烏魯木齊重點(diǎn)交叉口優(yōu)化與仿真研究

常利明 程志華

摘 要：針對(duì)烏魯木齊重點(diǎn)交叉口不同擁堵起因與擁堵類型，提出熱點(diǎn)片區(qū)交通改善策略和重要通道交通改善策略，并主要以重點(diǎn)交叉口新華北路與光明路交叉口為例，實(shí)施交通組織優(yōu)化，并利用VISSIM進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，優(yōu)化后交叉口運(yùn)行狀況得到明顯改善，可為烏魯木齊重點(diǎn)交叉口交通組織優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：交叉口;交通組織;VISSIM;交通仿真

中圖分類號(hào)：U491文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）08-0082-04

Optimization and Simulation Research on Key Intersectionsin Urumqi

CHANG Liming1 CHENG Zhihua2

（1.College of Transportation and Logistics Engineering， Xinjiang Agricultural University，Urumqi Xinjiang 830052;2.Urumqi Urban Comprehensive Transportation Project Research Center，Urumqi Xinjiang 830000）

Abstract： Aiming at the different causes and types of congestion at key intersections in Urumqi， this paper proposes traffic improvement strategies for hot spots and important passages， and mainly takes the intersection of Xinhua North Road and Guangming Road at key intersections as an example， implements traffic organization optimization and uses VISSIM simulation. The simulation results show that the operation status of the intersection has been significantly improved after optimization， which can provide a reference for the optimization of traffic organization at key intersections in Urumqi.

Keywords： intersection;traffic organization;VISSIM;traffic simulation

近年來，烏魯木齊市道路建設(shè)幅度逐漸減小，城市機(jī)動(dòng)車保有量仍以每年超過10%的增長率持續(xù)增加，導(dǎo)致有限的城市道路資源與機(jī)動(dòng)車出行之間的供需矛盾突出，早晚高峰常發(fā)性擁堵日益明顯。頻繁的交通擁堵會(huì)使道路容量和通行效率降低，這也是導(dǎo)致城市環(huán)境污染和交通事故的間接因素[1]。城市交叉口作為城市道路網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組成部分，起到銜接路段和疏導(dǎo)交通流的重要作用，其交通組織的優(yōu)劣直接影響城市路網(wǎng)的服務(wù)水平和運(yùn)行效率[2]。因此，對(duì)交叉口實(shí)施合理的交通組織，保證交叉口順利運(yùn)行，對(duì)城市道路交通運(yùn)行效率的提升有著重要作用。

1 研究范圍選取及交叉口分析

本文以烏魯木齊市外環(huán)以內(nèi)為主要研究區(qū)域，以天山區(qū)、沙依巴克區(qū)、新市區(qū)及水磨溝區(qū)為主要研究對(duì)象。根據(jù)烏魯木齊市擁堵狀況的不同以及城市片區(qū)功能的種類，綜合各類功能用地交通特性，并結(jié)合交通運(yùn)行現(xiàn)狀共劃分出6個(gè)重點(diǎn)研究區(qū)域，分別是友好路商圈區(qū)域、中山路商圈區(qū)域、黑龍江路、長江路、錢塘江路區(qū)域、新醫(yī)路、西北路、克拉瑪依東街區(qū)域、昆侖路、南湖北路、南湖西路區(qū)域以及南湖西路、南湖南路、西虹路、河灘快速路區(qū)域。

通過分析重點(diǎn)研究區(qū)域，以路口繁忙度及擁堵度為依據(jù)選取105個(gè)重點(diǎn)交叉口，其中十字形交叉口60個(gè)，T型交叉口28個(gè)，異型交叉口17個(gè)。早晚高峰期間常發(fā)擁堵交叉口均為重點(diǎn)交叉口，其中早高峰常發(fā)擁堵交叉口20個(gè)，晚高峰常發(fā)擁堵交叉口33個(gè)。這些交叉口擁堵形成原因較為復(fù)雜，有擁堵點(diǎn)范圍擴(kuò)散造成的擁堵，有區(qū)域超強(qiáng)度開發(fā)引起的擁堵，還有路網(wǎng)分布組織不合理造成的擁堵等。擁堵形式也不盡相同，有關(guān)鍵單點(diǎn)擁堵、干線擁堵以及區(qū)域范圍擁堵等形式。針對(duì)不同擁堵類型，本文提出不同交通改善策略，通過實(shí)施針對(duì)性的解決方案，以緩解交通擁堵現(xiàn)象。

2 城市交叉口改善策略

2.1 熱點(diǎn)片區(qū)交通改善策略

熱點(diǎn)片區(qū)是指交通擁堵的片區(qū)，由地理空間相連的若干個(gè)擁堵路口形成。通過分析烏魯木齊市中心城區(qū)105個(gè)重點(diǎn)交叉口，按照交通擁堵的成因和影響區(qū)域可將熱點(diǎn)片區(qū)分為關(guān)鍵點(diǎn)飽和型、干線近飽和型以及擁堵區(qū)域飽和型3種類型[3]。關(guān)鍵點(diǎn)飽和型熱點(diǎn)片區(qū)是在點(diǎn)擁堵的基礎(chǔ)上形成的，其優(yōu)化關(guān)鍵在于緩解點(diǎn)擁堵問題;干線近飽和型熱點(diǎn)片區(qū)是在線擁堵的基礎(chǔ)上形成的，其優(yōu)化關(guān)鍵在于緩解干線交叉口的擁堵問題;擁堵區(qū)域飽和型熱點(diǎn)片區(qū)是在面擁堵的基礎(chǔ)上形成的，當(dāng)路網(wǎng)出現(xiàn)局部區(qū)域飽和型熱點(diǎn)片區(qū)時(shí)，應(yīng)針對(duì)邊界交叉口的不同交通流實(shí)施不同的控制方式。

根據(jù)交通流流向的起訖點(diǎn)與熱點(diǎn)片區(qū)的位置關(guān)系，可以將交通流分成從熱點(diǎn)片區(qū)外部到熱點(diǎn)片區(qū)內(nèi)部的交通流、從熱點(diǎn)片區(qū)內(nèi)部到熱點(diǎn)片區(qū)外部的交通流以及從熱點(diǎn)片區(qū)內(nèi)部到熱點(diǎn)片區(qū)內(nèi)部的交通流3類。針對(duì)上述3類交通流，主要運(yùn)用的改善策略包括關(guān)鍵點(diǎn)通行最優(yōu)、重點(diǎn)通道主流向通行最優(yōu)以及熱點(diǎn)區(qū)域邊界交通慢進(jìn)快出3種措施。

關(guān)鍵單點(diǎn)通行最優(yōu)針對(duì)交叉口飽和度大和擁堵明顯的重要節(jié)點(diǎn)，綜合采取可變車道、進(jìn)出車道展寬渠化、待行區(qū)、安全島及路線進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，提升路口通行能力。重點(diǎn)通道主流向通行最優(yōu)針對(duì)極易產(chǎn)生交通擁堵的瓶頸路段，綜合采取潮汐車道、單向交通、公交專用車道以及出入口控制等設(shè)計(jì)方案，緩解早晚高峰主干路和重要路段的交通擁堵[4-5]。熱點(diǎn)區(qū)域邊界交通慢進(jìn)快出包括區(qū)域外部邊界暢流控制和區(qū)域外部邊界截流控制等措施。其中，暢流策略是通過選取適當(dāng)?shù)牧飨颍哟蠼煌ㄐ遁d速度，進(jìn)而緩解熱點(diǎn)片區(qū)滯留排隊(duì)情況的交通控制策略，可采取小步微調(diào)或綠波協(xié)調(diào)的方式。截流策略是通過選取適當(dāng)?shù)慕亓鼽c(diǎn)，以截?cái)囫側(cè)霟狳c(diǎn)片區(qū)交通流的方法，從而緩解熱點(diǎn)片區(qū)交通擁堵的交通控制策略，可采取小步微調(diào)或紅波協(xié)調(diào)的方式。

2.2 重要通道交通改善策略

根據(jù)熱點(diǎn)片區(qū)交通需求和交通特征等情況，可對(duì)重要通道實(shí)施整體交通改善策略。重要通道交通改善可細(xì)分為路段整體改善和交叉口改善方案。

路段整體改善方案可根據(jù)路段通行條件、交通運(yùn)行特征及交通設(shè)備確定路段協(xié)調(diào)控制方式，根據(jù)周期大小和承擔(dān)交通功能優(yōu)化關(guān)鍵交叉口，根據(jù)協(xié)調(diào)方向路段和交叉口進(jìn)口道車流行駛特征以及行人、自行車過街的需求等因素，調(diào)整優(yōu)化信號(hào)相位差。

交叉口改善方案可根據(jù)交通流量變化情況，分別對(duì)早晚高峰和平峰時(shí)段采取不同信號(hào)配時(shí)方案，必要時(shí)增加平峰到高峰的過渡方案、中午高峰方案等[6]。根據(jù)單個(gè)交叉口通行條件、進(jìn)口道渠化以及交通流特征等優(yōu)化相位數(shù)和相位結(jié)構(gòu)?？紤]延誤、通行能力、停車次數(shù)、飽和度、干線協(xié)調(diào)以及排隊(duì)長度等因素優(yōu)化周期時(shí)長、綠信比、信號(hào)總損失時(shí)間、最小綠燈時(shí)間及最大紅燈時(shí)間等參數(shù)。同時(shí)在交叉口用交通標(biāo)志標(biāo)線或高出路面的各種島狀構(gòu)造物、護(hù)欄及其他設(shè)施和方法，對(duì)不同交通流進(jìn)行引導(dǎo)、隔離與管制，以達(dá)到分離和控制交通流的目的。

為驗(yàn)證以上交通改善策略的可行性，本文以新華路（光明路-人民路路段）為例，對(duì)該路段進(jìn)行干線協(xié)調(diào)控制。主要以重點(diǎn)交叉口之一新華北路-光明路交叉口為例，在交通現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上提出交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合仿真軟件對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行仿真和評(píng)價(jià)。

3 干線協(xié)調(diào)控制

新華路（光明路-人民路路段）位于中山路商圈區(qū)域，與光明路、建設(shè)西路、民主路、中山路以及人民路5條道路相交，為單幅路雙向六車道，對(duì)向機(jī)動(dòng)車通過護(hù)欄分離，單車道寬度較窄，且道路兩側(cè)無非機(jī)動(dòng)車道和路側(cè)停車位，各路段均采用信號(hào)控制，未采用特殊控制模式。根據(jù)實(shí)地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該路段交通問題主要集中在沿線交通需求大、潮汐現(xiàn)象嚴(yán)重以及交叉口排隊(duì)溢出3方面。

針對(duì)以上問題，結(jié)合新華路（光明路-人民路路段）沿線渠化、交通運(yùn)行特征等實(shí)施綠波協(xié)調(diào)控制，并在高峰和平峰期間給出不同的控制策略。早高峰期間設(shè)置新華路路段各路口信號(hào)周期至180 s，晚高峰期間設(shè)置新華路各路口信號(hào)周期至170 s，保持新華北路-光明路交叉口合理的車輛排隊(duì)長度，同時(shí)優(yōu)化新華路沿線各路口東西向綠燈時(shí)間，保持聯(lián)動(dòng)相位綠燈時(shí)間一致，使擁堵路段進(jìn)出流量基本平衡。平峰期間采用“雙向綠波”協(xié)調(diào)控制策略，降低車輛在新華路沿線間歇停車的概率。

4 重點(diǎn)交叉口優(yōu)化與仿真

4.1 交叉口現(xiàn)狀分析

新華北路-光明路交叉口作為重點(diǎn)交叉口，同時(shí)也是常發(fā)擁堵交叉口，是新華路和光明路兩條主干路的交織點(diǎn)，上游緊鄰河灘快速路上匝道，高峰時(shí)段大量交通流匯入會(huì)導(dǎo)致交叉口排隊(duì)長度增加。同時(shí)，該交叉口東進(jìn)口道設(shè)有BRT專用道，交通情況復(fù)雜，位置信息如圖1所示。

通過實(shí)地調(diào)查及視頻拍攝等手段獲得交叉口渠化數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀信號(hào)相位方案以及交通流量數(shù)據(jù)?，F(xiàn)狀渠化方案如圖2、圖3、表1所示。

4.2 問題診斷

通過實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該交叉口現(xiàn)狀問題集中在渠化島、內(nèi)部空間渠化以及進(jìn)出口道渠化等幾方面。

4.2.1 渠化島。北出口距離下游交叉口距離過近，車輛變道比較困難，因此紅山路左轉(zhuǎn)車輛會(huì)直接駛?cè)胄旅裎鹘謨?nèi)側(cè)車道，現(xiàn)狀的右轉(zhuǎn)渠化島影響車輛正常轉(zhuǎn)彎行駛軌跡，導(dǎo)致大量車輛違章行駛在渠化島上。

4.2.2 內(nèi)部空間渠化。北進(jìn)口道直行和左轉(zhuǎn)待行區(qū)、西進(jìn)口道直行待行區(qū)并未實(shí)際使用。北進(jìn)口道直行和左轉(zhuǎn)是同一相位，其前一相位是南進(jìn)口道直行和左轉(zhuǎn)，而現(xiàn)狀左轉(zhuǎn)待行區(qū)和南進(jìn)口道左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流線存在沖突，且左轉(zhuǎn)待行區(qū)與左轉(zhuǎn)流線不吻合。

4.2.3 進(jìn)出口道渠化。北進(jìn)口道空間不足，進(jìn)口道展寬僅表現(xiàn)為最外側(cè)的兩條直行短車道，尤其是最外側(cè)短車道，僅能容納兩輛直行車輛。兩條短車道極易發(fā)生排隊(duì)溢流而造成北進(jìn)口道右轉(zhuǎn)車流受阻，進(jìn)而導(dǎo)致新民西街路段最西側(cè)車道排隊(duì)溢出至下游交叉口。

為了緩解該交叉口交通擁堵狀態(tài)，將針對(duì)性地對(duì)此交叉口實(shí)施渠化優(yōu)化和信號(hào)控制方案優(yōu)化。

4.3 交叉口優(yōu)化

4.3.1 渠化優(yōu)化。根據(jù)交叉口現(xiàn)狀渠化方案及交通流運(yùn)行特征，分別對(duì)交叉口不同進(jìn)口道及內(nèi)部進(jìn)行渠化優(yōu)化。①考慮進(jìn)口道展寬需求，北進(jìn)口道保留一條短車道，并用白實(shí)線導(dǎo)流，結(jié)合單側(cè)虛線引導(dǎo)直行車流進(jìn)入展寬段后再轉(zhuǎn)入短車道，以減少對(duì)右轉(zhuǎn)車流的影響;②西進(jìn)口道現(xiàn)狀左轉(zhuǎn)車道飽和度較低，直行車道飽和度較高，空間資源分配不均衡，對(duì)直行和左轉(zhuǎn)車道的角度進(jìn)行微調(diào);③在西進(jìn)口道設(shè)置左轉(zhuǎn)和直行待行區(qū)、南進(jìn)口道設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)、北進(jìn)口道設(shè)置直行和左轉(zhuǎn)道待行區(qū)，以增加車道的通行能力。其中北進(jìn)口道的直左車道分別對(duì)應(yīng)左轉(zhuǎn)和直行兩個(gè)待行區(qū)，并依靠中心隔離圈對(duì)左轉(zhuǎn)和直行的流線進(jìn)行一定的約束和分隔;④壓縮東進(jìn)口右轉(zhuǎn)渠化島面積，將信號(hào)控制的東進(jìn)口道右轉(zhuǎn)車道擴(kuò)寬至3條車道，輔以導(dǎo)流線對(duì)車輛進(jìn)行引導(dǎo)，并將原有的車道功能箭頭向前移動(dòng)，以增加內(nèi)側(cè)車道車流的線型平順性。

優(yōu)化后的交叉口渠化方案如圖4所示。

4.3.2 信號(hào)相位優(yōu)化。由于該交叉口北面距離上游交叉口較近，約為105 m，導(dǎo)致北出口道容量受限，而東進(jìn)口道右轉(zhuǎn)、南進(jìn)口道直行以及西進(jìn)口道左轉(zhuǎn)流量均較大，因此這3個(gè)流向只能依次放行。東進(jìn)口道右轉(zhuǎn)車輛也受到信號(hào)控制，只能在原信號(hào)控制方案第2、3、4相位通行。

根據(jù)新華北路干線協(xié)調(diào)控制的周期要求，在渠化優(yōu)化基礎(chǔ)上對(duì)該交叉口信號(hào)相位進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后為四相位方案，較現(xiàn)狀方案減少了兩個(gè)相位，可減少交叉口的延誤。優(yōu)化后相位相序?yàn)椋篈相位南北直右，B相位南北左轉(zhuǎn)，C相位東西直行，D相位東西左轉(zhuǎn)。對(duì)工作日和非工作日分別給出不同的配時(shí)方案，各個(gè)時(shí)段對(duì)應(yīng)的具體方案如表2所示。

4.4 仿真評(píng)估

為驗(yàn)證交叉口優(yōu)化方案的可行性，利用VISSIM仿真建模，通過對(duì)比優(yōu)化前后最大排隊(duì)長度、車均延誤、一小時(shí)內(nèi)通過的車輛數(shù)以及停車次數(shù)4項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)改善后的渠化和信號(hào)方案進(jìn)行驗(yàn)證，優(yōu)化前后各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比如表3所示[7]。

根據(jù)上表可知，工作日各個(gè)時(shí)段改善方案的4項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)均得到了大幅度提升，排隊(duì)長度和延誤下降，停車次數(shù)減少，1 h內(nèi)通過的車輛數(shù)增加，非工作日早高峰時(shí)期各項(xiàng)指標(biāo)均有所優(yōu)化，平峰和晚高峰的最大排隊(duì)長度及停車次數(shù)略有增加，但用以衡量交叉口服務(wù)水平的重要指標(biāo)車均延誤均下降。非工作日早高峰平均排隊(duì)長度減少程度達(dá)21.2%，運(yùn)行狀況得到了很大改善，早高峰擁堵的緩解可以減少排隊(duì)的積壓，降低給平峰時(shí)期帶來的交通壓力，平峰時(shí)段的實(shí)際改善效果會(huì)比仿真模型得出的結(jié)果更好。故優(yōu)化后的交叉口在工作日和非工作日運(yùn)行狀況均能得到較大程度改善。

5 結(jié)語

本文以新華北路-光明路交叉口為例，在調(diào)研交通現(xiàn)狀與問題分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合該交叉口實(shí)際情況進(jìn)行渠化設(shè)計(jì)和信號(hào)控制方案協(xié)同改善優(yōu)化。對(duì)待行區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加直行和左轉(zhuǎn)待行區(qū)，并調(diào)整長度和線型，調(diào)整不合理的短車道和右轉(zhuǎn)渠化島等。采用中央分隔帶提前開口調(diào)頭設(shè)計(jì)，減少了調(diào)頭車輛對(duì)左轉(zhuǎn)車輛的影響，將原來的六相位改為四相位，降低了交叉口的延誤。仿真結(jié)果顯示優(yōu)化效果整體較好，該交叉口的渠化設(shè)計(jì)和信號(hào)控制協(xié)同優(yōu)化方案對(duì)其他常發(fā)擁堵交叉口的改造提供了一定的借鑒意義，具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]常玉林，張其強(qiáng)，張鵬.城市干線雙向綠波控制優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2014（12）：108-112.

[2]廖曉強(qiáng).城市道路平面交叉口交通組織與渠化設(shè)計(jì)研究[D].南京：南京林業(yè)大學(xué)，2013：12-13.

[3]王小桃.城市異型交叉口改造方案研究[J].福建建材，2020（4）：93-95.

[4]邵娟，程琳.基于Synchro系統(tǒng)的干線綠波控制優(yōu)化技術(shù)[J].公路交通科技，2013（9）：116-121.

[5]李華，徐建閩.干道交通瓶頸交叉口的紅波雙向協(xié)調(diào)控制模型[J].交通信息與安全，2014（6）：72-76.

[6]徐棱，代磊磊，劉成生.近飽和熱點(diǎn)片區(qū)信號(hào)主動(dòng)優(yōu)化控制[J].中國公共安全，2018（1）：70-74.

[7]馬曉旦，劉杰.基于VISSIM的控江路與敦化路交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].物流科技，2019（7）：68-70.