基于VISSIM仿真的濟(jì)南二環(huán)南路匝道通行效率對比研究

陳勇恒

摘 要：隨著城市快速路網(wǎng)的建成和完善，跨區(qū)長距離交通擁堵的情況可以極大地緩解。在此基礎(chǔ)上的高架路入口處的交通組織優(yōu)化也同樣重要，可以在解決有無問題后對問題進(jìn)一步優(yōu)化，從而進(jìn)一步緩解跨區(qū)長距離交通擁堵。本文以濟(jì)南市二環(huán)南路與銜接交叉口普遍采用的立交形式為例進(jìn)行VISSIM仿真對比，對比入口匝道無信號控制、ALINEA控制、和匝道-交叉口協(xié)調(diào)控制的通行效率，得出快速路入口匝道協(xié)調(diào)控制的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：入口匝道；VISSIM；區(qū)域交通

0引言

入口匝道是快速路與地面交通連接的重要節(jié)點(diǎn)，車輛通過匝道口與快速路合流時，由于車輛的交通行為較為復(fù)雜，合流時容易發(fā)生交通事故或?qū)е逻@一區(qū)域交通堵塞，影響車輛的合流以及快速路車輛的行駛，嚴(yán)重時導(dǎo)致匝道車輛外溢。應(yīng)對這些問題，保麗霞[1] 提出了分層協(xié)同優(yōu)化的思想，構(gòu)建了匝道的控制模型。本文在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上繼續(xù)優(yōu)化，對比協(xié)調(diào)控制優(yōu)化方案仿真前后通行效率，分析優(yōu)化方案是否適用于濟(jì)南市南二環(huán)高架，得出改進(jìn)措施。

1.匝道協(xié)調(diào)控制的現(xiàn)狀情況

通過實(shí)地調(diào)查調(diào)查，二環(huán)南路在匝道區(qū)域存在以下問題：

（1）當(dāng)快速路車流量過大時，進(jìn)入快速路的車輛會在匝道處產(chǎn)生排隊(duì)現(xiàn)象，當(dāng)排隊(duì)車輛過多時，將會阻礙地面交通的正常行駛。

（2）當(dāng)車輛通過入口匝道與快速路車輛匯合時，由于兩者之間并沒有有效的協(xié)調(diào)控制辦法，兩股車流會產(chǎn)生顯著的合流沖突。

（3）由于車輛合流時車速較慢，在合流時，從入口匝道進(jìn)入的車輛會影響到快速路上車輛運(yùn)行，導(dǎo)致快速路后方車輛出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象。

（4）地面交通的信號控制只研究了地面交通的車流量，而沒有分析快速路帶來的影響，所以當(dāng)排隊(duì)車輛過多時，原有信號控制方案加重了匝道入口處的交通壓力，增加了排隊(duì)長度。

（5）排隊(duì)長度過長時，會導(dǎo)致快速路車道的運(yùn)行效率降低，這時必須依靠交警手動指揮引導(dǎo)車輛通過，以快速恢復(fù)快速路的正常通行。

根據(jù)現(xiàn)有的交通調(diào)查，結(jié)合匝道交通流理論，二環(huán)南路的運(yùn)行狀態(tài)基于第二種與第三種之間，較為穩(wěn)定。

2.匝道控制協(xié)調(diào)控制模型

2.1匝道單點(diǎn)控制的ALINEA控制模型

1991年 Papa Georgiou教授經(jīng)過論證提出ALINEA控制算法，通過是利用經(jīng)典自動控制理論建立起來的一種反饋控制方法[2]。：

ALINEA控制算法可以在多種交通狀況下進(jìn)行模擬。即使變換系數(shù)變動很大，其仍然保持了一個很好的性能指標(biāo)，所以ALINEA控制算法是匝道控制理想的模型。

2.2匝道-相鄰交叉口協(xié)調(diào)控制模型

本文通過運(yùn)用基于入口匝道排隊(duì)調(diào)節(jié)的ALINEA優(yōu)化控制模型來模擬入口匝道控制模塊[3]。

（1）ALINEA控制模

只用一個檢測器放在車道下游，由實(shí)測到的占有率-流量曲線中得到參數(shù)（期望目標(biāo)占有率）就能實(shí)現(xiàn)該控制算法。

3. 實(shí)例驗(yàn)證分析

3.1現(xiàn)狀參數(shù)

仿真選取的交叉口為濟(jì)南市二環(huán)南路與舜耕路交叉口，其中快速路路段長度為800m，入口匝道長度為150m南北向停車線之間的距離為50m，仿真時間為15min。設(shè)未經(jīng)優(yōu)化的入口匝道定時控制的匝道調(diào)節(jié)率為800veh/h。

（1）交叉口流量數(shù)據(jù)如下圖所示

（2）信號配時

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的交叉口流量以及交叉口與銜接的入口匝道實(shí)際情況，我們把信號周期定為四相位，如圖為配時方案：

根據(jù)得到的交通量數(shù)據(jù)，我們根據(jù)上文的公式，可以算出交叉口的信號配時周期，因此得到綠燈時間。為了方便計(jì)算，把綠燈等為綠燈有效時間，省略了黃燈時間。

3.2仿真結(jié)果分析

通過調(diào)查取得的數(shù)據(jù)，對其運(yùn)用了以下的三種控制方式分別做了仿真實(shí)驗(yàn)：

①入口匝道無控制，銜接交叉口采用原配時方案，即單點(diǎn)信號定時控制；

②入口匝道采用ALINEA控制，相鄰交叉口采用原配時方案，兩者無協(xié)調(diào)；

③入口匝道控制與相鄰交叉口控制采用基于排隊(duì)調(diào)節(jié)的優(yōu)化控制算法。

在仿真實(shí)驗(yàn)中，我們運(yùn)用以上的三種控制方法對車輛的總的行程時間來進(jìn)行評價。其中總的行程時間，分別由快速路行程時間和地面上道路行程時間和入口匝道上的行程時間的總和。

根據(jù)我們從仿真實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)果，第②種在匝道處運(yùn)用了ALINEA控制，第③種運(yùn)用了入口匝道的協(xié)調(diào)控制控制方式，雖然在匝道的行程時間比第①種控制方式多了一些，影響了通行能力，但是，我們能夠看到它在快速路行程時間和地面道路的行程時間分別比原先無控制的情況下改善了不少，并且，它在總的行程時間上得到了很大的提升。

4.結(jié)論

本文通過分析交通流的特性，入口匝道的運(yùn)行機(jī)理，運(yùn)用入口匝道與其銜接的交叉口協(xié)調(diào)控制理論，對現(xiàn)有匝道與相鄰交叉口進(jìn)行VISSIM仿真，得出協(xié)調(diào)控制可以提高通行效率，緩解交通擁堵。進(jìn)一步證明了入口匝道與銜接交叉口的優(yōu)化控制對于解決快速路擁擠問題具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]保麗霞，楊曉光.快速路進(jìn)口匝道及其銜接交叉口的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模型[J].中國公路學(xué)報(bào)，2009， 22 （2） ：82-87

[2]劉偉銘.高速公路系統(tǒng)控制方法[M].北京：人民交通出版社，1998

[3]張苗. 城市快速路入口匝道與銜接交叉口協(xié)調(diào)控制方法研究[D].長安大學(xué)，2011.