基于VISSIM仿真的交叉口交通組織優(yōu)化研究

摘 "要：信號(hào)交叉口作為城市道路的咽喉，提高其通行能力可以有效改善道路整體交通狀況。文章選取江門市迎賓路-豐樂路-東華二路交叉口為實(shí)例，基于實(shí)地調(diào)查的高峰時(shí)段交通流量及交叉口相關(guān)數(shù)據(jù)，利用VISSIM軟件構(gòu)建交叉口的交通仿真模型，針對(duì)仿真運(yùn)行結(jié)果從車道功能劃分和信號(hào)配時(shí)兩方面提出交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，對(duì)優(yōu)化前后的車輛延誤、排隊(duì)長(zhǎng)度仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，經(jīng)優(yōu)化后車輛延誤和排隊(duì)長(zhǎng)度都大幅減少，交叉口的服務(wù)水平明顯提升，交通狀況得到了明顯改善，從而驗(yàn)證了優(yōu)化方案的合理性和有效性。

"關(guān)鍵詞：城市交通；信號(hào)配時(shí)；交通仿真；交叉口延誤

"中圖分類號(hào)：F506 " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2024.09.022

Abstract： Signal intersection as the throat of urban roads， improve its capacity can effectively improve the overall traffic condition of the road. This paper selects the intersection of Yingbin Road-Fengle Road-Donghua Road II in Jiangmen City as an example， based on the field survey of peak hour traffic flow and intersection-related data， uses VISSIM software to construct the traffic simulation model of the intersection， and proposes the traffic organization optimization design scheme from the two aspects of the simulation results of the functional division of the lanes and signal timing， and makes comparative analyses of the vehicle delays before and after the optimization， and the length of queueing simulation results. The simulation results of vehicle delay and queue length before and after optimization are compared and analyzed. The results show that the vehicle delay and queuing length are greatly reduced after the optimization， the service level of the intersection is obviously improved， and the traffic condition is significantly improved， thus verifying the reasonableness and effectiveness of the optimization scheme.

Key words： urban traffic; signal timing; traffic simulation; intersection delays

0 "引 "言

"城市干道是承載地面交通的動(dòng)脈，其通行效率對(duì)于整個(gè)路網(wǎng)通常運(yùn)行具有重要意義。隨著城市化進(jìn)程不斷加快，機(jī)動(dòng)車保有量持續(xù)攀升，道路基礎(chǔ)設(shè)施的供應(yīng)能力難以滿足日益增長(zhǎng)的交通需求，交通擁堵問題不斷升級(jí)。在城市道路交通中，多車道匯入的交叉口成為了擁堵的根源所在，因此解決城市交通擁堵的關(guān)鍵在于解決城市交叉口的交通擁堵問題[1-2]。通過采取恰當(dāng)?shù)墓芾碚吆颓O(shè)計(jì)措施，可以有效優(yōu)化交叉口的現(xiàn)存問題，合理配置路口空間資源，確保車輛在道路上安全高效運(yùn)行，進(jìn)而改善道路整體交通狀況。因此對(duì)交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的研究焦點(diǎn)。

"趙靖等[3]在對(duì)出口道左轉(zhuǎn)交叉口運(yùn)行特點(diǎn)和飽和流率進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了一種在交通需求和供給波動(dòng)下交叉口信號(hào)控制與設(shè)計(jì)車速的魯棒優(yōu)化方法。陳開群等[4]以延誤、行程時(shí)間，排隊(duì)長(zhǎng)度等指標(biāo)為基礎(chǔ)建立多目標(biāo)優(yōu)化標(biāo)定校核函數(shù)，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)輸出的評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果更接近真實(shí)值。吉柯[5]利用VISSIM軟件對(duì)部分路網(wǎng)進(jìn)行仿真，采取遞階優(yōu)化思想構(gòu)建雙層模型，上層模型以路網(wǎng)壓力指標(biāo)最優(yōu)為優(yōu)化目標(biāo)，下層模型采用改進(jìn)韋伯斯特算法作為控制方案，優(yōu)化后的路網(wǎng)通行效率有所提高。趙靖等[6]在分析排陣式交叉口運(yùn)行特征的基礎(chǔ)上，建立了幾何設(shè)計(jì)和信號(hào)控制協(xié)同魯棒優(yōu)化模型，該模型可以在交通需求和供給波動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)排陣式交叉口的車道功能、排序區(qū)長(zhǎng)度以及主、預(yù)信號(hào)控制進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化。楊飛[7]從交叉口渠化、左轉(zhuǎn)車流的組織管理和交通信號(hào)控制方面研究了分離交通沖突的方式，給出了每種方式設(shè)置依據(jù)、設(shè)置條件和具體設(shè)置方式。WONGC K等[8]從理論概念出發(fā)，構(gòu)建了一系列混合整數(shù)規(guī)劃模型，以尋求車道功能劃分和信號(hào)配時(shí)優(yōu)化的最優(yōu)解。白如意等[9]以提高交叉口通行能力為目標(biāo)，提出交叉口信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方案，結(jié)合碳排放分析交叉口優(yōu)化結(jié)果，驗(yàn)證了優(yōu)化方案的合理性。趙靖等[10]以交叉口總延誤最小為目標(biāo)，建立了排陣式交叉口最佳周期理論模型，并通過擬合分析得到了最佳周期簡(jiǎn)化模型。

目前，交叉口設(shè)計(jì)在優(yōu)化過程中往往更多的關(guān)注信號(hào)配時(shí)的優(yōu)化，對(duì)信號(hào)相位設(shè)置的合理性考慮較少，本文以江門市迎賓路-豐樂路-東華二路交叉口為實(shí)例，對(duì)交叉口進(jìn)行信號(hào)配時(shí)優(yōu)化及相位方案設(shè)計(jì)，利用VISSIM仿真軟件對(duì)優(yōu)化前后的交叉口通行效率進(jìn)行對(duì)比分析。

1 "交通調(diào)查

1.1 "交叉口現(xiàn)狀。迎賓路-豐樂路-東華二路交叉口是江門市一個(gè)規(guī)則的平面十字交叉口，該交叉口位于五邑大學(xué)附近，豐樂路沿線布有眾多居民區(qū)、商鋪、公司和學(xué)校，且東西方向通往迎賓商場(chǎng)，日常高峰時(shí)段交通流量大，交通擁堵現(xiàn)象頻發(fā)。該交叉口現(xiàn)狀渠化圖如圖1所示。

1.2 "數(shù)據(jù)采集。本次調(diào)查采用人工觀測(cè)法進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，共有四名調(diào)查員均勻分配在四個(gè)進(jìn)口道，實(shí)地調(diào)查時(shí)間為工作日的晚上17：00

—18：00，該時(shí)間段為晚高峰時(shí)期，車流量較大，交通擁堵現(xiàn)象頻發(fā)，因此所測(cè)得的數(shù)據(jù)更具有代表性。交通調(diào)查主要記錄了兩類數(shù)據(jù)：基本道路信息和交通信息。道路信息調(diào)查包括交叉口的主要信息，包括交叉口幾何形狀與幾何參數(shù)調(diào)查、所需路段的車道數(shù)、車道寬、車道位置調(diào)查、停止線位置調(diào)查；交通信息包括高峰期車輛數(shù)調(diào)查、車輛轉(zhuǎn)向以及信號(hào)配時(shí)情況調(diào)查。該交叉口的東西方向是迎賓大道，南北方向?yàn)闁|華二路-豐樂路，周期具體配時(shí)和信號(hào)相序如圖2所示，對(duì)各進(jìn)口道的機(jī)動(dòng)車交通量進(jìn)行整理如圖3所示。

2 "交叉口建模仿真

2.1 "VISSIM現(xiàn)狀仿真。VISSIM是德國(guó)PTV公司開發(fā)的微觀仿真軟件，它能夠綜合考慮各種影響路網(wǎng)運(yùn)行的因素，例如車道類型、車輛種類、信號(hào)控制等，通過周期運(yùn)行，生成評(píng)價(jià)路網(wǎng)服務(wù)水平及運(yùn)行效率的結(jié)果[9]。利用VISSIM軟件對(duì)迎賓路-豐樂路-東華二路交叉口交通情況進(jìn)行仿真分析。根據(jù)調(diào)查到的交叉口晚高峰交通量及信號(hào)配時(shí)，輸入VISSIM軟件。迎賓路-豐樂路-東華二路交叉口仿真圖如圖4所示。

2.2 "現(xiàn)狀問題分析。利用VISSIM軟件建立仿真模型，設(shè)置仿真時(shí)間為600s，每300s輸出一次結(jié)果，采用節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的方法，得到交叉口各個(gè)方向車輛延誤以及排隊(duì)長(zhǎng)度，仿真現(xiàn)狀數(shù)據(jù)如表1所示。通過仿真結(jié)果可以看出，交叉口北進(jìn)口的車輛延誤最高，東進(jìn)口的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)車輛延誤較高而且排隊(duì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)。交叉口東西南北四個(gè)進(jìn)口道服務(wù)水平為F、D、E、F，總體來(lái)看各進(jìn)口道服務(wù)水平較差，交通擁堵嚴(yán)重，出行效率低。

3 "交叉口交通組織優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 "優(yōu)化方案。根據(jù)VISSIM仿真結(jié)果和相關(guān)研究，制定以下設(shè)計(jì)方案。（1）車道功能劃分：將東進(jìn)口直左混行車道改造為左轉(zhuǎn)專用車道，并在各進(jìn)口道設(shè)置左轉(zhuǎn)待轉(zhuǎn)區(qū)。（2）信號(hào)配時(shí)優(yōu)化：設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位，將左轉(zhuǎn)車輛和直行車輛放行，減少車輛之間的沖突，再結(jié)合Webster配時(shí)法對(duì)交叉口信息配時(shí)重新優(yōu)化，優(yōu)化后的相位周期為102s，東西直行綠燈時(shí)間20s黃燈3s為第一相位，東西左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)間15s黃燈3s為第二相位，南北直行綠燈時(shí)間27s黃燈3s為第三相位，南北左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)間28s黃燈3s為第四相位。優(yōu)化后的交叉口相序圖信號(hào)配時(shí)方案如圖 5所示。

3.2 "VISSIM優(yōu)化方案仿真與評(píng)價(jià)。通過VISSIM仿真軟件對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)之后的迎賓路-豐樂路-東華二路交叉口交通運(yùn)行情況進(jìn)行模擬，得到優(yōu)化后的車輛延誤和排隊(duì)長(zhǎng)度，優(yōu)化后的仿真圖如圖6所示，迎賓路-豐樂路-東華二路交叉口優(yōu)化后的仿真數(shù)據(jù)如表2所示，交叉口優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)對(duì)比如圖7所示。

"經(jīng)過優(yōu)化后，東進(jìn)口直行服務(wù)水平為B，為穩(wěn)定車流，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)服務(wù)水平均為D，延誤可忍受；西進(jìn)口右轉(zhuǎn)服務(wù)水平為A，為自由車流，直行和右轉(zhuǎn)服務(wù)水平均為D，延誤可忍受；南進(jìn)口左轉(zhuǎn)服務(wù)水平為C，為穩(wěn)定車流，延誤可接受，直行和右轉(zhuǎn)服務(wù)水平均為D，延誤可忍受；北進(jìn)口直行服務(wù)水平為C，為穩(wěn)定車流，延誤可接受，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)服務(wù)水平均為D，延誤可忍受。交叉口東西南北四個(gè)進(jìn)口道服務(wù)水平分別為D、C、D、D?？傮w來(lái)看，經(jīng)優(yōu)化后各進(jìn)口的服務(wù)水平得到了提升。圖7展示了優(yōu)化前后的排隊(duì)長(zhǎng)度、車輛延誤對(duì)比圖，可以看出，東進(jìn)口的右轉(zhuǎn)車輛延誤減少了66.3％，排隊(duì)長(zhǎng)度由76.9m縮短為26.2m，直行車輛延誤減少了66.5％，排隊(duì)長(zhǎng)度由33.4m縮短為0.6m，左轉(zhuǎn)車輛延誤減少了60.1％，排隊(duì)長(zhǎng)度由74.5m縮短為23.6m；西進(jìn)口的右轉(zhuǎn)車輛延誤減少了73.6%，排隊(duì)長(zhǎng)度始終為0，直行車輛延誤減少了39.8%，排隊(duì)長(zhǎng)度由25.2m縮短到16.3m，左轉(zhuǎn)車輛延誤減少了29.0%，排隊(duì)長(zhǎng)度由25.2m縮短為16.3m；南進(jìn)口的右轉(zhuǎn)車輛延誤減少了73.1%，排隊(duì)長(zhǎng)度由37.7m縮短為23.9m，直行車輛延誤減少了33.6%，排隊(duì)長(zhǎng)度由37.3m縮短到13m，左轉(zhuǎn)車輛延誤減少了39.4%，排隊(duì)長(zhǎng)度由5.5m縮短為0.3m；北進(jìn)口的右轉(zhuǎn)車輛延誤減少了73.1％，排隊(duì)長(zhǎng)度由6.4m縮短為6.3m，直行車輛延誤減少了72.4％，排隊(duì)長(zhǎng)度由31.3m縮短為0.6m，左轉(zhuǎn)車輛延誤減少了64.3％，排隊(duì)長(zhǎng)度由104.8m縮短為40m，經(jīng)過優(yōu)化后，該交叉口各個(gè)進(jìn)口道的排隊(duì)長(zhǎng)度和車輛延誤都明顯減少，交叉口的通行能力得到了改善，交叉口的通行效率得到了提高。

4 "結(jié) "論

"交叉口是道路網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，是交通流匯聚、轉(zhuǎn)向的重要場(chǎng)所。合理的交叉口設(shè)計(jì)和信號(hào)配時(shí)，可以有效提升車輛的通過率，減少行車的等待時(shí)間，從而提升交通系統(tǒng)的整體效率，降低人們的出行時(shí)間成本。這種優(yōu)化不僅有助于緩解交通擁堵，還能為城市交通提供更加高效、便捷的出行體驗(yàn)。對(duì)交叉口進(jìn)行優(yōu)化，確保交叉口的功能最大化，從而為城市交通流動(dòng)性和可持續(xù)性作出貢獻(xiàn)。

"針對(duì)江門市迎賓路-豐樂路-東華二路交叉口高峰時(shí)期出現(xiàn)交通擁堵的現(xiàn)象，本文基于交叉口的交通狀況，對(duì)車道功能劃分和信號(hào)配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，提出總體設(shè)計(jì)方案，利用VISSIM軟件對(duì)優(yōu)化前后的交叉口進(jìn)行仿真，并對(duì)優(yōu)化前后的車輛延誤和排隊(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，優(yōu)化后的車輛延誤和排隊(duì)長(zhǎng)度均明顯減少，證實(shí)了此交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的可行性，有效緩解了交叉口的交通擁堵現(xiàn)象，提高了車輛通行效率和道路交通服務(wù)水平，為解決交通問題提供了參考。本文以交叉口的通行效率作為主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，而且僅對(duì)江門市迎賓路-豐樂路-東華二路交叉口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，因此存在一定局限性。未來(lái)研究還應(yīng)從安全指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)等多個(gè)方面綜合考慮，構(gòu)建更全面、綜合的評(píng)價(jià)體系，兼顧效率與安全，減少環(huán)境污染。除此之外，在后續(xù)研究中需更加關(guān)注交叉口與周圍道路網(wǎng)絡(luò)的整體關(guān)系。

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收稿日期：2023-08-24

基金項(xiàng)目：上海市浦江人才計(jì)劃項(xiàng)目（21PJC085）；上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目（23692112200）；上海市曙光計(jì)劃項(xiàng)目（22SG45）

作者簡(jiǎn)介：侯超凡（1998—），女，山東濟(jì)南人，上海理工大學(xué)管理學(xué)院碩士研究生，研究方向：交通安全；趙 "靖（1983—），男，上海人，上海理工大學(xué)管理學(xué)院，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向：交通控制與管理。

引文格式：侯超凡，付晶燕，豐明潔，等. 基于VISSIM仿真的交叉口交通組織優(yōu)化研究[J]. 物流科技，2024，47（9）：87-89，97.