基于VISSIM的控江路與敦化路交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)

馬曉旦，劉 杰 （上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093）

MA Xiaodan,LIU Jie (Management School,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)

0 引言

交叉口是不同方向的兩條以上道路的相交處，它是整個(gè)城市道路網(wǎng)不可缺少的組成部分[1]。機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人在交叉口匯集，它們之間的各種沖突，特別容易造成交叉口通行效率降低。交通擁堵會(huì)給人們的生活、工作帶來(lái)嚴(yán)重影響[2]。因此，要想使機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人在時(shí)間、空間上井井有序，各行其道，互不干擾，就要對(duì)平面交叉口進(jìn)行合理渠化，并對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行科學(xué)配時(shí)，這是保證城市交通暢通無(wú)阻的非常重要的舉措[3-4]。

2014年，韓國(guó)學(xué)者Wonho Suh和Michael P.Hunter首次提出了利用蒙特卡洛法來(lái)減少交叉口處的機(jī)動(dòng)車(chē)左轉(zhuǎn)沖突點(diǎn)的方法，這種方法將機(jī)動(dòng)車(chē)左轉(zhuǎn)位置提前，它在疏緩交叉口處交通擁堵、減少車(chē)輛的平均延誤和縮短排隊(duì)時(shí)間甚至減小環(huán)境污染等方面都有顯著效果[5-6]。2014年，中國(guó)市政工程總院的陽(yáng)蘭，根據(jù)信號(hào)交叉口的常見(jiàn)問(wèn)題，為了使車(chē)輛最短時(shí)間、最快速度駛過(guò)交叉口，提出了拓寬、渠化車(chē)道等一系列方法[7-8]。

1 交通調(diào)查

1.1 交叉口現(xiàn)狀。根據(jù)實(shí)地調(diào)查和分析，本文選取上海市控江路—敦化路交叉口作為實(shí)例，對(duì)此信號(hào)交叉口做了交通組織優(yōu)化研究。控江路—敦化路交叉口位于上海市南北主干道敦化路和東西主干道控江路的交匯處。該交叉口周?chē)休^多居民居住區(qū)以及各種商鋪，交通量大，行人多，極易造成交通沖突點(diǎn)，所以對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化研究設(shè)計(jì)很有現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 數(shù)據(jù)采集。本次交通量調(diào)查采用人工觀測(cè)法進(jìn)行觀測(cè)，每個(gè)交叉口的進(jìn)口道都安排一個(gè)觀測(cè)人員，分別對(duì)直行、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的機(jī)動(dòng)車(chē)進(jìn)行觀測(cè)，并且也要觀測(cè)不同的車(chē)型。調(diào)查時(shí)間為晚高峰17:00～18:00。調(diào)查結(jié)束后，對(duì)每個(gè)進(jìn)口道的交通量進(jìn)行整理?yè)Q算得表1。

表1 控江路—敦化路交叉口晚高峰交通量

人工觀測(cè)現(xiàn)狀渠化并計(jì)時(shí)測(cè)出信號(hào)配時(shí)，繪出相關(guān)渠化圖（圖1）和相位信號(hào)配時(shí)圖（圖2）。

圖1 交叉口現(xiàn)狀渠化圖

圖2 交叉口現(xiàn)狀相位信號(hào)配時(shí)圖

2 建模仿真

2.1 現(xiàn)狀分析。根據(jù)調(diào)查到的控江路—敦化路交叉口晚高峰交通量及信號(hào)配時(shí)，利用VISSIM仿真軟件對(duì)其進(jìn)行微觀仿真，并分別在各個(gè)進(jìn)口道設(shè)置行程時(shí)間檢測(cè)器。記錄各個(gè)方向行駛車(chē)輛的平均延誤以及平均排隊(duì)長(zhǎng)度?？亟贰鼗方徊婵诼肪W(wǎng)圖及機(jī)動(dòng)車(chē)仿真圖如圖3和圖4所示。

圖3 控江路—敦化路交叉口的路網(wǎng)圖

圖4 控江路—敦化路交叉口機(jī)動(dòng)車(chē)仿真圖

VISSIM仿真軟件有多種評(píng)價(jià)指標(biāo)，這些指標(biāo)的輸出方式包括在線顯示、文本文檔以及數(shù)據(jù)庫(kù)表格。本文根據(jù)控江路—敦化路信號(hào)交叉口的實(shí)際交通現(xiàn)狀，主要選取延誤、排隊(duì)長(zhǎng)度對(duì)該信號(hào)交叉口交通組織進(jìn)行評(píng)價(jià)。如表2所示。

表2 控江路—敦化路各進(jìn)口道平均延誤以及排隊(duì)長(zhǎng)度

通過(guò)仿真出的數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)報(bào)告可以看出延誤最大的是西進(jìn)口道，第二是東進(jìn)口道，所以最大的問(wèn)題是東西進(jìn)口道帶來(lái)的延誤使得交叉口產(chǎn)生沖突。從平均排隊(duì)長(zhǎng)度的表格中可以看出，西進(jìn)口道的平均排隊(duì)長(zhǎng)度最大，所以要想提高交叉口運(yùn)行效率，需要對(duì)東西進(jìn)口道進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 問(wèn)題分析。通過(guò)對(duì)上海市控江路—敦化路信號(hào)交叉口的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與分析，可知該交叉口主要存在的具體交通問(wèn)題如下：（1）左轉(zhuǎn)車(chē)與直行車(chē)不僅采用同一個(gè)信號(hào)相位，而且采用同一條機(jī)動(dòng)車(chē)道，造成交叉口機(jī)動(dòng)車(chē)延誤較大。（2）高峰時(shí)段，右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車(chē)與直行非機(jī)動(dòng)車(chē)之間的沖突嚴(yán)重，也會(huì)造成交叉口混亂及車(chē)輛延誤。（3）由于渠化及配時(shí)不合理，導(dǎo)致各進(jìn)口的直行車(chē)輛排隊(duì)較長(zhǎng)，增加了排隊(duì)長(zhǎng)度及排隊(duì)時(shí)間。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了提高交叉口的通行能力，減少機(jī)動(dòng)車(chē)與行人的沖突，使行人與機(jī)動(dòng)車(chē)更加安全地穿越交叉口，本文對(duì)控江路—敦化路信號(hào)交叉口提出了以下幾個(gè)交通優(yōu)化方案：（1）由于東西方向延誤較多，所以需要對(duì)東西方向的進(jìn)口道進(jìn)行優(yōu)化，拓寬進(jìn)口道，在交叉口處將原來(lái)的兩個(gè)進(jìn)口道改為三個(gè)進(jìn)口道，寬度由原來(lái)的3.5m改為3m。（2）東西進(jìn)口直左、直右車(chē)道渠化出專(zhuān)左，直行車(chē)道和直右車(chē)道三條進(jìn)口道，減少左轉(zhuǎn)與直行沖突。（3）東西的出口道由原來(lái)的3.5m變?yōu)?m，從而達(dá)到不影響非機(jī)動(dòng)車(chē)道和行人道的寬度拓寬進(jìn)口道。

信號(hào)相位由原來(lái)的兩相位改成三相位，具體表現(xiàn)為：東西進(jìn)口設(shè)置左轉(zhuǎn)專(zhuān)用相位，將東西方向的左轉(zhuǎn)車(chē)輛和直行車(chē)輛分開(kāi)放行，減少車(chē)輛之間的沖突，緩解交叉口的擁堵?tīng)顩r。

優(yōu)化后的信號(hào)配時(shí)方案為：信號(hào)周期118s，其中第一相位綠燈時(shí)間為60s，黃燈3s，全紅2s。第二相位綠燈時(shí)間為20s，黃燈3s，全紅2s，第三相位綠燈時(shí)間為23s，黃燈3s，全紅2s。

根據(jù)優(yōu)化后的道路渠化以及信號(hào)配時(shí)，對(duì)該交叉口再次進(jìn)行VISSIM仿真，并與優(yōu)化前的各數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。控江路—敦化路交叉口優(yōu)化后的路徑圖如圖5所示，仿真如圖6所示。

圖5 優(yōu)化后交叉口路徑圖

圖6 優(yōu)化后交叉口機(jī)動(dòng)車(chē)仿真圖

重新對(duì)VISSIM仿真的輸出文件的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得出優(yōu)化后控江路—敦化路交叉口各進(jìn)口道車(chē)輛的平均延誤和平均排隊(duì)長(zhǎng)度，如表3所示。

表3 優(yōu)化后各進(jìn)口道平均延誤以及平均排隊(duì)長(zhǎng)度

由仿真出的評(píng)價(jià)報(bào)告可以看出平均延誤以及平均排隊(duì)長(zhǎng)度這兩大指標(biāo)的變化。一是各個(gè)進(jìn)口道的平均延誤都有所減少，尤其是東西進(jìn)口道；二是各個(gè)進(jìn)口道的平均排隊(duì)長(zhǎng)度也明顯減小。評(píng)價(jià)等級(jí)也由D上升到B，說(shuō)明優(yōu)化后的方案能夠提高交叉口的通行效率，使得交叉口的通行能力得到改善，也使得行人與機(jī)動(dòng)車(chē)的沖突大大減少，可以有效改善交叉口的擁堵情況。

3 結(jié) 論

城市平面交叉口交通流向多變，并且是機(jī)動(dòng)車(chē)和行人交匯的地方，因此特別容易導(dǎo)致交通擁擠而造成車(chē)輛延誤，甚至引發(fā)交通事故。因此，為了改善交通現(xiàn)狀、提高交通效率、減少交通事故的發(fā)生，對(duì)城市平面交叉口進(jìn)行合理的交通組織優(yōu)化是極其重要的。我國(guó)對(duì)信號(hào)交叉口交通組織優(yōu)化的研究方法和理論都沒(méi)有國(guó)外的成熟，但是國(guó)外與我國(guó)城市混合交通的交通特征以及人口、地域因素不相兼容，所以他們的研究方法和理論不能直接借鑒。因此，對(duì)于城市信號(hào)交叉口交通組織的優(yōu)化需要我們進(jìn)一步研究。

因此，本文以現(xiàn)有交通組織研究為基礎(chǔ)，選取控江路—敦化路信號(hào)交叉口作為研究實(shí)例，通過(guò)分析實(shí)例信號(hào)交叉口的交通現(xiàn)狀及具體交通問(wèn)題，并結(jié)合該交叉口的實(shí)際情況，分別從渠化交通和信號(hào)配時(shí)兩方面做出了優(yōu)化方案，同時(shí)利用交通仿真軟件VISSIM對(duì)交叉口優(yōu)化前后建立模型及仿真運(yùn)行。并選取兩大特征參數(shù)（平均排隊(duì)長(zhǎng)度和平均延誤）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)圖和表的形式評(píng)價(jià)、對(duì)比，分析了控江路—敦化路交叉口的現(xiàn)有方案以及優(yōu)化方案，得出了優(yōu)化方案的平均延誤以及平均排隊(duì)長(zhǎng)度較之前明顯減小，論證了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的可行性。