉(zhuǎn)平均延誤為57.3s、排隊長度40.5m、停車次數(shù)40次、飽和度為0.55。整體服務水平為F。

（4）西進口左轉(zhuǎn)平均延誤為65.4s、排隊長度98.7m、停車次數(shù)297次、飽和度為0.73；直行平均延誤為75.8s、排隊長度99.5m、停車次數(shù)512次、飽和度為0.87；右轉(zhuǎn)平均延誤為44.3s、排隊長度16.8m、停車次數(shù)36次、飽和度為0.43。整體服務水平為D。

長嶺南路與陽關(guān)大道相交交叉口的服務水平較低，整體服務水平為F，雖然東、西進口的服務水平未達到最低水平，但平均延誤時間、排隊長度以及飽和度也較大。仿真結(jié)果說明，該交叉口的有效綠燈時間分配不滿足行車需求，因此必須提高該交叉口的服務水平、優(yōu)化該交叉口各進口的相位綠燈時間同時使各進口車流的飽和程度均衡。

3.5優(yōu)化結(jié)果仿真及分析

采用Webster方法對該交叉口信號優(yōu)化配時進行計算，Webster模型是以車輛延誤時間最小為目標來計算信號配時的一種方法，其核心內(nèi)容是車輛延誤和最佳周期時長的計算[4]。經(jīng)過計算之后，最優(yōu)周期時長為150s，優(yōu)化后具體相位配時方案為（1）階段東進口綠燈時間為23s、（2）階段北進口綠燈時間為48s、（3）階段西進口綠燈時間為27s、（4）階段南進口綠燈時間為52s。

將優(yōu)化后的交叉口進行仿真，運用VISSIM軟件仿真之后，交叉口南、北進口的服務水平變?yōu)镋，北進口直行方向的飽和度減小到0.98，相比現(xiàn)狀下降了13.3%；同時，整個交叉口的總體服務水平達到D級，平均延誤更加均衡，排隊長隊整體減小，達到了優(yōu)化的目的。

4 結(jié)論

應用VISSIM交通仿真軟件對貴陽市觀山湖區(qū)陽關(guān)大道與長嶺南路交叉口進行信號配時優(yōu)化，通過仿真，提出優(yōu)化設計方案，最后對交叉口的信號配時重新進行分配。研究結(jié)果表明，當無法改變交叉口現(xiàn)狀幾何形狀的情況下，通過改善綠燈時間，能夠均衡交叉口的各進口道的評價指標，提高交叉口整體服務水平。

參考文獻

[1] 孫璐.基于VISSIM仿真模擬的道路改造方案評價 [A].南京：公路交通科技，2012.

[2] 仇錦，基于VISSIM仿真的信號交叉口優(yōu)化研究. [碩士學位論文]. 濟南：山東建筑大學，2013.

[3] 楊兆升，王爽. 基于VISSIM仿真軟件的交通信號配時研究[A]. 長春：人民交通出版社，2007.

[4] 孫超，徐建閩. 基于VISSIM的城市交叉口改善優(yōu)化研究[A]. 廣州：廣東公路交通，2010.

作者簡介：李蕊竹（1993-），女，碩士，助理工程師，主要從事市政道路勘察設計方面相關(guān)工作。