基于VISSIM的潮汐車道可行性仿真研究

馬瀟然 杜瑾

摘 要：【目的】為了緩解潮汐式交通堵塞，以攀枝花市三線大道北段-佳聯(lián)路交叉口為例進(jìn)行研究?！痉椒ā客ㄟ^(guò)對(duì)潮汐交通現(xiàn)象成因及交通流特征進(jìn)行分析，基于VISSIM軟件對(duì)該路段進(jìn)行仿真，選取交通流量、流速、延誤、通行能力、路段飽和度、服務(wù)水平等作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)使用潮汐車道來(lái)解決潮汐式交通堵塞問(wèn)題進(jìn)行研究?！窘Y(jié)果】對(duì)潮汐車道設(shè)置的必要性及設(shè)置條件進(jìn)行分析，設(shè)置適用于該交叉路口的潮汐車道方案。【結(jié)論】?jī)?yōu)化后的各項(xiàng)道路參數(shù)指標(biāo)得到極大優(yōu)化，證明設(shè)置潮汐車道能有效減少延誤和提高道路通行能力，同時(shí)也論證了該試驗(yàn)方案的可行性。

關(guān)鍵詞：交通擁堵；潮汐交通流；設(shè)置條件；VISSIM；路段仿真

中圖分類號(hào)：U491? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2023）08-0014-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.08.003

Feasibility Simulation of Tidal Lanes Based on VISSIM

——Take Panzhihua as an Example

MA Xiaoran DU Jin

（School of intelligent manufacturing， Panzhihua University， Panzhihua 617000， China）

Abstract： [Purposes] In order to alleviate tidal traffic congestion， this paper takes the intersection of Jialian Road， the north section of Sanxian Avenue， Panzhihua City， as an example. [Methods] Through analyzing the causes of tidal traffic phenomenon and the characteristics of traffic flow， and simulating its road sections based on VISSIM simulation， this paper selects traffic flow， velocity， delay， traffic capacity， road saturation and service level as evaluation indicators， and studies the use of tidal lanes to solve the problem of tidal traffic congestion. [Findings] From the analysis of the necessity and setting conditions of the tidal lane setting， the tidal lane scheme suitable for the intersection is set. [Conclusions] It can be seen from the test results that the various parameters and indicators of the road after the optimization have been greatly optimized， which proves that the setting of the tidal lane can effectively reduce the delay and improve the traffic capacity of the road， and demonstrates the feasibility of the experimental scheme.

Keywords：traffic jam; tidal traffic flow; set conditions; VISSIM; road simulation

0 引言

隨著城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，機(jī)動(dòng)車數(shù)量也在持續(xù)增加，人們的生活方式也隨之發(fā)生改變，早出晚歸的生活方式導(dǎo)致雙向交通道路中有一個(gè)方向的機(jī)動(dòng)車數(shù)量急劇增加，而另一方向的機(jī)動(dòng)車數(shù)量保持穩(wěn)定狀態(tài)，誘發(fā)道路出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象。近年來(lái)，不少地區(qū)相繼出現(xiàn)潮汐交通現(xiàn)象，導(dǎo)致交通通行能力降低。最大化利用道路資源、優(yōu)化交通管理系統(tǒng)、降低居民出行成本等，對(duì)解決潮汐現(xiàn)象、改善交通擁堵?tīng)顩r具有重大意義。

1 國(guó)內(nèi)城市潮汐車道應(yīng)用

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)潮汐現(xiàn)象引發(fā)的交通堵塞進(jìn)行研究，解決問(wèn)題的方式方法也在不斷優(yōu)化改良。其中，設(shè)置可變車道［1-3］取得顯著成果。路家慶［4］基于VISSIM對(duì)路段進(jìn)行仿真研究，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行量化分析，驗(yàn)證潮汐車道的可行性。賈洪飛等［5］從路網(wǎng)系統(tǒng)的角度出發(fā)，優(yōu)化潮汐車道雙層規(guī)劃模型，能合理緩解潮汐交通現(xiàn)象，降低路網(wǎng)系統(tǒng)總延誤。肖代全等［6］對(duì)定向車道與潮汐車道進(jìn)行改造，設(shè)置潮汐定向車道，有效縮短行程時(shí)間，降低延誤，使道路通行能力得到提高。

2004年，我國(guó)在沈陽(yáng)開(kāi)設(shè)第一條潮汐車道，取得良好反響，潮汐車道的運(yùn)用逐漸在我國(guó)展開(kāi)。潮汐車道能提高道路資源的利用率，在道路飽和度到達(dá)極限時(shí)，通過(guò)設(shè)置可變車道，增大車道通行能力，緩解交通壓力。由此證明潮汐車道的技術(shù)研究改良及運(yùn)用，對(duì)解決實(shí)際交通擁堵問(wèn)題具有較大價(jià)值。潮汐車道模型如圖1所示。

2 潮汐車道交通流特性分析

2.1 潮汐交通現(xiàn)象成因及分布

潮汐交通現(xiàn)象是指早上進(jìn)城方向交通流量大、晚上出城方向交通流量大。潮汐交通現(xiàn)象形成的原因主要有以下四個(gè)方面。①隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城區(qū)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，工作地多位于新城區(qū)，而大多數(shù)居住場(chǎng)所仍位于舊城區(qū)，早出晚歸的上班出行使新舊城區(qū)交叉干道發(fā)生分時(shí)段性的擁堵現(xiàn)象。②城市設(shè)施分布不均，極易導(dǎo)致主干道形成交通擁堵。③節(jié)假日居民出行的需求增大，道路上的交通流量會(huì)超過(guò)道路允許通行的極限，導(dǎo)致路段出現(xiàn)潮汐交通現(xiàn)象。④城市公共交通設(shè)施不完善、不便捷，且公交服務(wù)水平不高，居民多選擇乘坐小汽車出行。

潮汐交通現(xiàn)象跟人們出行活動(dòng)范圍變化及趨勢(shì)的關(guān)系密切。一般情況下，導(dǎo)致交通擁堵的主要原因是交通通行能力不足，潮汐式擁堵的形成主要跟道路雙向交通流量分布不均有關(guān)。雙向交通道路或交叉路口某一方向的交通流量驟增，而另一方向保持穩(wěn)定不變，誘發(fā)道路形成潮汐交通現(xiàn)象，并以該擁堵為中心向四周街道擴(kuò)散，影響周圍道路的正常通行。由于這種擁堵現(xiàn)象通常具有周期性、時(shí)段性，采用潮汐式可變車道，對(duì)已有的道路資源進(jìn)行配置，可提高交通道路利用率，解決道路交通通行能力周期性供應(yīng)不足的問(wèn)題，能很好地應(yīng)對(duì)潮汐交通現(xiàn)象。

2.2 潮汐交通流時(shí)空分布不均衡

時(shí)間和空間動(dòng)態(tài)變化均會(huì)誘發(fā)潮汐交通。①時(shí)間分布不均。城市交通發(fā)生擁堵時(shí)具有較強(qiáng)的集中性、規(guī)律性及持續(xù)性，在時(shí)變化和日變化上較為明顯。②空間分布不均。高峰時(shí)，城市雙向道路交通流量的分布不均，往往一個(gè)方向交通嚴(yán)重堵塞，另一個(gè)方向配置資源浪費(fèi)。

3 設(shè)置條件分析

3.1 潮汐車道設(shè)置的條件和必要性

設(shè)置潮汐車道時(shí)，機(jī)動(dòng)車道的數(shù)量為雙向6車道或8車道。要滿足另一方向的機(jī)動(dòng)車道交通通行能力，道路上不能存在中央分隔帶及電車軌道，車道上的交通流量方向分布系數(shù)k＞2/3，分布系數(shù)見(jiàn)式（1）。

[k=q+q++q-] （1）

式中：k為規(guī)定交通流方向分布系數(shù)；[q+]為規(guī)定道路方向斷面交通流量；[q-]為與規(guī)定道路方向相反方向斷面交通流量。

經(jīng)實(shí)地考研調(diào)查得知，攀枝花市三線大道北段-佳聯(lián)路交叉口早晚高峰期存在潮汐式交通堵塞。攀枝花市三線大道北段-佳聯(lián)路交叉口采用信號(hào)控制，信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)為120 s。對(duì)該交叉路口17：30-19：30晚高峰交通流量進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，該交叉口晚高峰自東向西直行的車輛數(shù)量較多，可設(shè)置潮汐車道來(lái)緩解交通擁堵問(wèn)題。

3.2 潮汐車道設(shè)置方案

采集該路口的交通流量、交通組織及晚高峰時(shí)段信號(hào)配時(shí)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)每個(gè)路口的交通流量比例來(lái)分析晚高峰時(shí)段的交通特征，擁堵原因有四點(diǎn)。①道路通行能力與實(shí)際交通流量不匹配。②道路規(guī)劃設(shè)置不合理，交叉口易發(fā)生沖突。③交叉口交通擁堵對(duì)周圍蔓延波及。④停車需求與道路停車位不匹配。

針對(duì)此類問(wèn)題，基于交通改善措施原則，在充分利用道路資源的前提下設(shè)置潮汐車道，即在晚高峰時(shí)間段，將交叉口上一條自西向東直行的車道改為自東向西直行。具體設(shè)置方案如下。

3.2.1 清除車道上的車輛。在準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換潮汐車道前5 min，對(duì)該車道區(qū)域內(nèi)的行駛車輛進(jìn)行清場(chǎng)，在潮汐車道路段范圍內(nèi)每隔200 m設(shè)置一個(gè)LED顯示牌，可及時(shí)通知駕駛員該路段即將進(jìn)入潮汐車道。通過(guò)無(wú)線藍(lán)牙裝置及道路攝像儀來(lái)遠(yuǎn)端操控護(hù)欄，關(guān)閉自西向東直行車道的進(jìn)入端口，并禁止車輛再進(jìn)入，待最后一輛車駛出潮汐車道后，再通過(guò)遠(yuǎn)端開(kāi)啟護(hù)欄來(lái)關(guān)閉車道出口，完成車輛的清場(chǎng)工作。

3.2.2 車輛進(jìn)入潮汐車道。等潮汐車道清場(chǎng)完畢后，轉(zhuǎn)化LED顯示屏，提醒車輛當(dāng)前可行駛方向，自動(dòng)控制護(hù)欄開(kāi)啟，車輛開(kāi)始駛?cè)氤毕嚨馈?/p>

3.2.3 車輛退出潮汐車道，并恢復(fù)路段原行駛方向。在高峰結(jié)束前5 min，通過(guò)LED顯示牌來(lái)提醒駕駛員潮汐車道即將結(jié)束，自動(dòng)控制出口端放下護(hù)欄，并禁止車輛再進(jìn)入潮汐車道。當(dāng)最后一輛車駛出潮汐車道后，自動(dòng)控制進(jìn)入端口放下護(hù)欄，關(guān)閉車道。待第二次完成清場(chǎng)工作后，通過(guò)LED顯示屏來(lái)提醒車輛潮汐車道已經(jīng)結(jié)束，打開(kāi)兩端護(hù)欄，開(kāi)啟車道，允許車輛通行，恢復(fù)正常行駛方向。

3.3 潮汐車道評(píng)價(jià)指標(biāo)

本研究選取交通流量、流速、延誤、通行能力、路段飽和度、服務(wù)水平等指標(biāo)作為潮汐車道設(shè)立前后對(duì)比分析及仿真評(píng)價(jià)的參數(shù)，交叉口服務(wù)水平劃分等級(jí)見(jiàn)表1，相關(guān)公式見(jiàn)式（2）至式（5）。

Q= [1N][i=1NQi] （2）

[Vs]= [l×ni=1nti] （3）

td=t1-t2 （4）

Cs= [3 600T（tg-t0ts+1）][ω] （5）

式中：Q為交通流量；[Qi]為各規(guī)定時(shí)間段中的交通流量；N為各規(guī)定時(shí)間段中的時(shí)間；[Vs]為平均流速；l為路段長(zhǎng)度；n為小時(shí)交通量；[ti]為某一時(shí)間段內(nèi)通過(guò)該路段的第i輛車所需的行程時(shí)間；td為延誤時(shí)間；t1為實(shí)際行程時(shí)間；t2為標(biāo)準(zhǔn)行程時(shí)間；Cs為一條直行車道的設(shè)計(jì)通行能力；[T]為信號(hào)周期，s；[tg]為綠燈時(shí)間，s；[t0]為自綠燈亮后，第一輛車啟動(dòng)通過(guò)停車線的時(shí)間；[ts]為直行或右行車輛通過(guò)停車線的平均時(shí)間，s/pcu。

4 仿真驗(yàn)證

4.1 仿真數(shù)據(jù)分析

本研究基于VISSIM進(jìn)行仿真建模，對(duì)攀枝花市三線大道北段與佳聯(lián)路交叉口晚高峰時(shí)段交通流量進(jìn)行仿真研究，以前后排隊(duì)長(zhǎng)度、平均延誤、通行能力、服務(wù)水平為指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析和評(píng)價(jià)，驗(yàn)證在該交叉路段設(shè)置潮汐車道的可行性。仿真設(shè)置潮汐車道前后擁堵情況對(duì)比如圖3所示。

實(shí)地測(cè)出的交叉口上不同方向交通流量差距較大，本研究結(jié)合韋伯斯特配時(shí)法，在VISSIM仿真軟件中進(jìn)行多次仿真試驗(yàn)，得到最終信號(hào)配時(shí)比如圖4所示。仿真結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)設(shè)置完潮汐車道，道路參數(shù)指標(biāo)得到優(yōu)化，證明在此交叉口設(shè)置潮汐車道具有可行性。

4.2 方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

通過(guò)設(shè)置潮汐車道能在一定程度上緩解道路擁堵問(wèn)題，但其靈活運(yùn)用度不高，道路堵塞情況依舊嚴(yán)重。機(jī)動(dòng)車道上的交通流具有動(dòng)態(tài)性，且突發(fā)事故引起的堵塞難以避免，結(jié)合實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的道路擁堵概況，對(duì)道路車輛進(jìn)行一定誘導(dǎo)，及時(shí)管控道路開(kāi)啟潮汐車道，可在一定程度上節(jié)約居民出行成本。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)潮汐式交通流導(dǎo)致的交通擁堵問(wèn)題，在充分利用道路資源的前提下，提出潮汐車道設(shè)置方案。通過(guò)在道路兩端設(shè)置可控制收放的道路護(hù)欄，便于潮汐車道的開(kāi)啟和結(jié)束，同時(shí)利用LED指示燈來(lái)協(xié)調(diào)控制，對(duì)車輛進(jìn)行誘導(dǎo)管控，再經(jīng)過(guò)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能極大改善高峰時(shí)期道路擁堵情況，同時(shí)隨著智能化城市的不斷發(fā)展，潮汐車道的運(yùn)用及改良是未來(lái)解決交通擁堵問(wèn)題的重要手段。

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收稿日期：2022-10-28

作者簡(jiǎn)介：馬瀟然（1992—），女，碩士，講師，研究方向：交通規(guī)則與管理、道路交通安全；杜瑾（2002—），女，本科生，研究方向：交通規(guī)劃與管理。