基于VISSIM的逆向可變車道設(shè)計研究

揭國順 范凡

摘 要：本文對逆向可變車道進行深入研究，并以南通市的一個交叉口作為改造對象，通過Vissim軟件進行模擬分析，驗證采用逆向可變車道后，該交叉口的四個交通指標均得到了優(yōu)化，如平均排隊長度指標降低了30.7%，平均延誤時間降低了27.6等。

關(guān)鍵詞：逆向可變車道 交叉口優(yōu)化 交通管理 仿真分析

Abstract：This paper conducts in-depth research on reverse variable lane， takes an intersection in Nantong City as the transformation object， and conducts simulation analysis through Vissim software to verify that the four traffic indicators of the intersection have been optimized after the use of reverse variable lane， such as the average queue length index reduced by 30.7% and the average delay time decreased by 27.6.

Key words：reverse variable lane， intersection optimization， traffic management， simulation analysis

1 引言

由于城市交通日益嚴峻，傳統(tǒng)的路口設(shè)計已越來越無法適應(yīng)人類日益提高的道路需求，特別是對展寬有限的道路。國內(nèi)外研究者為增強信號路口的通過能力而開始對非常規(guī)路口設(shè)計問題進行深入研究，其中，HUMMER[1]等人對U型回轉(zhuǎn)交叉口與蝴蝶結(jié)型交叉口優(yōu)缺點及其所特定的應(yīng)用條件進行軟件仿真模擬和分析；Reid[2]等將扇形交叉口作為主要研究對象，探究其設(shè)計策略及其所使用的規(guī)則進行仿真模擬及分析；Jagannathan[3]等利用Vissim軟件進行仿真有效證實了將左轉(zhuǎn)進行移位的操作能將道路交叉口改造前的平均延誤指標大大降低；崔凱[4]根據(jù)當前道路交叉口設(shè)計中，左轉(zhuǎn)逆向交通量較大的道路特征給出了對左轉(zhuǎn)逆向可變行車線系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化方法;梁培佳等[5]將逆向可變車道交叉口的配時方案作出優(yōu)化，以實現(xiàn)道路交叉口的通行效率的明顯提升；曲大義等人[6]以潮汐車道與變向車道的協(xié)同優(yōu)化為研究目標提出相關(guān)使用方案，以實現(xiàn)交通道路資源的合理分配。

總之，本論文旨在提升交叉口通行能力，以南通市世紀大道、工農(nóng)南路交叉口為實例，對該路口南進口道方向左轉(zhuǎn)逆向可變車道鋪設(shè)前、后進行對比，選取評價指標對數(shù)據(jù)進行分析。

2 左轉(zhuǎn)逆向可變車道的設(shè)置條件

左轉(zhuǎn)逆向可變車道的設(shè)置有以下幾個條件：

（1）進口道方向的各條車道飽和度都比較高，左轉(zhuǎn)的交通流量都比較大，由此不能采納空間渠化中增多車道數(shù)量的措施來對左轉(zhuǎn)交通流的壓力進行緩解。（2）配左轉(zhuǎn)車道時，四相位信號交叉口。（3）左轉(zhuǎn)保護相位以及直行保護相位會在左轉(zhuǎn)逆向可變車道的左轉(zhuǎn)保護相位確立之前進行交會式允許通行。（4）出口車道數(shù)不少于兩條。（5）預(yù)信號與主信號需要滿足一定的條件聯(lián)合使用。

在信號相位上需執(zhí)行先左轉(zhuǎn)再直行或單口輪放相位序列，并于中央開口加入預(yù)信號以控制左轉(zhuǎn)車流駛?cè)肽嫦蚩勺冘嚨乐畷r間與時長。而在交通管理中，逆向可變車道設(shè)置需采取相應(yīng)的管理措施及交通秩序良好、行人及非機動車遵章率較高、機動車干擾較小時逆向可變車道實施所需條件。 在逆向可變車道實施初期，交通管制人員需引導(dǎo)，指揮車流。

3 逆向可變車道參數(shù)設(shè)置

3.1 逆向可變車道長度設(shè)置

文中對觀測到的車輛更換過程中左轉(zhuǎn)車輛以20km/h速度在預(yù)信號開口處更換車道進行了統(tǒng)計，車輛更換車道寬度采用左轉(zhuǎn)車道寬度3.5米和中央分隔帶寬度5米（1.5米）相加，并計算出預(yù)信號處開道長度12.9米。由于要避免多輛左轉(zhuǎn)車輛同時駛?cè)肽嫦蚩勺冘嚨?，所以預(yù)信號開口長度不應(yīng)設(shè)定過長，根據(jù)實際執(zhí)行效果，可以將開口長度設(shè)置成15米。

3.2 逆向可變車道寬度及開口長度設(shè)置

對于設(shè)有逆向可變車道的入口道和出口道，要有相應(yīng)的中央分隔帶或者護欄硬隔離以避免碰撞，開口尺寸要符合左轉(zhuǎn)車流的調(diào)頭空間，據(jù)技術(shù)標準《城市道路交叉口設(shè)計規(guī)程》中顯示，交叉口的出口道走向內(nèi)各條行車道的寬度都不能少于路段行車道的寬度數(shù)值，大部分都不大于3.5m，且出口道方向的車道必須具備規(guī)定中提出的對掉頭車輛的轉(zhuǎn)彎半徑的幾何條件要求，此外，具備條件限制改造后的路口，其中出口道方向的每條車道的寬度數(shù)值大小都應(yīng)該不得低于3.25，單位為米。切記不得在出口道上設(shè)置相應(yīng)的禁止通行標志。逆向可變車道開口處上下游各50米處應(yīng)避開公交站點、醫(yī)院以及出入口等人流量較大的單位，以防行人和非機動車從中央隔離帶開口處穿越馬路而影響正常交通流。左轉(zhuǎn)車流轉(zhuǎn)向后出口車道要有充足的空間以確保車流通過，以免左轉(zhuǎn)車流鎖死、溢出交叉口。

3.3 逆向可變車道交通標識設(shè)置

城市交叉口交通標志標線能夠?qū)煌ǔ鲂姓哌M行信息指引，交通規(guī)則功能，保障城市交通流正常通行。我國《交通標志標線規(guī)范》（GB51038-2015），《城市道路交通標志及標線設(shè)置規(guī)范》（GA/T527-2005）以及《城市道路交通信號控制方式適用規(guī)范》（GAT51038-2005），都包含了關(guān)于城市信號交叉口標志位置范圍，大小，色彩，形狀以及適用范圍的明確規(guī)定與要求。逆向可變車道是一種新型交叉口通行模式，規(guī)范中未明確給出對應(yīng)標志標線，但通過規(guī)范可以為城市信號交叉口潮汐車道和可變車道提供參考。目前在實行逆向可變車道設(shè)置的城市，濟南市與深圳市均參照了上述規(guī)范中關(guān)于可變車道的設(shè)置，也可借鑒國外可變車道設(shè)置的方式及經(jīng)驗。

4 仿真分析

4.1 工農(nóng)南路與世紀大道交叉口交通組織調(diào)查情況分析

文中選擇南通市世紀大道與工農(nóng)南路的平面信號控制路口進行模擬改造，改造內(nèi)容為在圖示位置鋪設(shè)左轉(zhuǎn)逆向可變車道，并利用交通仿真模擬軟件（VISSM）對左轉(zhuǎn)逆向可變車道建立前后路口的交通各指標情況進行了數(shù)據(jù)搜集，并加以分析驗證。所選擇的交叉口采用標準十字四路交叉形式，東進口道方向使用左、直、右車道各一條，無混行車道，采用左轉(zhuǎn)保護相位以及直行保護相位來實現(xiàn)對交叉口的信號控制。西進口道方向以及南、北進口道方向均采用這樣的條件布設(shè)。經(jīng)過實地調(diào)查，由圖可了解此路口的幾何現(xiàn)狀情況。鋪設(shè)道路時使用寬度為3.5m的單向行車道。所調(diào)查的交叉口相位相序圖見圖3。此進口的南進口道走向中的左轉(zhuǎn)專用車道的車流量大并且飽和度比1高，經(jīng)過對比得出，此走向的車道進行左轉(zhuǎn)逆向可變車道的鋪設(shè)較為合適，包括交叉口幾何條件、交通流量條件和信號控制條件，故在這里對交叉口進行改造并設(shè)置左轉(zhuǎn)逆向可變車道。

4.2 交叉口車流量及信號控制情況實地調(diào)查

根據(jù)對世紀大道與工農(nóng)南路交叉口進行實地調(diào)查，并在某天的早晚高峰、和兩個非早晚高峰的平峰時段進行人工記錄，得到了這四個時段的交叉口各進口道方向中各車道的交通流量數(shù)，所獲得的數(shù)據(jù)情況見表1。得知該交叉口的交通流量較為穩(wěn)定，南進口道方向的交通流密度在整個交叉口四進口道方向占比最大，其余幾個進口道方向交通流量分布相對來說較小。早晚高峰兩個時段中，南進口道走向和北進口道走向上直行和左轉(zhuǎn)交通的流量分配都反映了潮汐交通流特性，因此此路口愈發(fā)滿足了左轉(zhuǎn)逆向可變車道設(shè)置對交通流量狀況的約束，該改造很有必要，加設(shè)左轉(zhuǎn)逆向可變車道可最大限度的減小對交叉口的改造成本，但能極大程度的減緩交通行車流在高峰時段的擁堵情況以及較大幅度提升道路的服務(wù)水平，減少尾氣排放，踐行可持續(xù)發(fā)展理念。

4.3 交通仿真驗證

通過上述的實地調(diào)查獲得的原始數(shù)據(jù)進行簡單處理，并利用交通仿真模擬軟件（Vissim）搭建所選交叉口的路網(wǎng)模型，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，其中包括車輛跟馳模型選擇、車輛期望速度范圍設(shè)置、安全距離劃定、沖突區(qū)域內(nèi)讓行規(guī)則的調(diào)配、車流量輸入、減速區(qū)域的鋪設(shè)、信號燈設(shè)置、信號控制機信號控制方案設(shè)置、以及在各路段指定位置設(shè)置檢測器等一系列軟件操作。能夠較為合理的模擬出交叉口的在高峰時段真實的道路情況。本文不考慮非機動車和行人通行情況，著重于對所選交叉口的改造前、后的交通指標對比分析，改造內(nèi)容為在制定位置按照改造標準鋪設(shè)左轉(zhuǎn)逆向可變車道。

選用連續(xù)仿真十次，隨機種子增量為10，初始隨機種子為12，仿真時間取600秒。以車輛檢測器檢測到的交叉口通過的車流數(shù)量代替實際通行能力指標。本文通過提取Vissim的數(shù)據(jù)然后選取指標進行分析，選取的指標為通過車流量、平均排隊長度指標、車輛平均延誤指標以及平均停車次數(shù)指標，其交叉口改造前、后的指標對比見表2。

經(jīng)過對比后可知，對交叉口南進口道方向鋪設(shè)了左轉(zhuǎn)逆向可變車道后，所選的四個交通指標均得到好的改善，其中指標一（通過行車數(shù)）較改造前提高了約百分之二十一，指標二（平均延誤）較改造前降低了約百分之二十八，指標三（平均排隊長度）降低了約近40m，指標四（停車次數(shù)）降低了百分之二十二。種種數(shù)據(jù)顯示，該改造能夠在最小改造成本的情況下最大限度的改善路口的交通擁堵程度，且效果較好，提升了交叉口的通行能力。

5 結(jié)論與展望

本文以提高南通市世紀大道和工農(nóng)南路交叉口道路通行能力為目標，對逆向可變車道展開研究，從左轉(zhuǎn)逆向可變車道的布設(shè)條件入手，到逆向可變車道的參數(shù)設(shè)置，再用交通模擬仿真平臺（Vissim）進行仿真，通過實地調(diào)查獲取原始數(shù)據(jù)，CAD軟件制作交叉口路網(wǎng)模型的底圖，設(shè)置各項參數(shù)，并選取評價指標，對提取的數(shù)據(jù)進行分析，得出的結(jié)論顯示相比改造前，該交叉口設(shè)置了逆向可變車道能較大的提升道路通行能力，從而達到降堵的效果。但由于時間和篇幅有限，本文仍然存在較多不足，在未來的研究中，筆者會引入合適算法對信號配時方案進行優(yōu)化改進，將定周期控制方式進化為感應(yīng)式控制和自適應(yīng)控制方式，引入更多智能交通的科研理念，讓傳統(tǒng)交通實現(xiàn)高度智能化。

課題項目：南通理工學(xué)院2023屆“優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計（論文）培育計劃”（BS202209）。

參考文獻：

[1]HUMMER J E. Unconventional left-turn alternatives for urban and suburban arterials[J] ITE，1998，68（9）：26-29.

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