基于VISSIM模擬的老城區(qū)五岔路口交通優(yōu)化策略研究

卞廣萌, 顏 寧

(河北工業(yè)大學(xué)，天津 300401 )

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化率的持續(xù)提高，不斷攀升的機(jī)動(dòng)車保有量造成了城市交通量爆發(fā)式增長(zhǎng)，給城市交通系統(tǒng)運(yùn)行帶來了極大的壓力。道路交通網(wǎng)的合理規(guī)劃、既有道路的拓寬改造、發(fā)展多層次立體交通體系都是緩解城市交通壓力的重要舉措。城市道路交叉口為路網(wǎng)通行能力的瓶頸，尤其是老城區(qū)普遍存在的多岔路口更是交通擁堵和交通事故的多發(fā)點(diǎn)，所以做好多岔路口交通通行組織是提高整體路網(wǎng)通行能力的關(guān)鍵?；诖耍疚倪x取天津市紅橋區(qū)交通運(yùn)行問題比較突出的一個(gè)五岔路交叉口，進(jìn)行交通改善策略探究與優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 工程概況

2.1 地理狀況

天津紅橋區(qū)由光榮道、紅橋北大街、丁字沽一號(hào)路(以下簡(jiǎn)稱一號(hào)路)以及丁字沽零號(hào)路(以下簡(jiǎn)稱零號(hào)路)相交構(gòu)成的五岔路交叉口(以下簡(jiǎn)稱五盆口)，周邊分布著大型居住社區(qū)、高校、大型公園以及大型商業(yè)設(shè)施等功能區(qū)，用地功能復(fù)雜多樣，且人口稠密、交通量較大(見圖1)。

圖1 紅橋北大街與光榮道交叉口

2.2 交通狀況

在連接五岔口的道路中，紅橋北大街為城市主干道，南接天津西站高架路，是紅橋區(qū)通往天津西站以及天津市中心城區(qū)的必經(jīng)之路。一號(hào)路為城市主干道，連接紅橋北大街，疏解西站方向的車流。光榮道是紅橋區(qū)西南至東北方向的主干路，連接京津公路快速路以及丁字沽區(qū)域大片居民區(qū)，早晚高峰有著大量通勤車流。零號(hào)路原為城市支路，遠(yuǎn)期將連接京津公路延長(zhǎng)線，但工程目前處于長(zhǎng)期停工狀態(tài)，目前交通組織方式為單向西北通行。五岔口其他幾何條件如表1所示。五岔口采用四相位定時(shí)信號(hào)控制，早晚高峰及平峰均采用相同的相位周期，信號(hào)燈相位周期136 s，現(xiàn)狀信號(hào)燈配對(duì)相位如圖2所示。

表1 五岔口幾何條件相交道路進(jìn)出口方向道路等級(jí)隔離形式設(shè)計(jì)車速/(km·h-1)車道數(shù)車道寬度/m光榮道西口進(jìn)口道三塊板33.5出口道23.5光榮道東口進(jìn)口道三塊板43.5出口道23.5城市主干道60紅橋北大街進(jìn)口道四塊板63.5出口道33.5丁字沽一號(hào)路進(jìn)口道三塊板33.5出口道43.5丁字沽零號(hào)路出口道城市支路一塊板3023.5

圖2 現(xiàn)狀信號(hào)燈配時(shí)相位圖

筆者于2018年5月多次對(duì)五岔口進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，并運(yùn)用人工觀測(cè)法對(duì)五岔口的早高峰(7:30-9:00)、平峰(9:00-10:00)及晚高峰(16:00-19:00)進(jìn)行了交通量調(diào)查，并根據(jù)《城市道路交叉口規(guī)劃規(guī)范》(GB50647—2011)將不同車型的交通量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)交通當(dāng)量。本文選取調(diào)查時(shí)間5月15日(周二、天氣晴)晚高峰期間交通量為基數(shù)，作為五岔口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析依據(jù)(見圖3)。

圖3 交叉口流向圖

3 五岔口現(xiàn)存問題剖析

五岔口周邊區(qū)域用地體量偏大，從而造成路網(wǎng)間距過大、道路網(wǎng)密度偏低的情況。對(duì)于途經(jīng)該交叉口的機(jī)動(dòng)車駕駛員來說，無其他可替代路徑方案，密集的交通量在五岔口形成了瓶頸，是導(dǎo)致高峰期交通擁堵的外部原因。而該五岔口自身也存在以下問題：

3.1 交通渠化不合理

紅橋北大街南進(jìn)口處共設(shè)有6條進(jìn)口道，從左向右依次為左轉(zhuǎn)、2條直行、右轉(zhuǎn)、輔路左轉(zhuǎn)與輔路右轉(zhuǎn)車道，其中在主路與輔道之間設(shè)置1條分車帶。由于一號(hào)路與零號(hào)路夾角過小，從紅橋北大街直行去往上述2條路的車輛均按直行信號(hào)燈放行，2股車流在五岔口內(nèi)形成沖突①(見圖4)，影響了車流速度，也容易發(fā)生剮蹭事故；此外，由于紅橋北大街主路右轉(zhuǎn)車輛通行不受信號(hào)燈控制，當(dāng)輔道左轉(zhuǎn)車輛放行時(shí)，2股車流在交叉口內(nèi)形成沖突②(如圖4)，進(jìn)而影響了輔道左轉(zhuǎn)的通行能力。

圖4 現(xiàn)狀2種車流沖突

3.2 信號(hào)燈配時(shí)不合理

高峰時(shí)段，東側(cè)光榮道進(jìn)口道左轉(zhuǎn)車輛排隊(duì)過長(zhǎng)，單綠信號(hào)相位時(shí)長(zhǎng)不能滿足通行需求，尚有車輛排隊(duì)；南側(cè)紅橋北大街進(jìn)口2條直行車道單信號(hào)周期可以滿足直行車輛通行，但車輛排隊(duì)過多流量接近飽和，若增加一條直行車道預(yù)計(jì)可以縮短信號(hào)周期，減少車輛延誤；北側(cè)一號(hào)路進(jìn)口直行車輛過多，不能滿足通行需求。

3.3 交通參與者安全意識(shí)淡薄

在實(shí)際交通運(yùn)行中，行人和非機(jī)動(dòng)車干擾也是影響交叉口通行效率的重要因素之一。實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，信號(hào)燈變?yōu)榧t燈時(shí)，尚有大量人群停留在交叉口范圍內(nèi)。一方面由于非機(jī)動(dòng)車及行人交通安全意識(shí)較低，不按交通信號(hào)燈通行，同時(shí)機(jī)動(dòng)車駕駛員不能做到禮讓行人，甚至與非機(jī)動(dòng)車和行人搶行，加劇了五岔路口的混亂程度；另一方面，由于五岔口幾何尺寸過大，老人以及腿腳不便人士很難在信號(hào)周期內(nèi)完成一次過街，設(shè)計(jì)人性化不足。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

4.1 優(yōu)化交通組織，調(diào)整車道渠化

根據(jù)五岔口內(nèi)2種主要車流沖突方式，對(duì)交叉口區(qū)域內(nèi)車流交通組織做相關(guān)優(yōu)化。據(jù)調(diào)查，進(jìn)入零號(hào)路的車輛較少，即使限制部分車流進(jìn)入也不會(huì)有太大影響。因此，通過渠化交通的方式在零號(hào)路進(jìn)口前設(shè)置安全島，既可限制紅橋北大街向北直行以及光榮道西向東方向左轉(zhuǎn)進(jìn)入零號(hào)路的車流，避免交叉口內(nèi)的車流沖突，也為行人過街提供了臨時(shí)安全躲避設(shè)施。此外，將紅橋北大街南進(jìn)口輔道最右側(cè)車道渠化為直右的方式，保證輔道的車輛能夠順利直行。

4.2 增設(shè)直行待行區(qū)

結(jié)合五岔口平面幾何尺寸較大實(shí)際特征，利用交叉口閑置區(qū)域設(shè)置直行待行區(qū)，有利于提高交叉口通行能力，減少高峰延誤。直行待行區(qū)的設(shè)置除了考慮充分利用道路交叉口內(nèi)閑置空間，還應(yīng)避免產(chǎn)生車流交叉。如圖5所示。

圖5 直行待行區(qū)長(zhǎng)度設(shè)置原則

建立以下長(zhǎng)度估算模型：

lsn=ln-d0

(1)

式中：lsn為第n條直行待行區(qū)長(zhǎng)度(從右向左編號(hào)，n=1，2 …)，m；ln為對(duì)向左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)車道中心線與直行待行區(qū)中心線交叉點(diǎn)到第n條直行車道第一停車線間距離(從右向左編號(hào)，n=1，2…)，m；d0為安全距離，取2 m。

經(jīng)模型計(jì)算而得，本交叉口各進(jìn)口道直行待行區(qū)設(shè)置長(zhǎng)度如表2所示：

表2 直行待行區(qū)長(zhǎng)度道路直行待行區(qū)長(zhǎng)度/m車道1車道2紅橋北大街南進(jìn)口2123一號(hào)路北進(jìn)口1618光榮道西進(jìn)口2225光榮道東進(jìn)口1720注:最內(nèi)側(cè)直行待行車道計(jì)為“車道1”,依此類推。

4.3 優(yōu)化信號(hào)配時(shí)

據(jù)實(shí)地觀測(cè)的交叉口各進(jìn)口道流量以及車道飽和流量，結(jié)合現(xiàn)有交通分布特征，利用韋伯斯特配時(shí)法(Webster)對(duì)信號(hào)配時(shí)加以優(yōu)化，表3為各流向飽和流量。

式中：C0為最佳周期長(zhǎng)度,s；L為總損失時(shí)間,s；Y為交叉口交通流量比。

優(yōu)化后信號(hào)配時(shí)相位如圖6所示。

表3 各流向飽和流量pcu/h路口方向光榮道東進(jìn)口光榮道西進(jìn)口一號(hào)路北進(jìn)口紅橋北大街南進(jìn)口左轉(zhuǎn)直行左轉(zhuǎn)直行左轉(zhuǎn)直行左轉(zhuǎn)直行交通量464415137279197563101654飽和流量2 7522 5872 5202 2762 2342 9872 4562 765

圖6 優(yōu)化信號(hào)配時(shí)相位圖

優(yōu)化后的信號(hào)配時(shí)利用Webster配時(shí)法，以最小化延誤水平為目標(biāo)，按實(shí)際路段交通量以及飽和流量進(jìn)行優(yōu)化配時(shí)，結(jié)合交叉口幾何特征，設(shè)置2 s全紅清空時(shí)間，南側(cè)紅橋北大街進(jìn)口增設(shè)右轉(zhuǎn)相位，解決了同時(shí)段輔路左轉(zhuǎn)的車輛與主路右轉(zhuǎn)車輛運(yùn)行的干擾。

4.4 設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)

結(jié)合丁字沽零號(hào)路交通量較少的現(xiàn)狀，通過渠化設(shè)計(jì)使“五岔”為“四岔”，優(yōu)化進(jìn)入丁字沽零號(hào)路的車輛路徑，解決交通組織困難現(xiàn)狀；優(yōu)化利用路口空間，施劃行人二次過街安全島，縮短行人過街距離，緩解因交叉口過大導(dǎo)致的行人過街困難問題；設(shè)置直行待行區(qū)，高效利用先后兩相位通行時(shí)間差，車輛進(jìn)入第二停車線等待放行，降低高峰時(shí)段直行車道飽和狀態(tài)。綜合以上改善措施，該五岔口綜合改善方案如圖7所示。

圖7 五岔口綜合改善方案

5 仿真評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)狀交通調(diào)查數(shù)據(jù)，利用交通仿真軟件Vissim進(jìn)行交通模擬。將實(shí)際交叉口調(diào)查的分向交通量、行駛車速、車型比例、信號(hào)配時(shí)數(shù)據(jù)輸入，得到最貼近實(shí)際交通運(yùn)行情況的仿真結(jié)果。五岔口優(yōu)化前后仿真結(jié)果如表4所示。

表4 仿真評(píng)價(jià)結(jié)果仿真評(píng)價(jià)參數(shù)排隊(duì)長(zhǎng)度均值/m停車次數(shù)/次車輛延誤均值/s服務(wù)水平現(xiàn)狀19.490.6427.35C僅調(diào)整渠化和信號(hào)配時(shí)12.400.7521.69C綜合改善方案9.171.2119.28B

根據(jù)仿真結(jié)果，調(diào)整信號(hào)燈配時(shí)和車道渠化條件僅能緩解部分進(jìn)口道的擁堵狀況，排隊(duì)長(zhǎng)度和車均延誤水平相比于現(xiàn)狀交叉口沒有較大改善。在綜合改善方案中，由于增設(shè)了直行待行區(qū)，交叉口的通行能力得到提升，排隊(duì)長(zhǎng)度以及行車延誤指標(biāo)均優(yōu)于對(duì)比方案。此外，直行車輛需要到待行區(qū)第二停止線前等待放行，故停車次數(shù)均值指標(biāo)要高于現(xiàn)狀方案。綜上所述，綜合改善方案可以最大限度地提升交叉口通行能力，具有較高的設(shè)計(jì)參考價(jià)值。

6 總結(jié)

五岔路口因其交通沖突多、多路流線交叉的特征，一直是交通組織和管理的難點(diǎn)。常規(guī)的解決方案是在進(jìn)口道設(shè)置單行或者禁行，但這樣做往往不能解決實(shí)際問題，反而會(huì)陡增車輛繞行距離，給相鄰路網(wǎng)帶來更大的通行壓力。解決交通問題，重在“疏”而不在“堵”，本文從車流通行的角度制訂五岔口改造方案，合理確定車流路線組織，同時(shí)優(yōu)化整合利用現(xiàn)有道路交叉口資源，保留一定的設(shè)計(jì)余量，防止因周圍用地開發(fā)造成交通量爆發(fā)而加劇五岔口交通矛盾。