基于VISSIM仿真的城市交通路口優(yōu)化設(shè)計(jì)

成軍宇　王寧　白彥凱

摘 要：道路交叉口是道路交通流的集中地，它既是道路系統(tǒng)中的重要節(jié)點(diǎn)，也是容易發(fā)生道路交通問題的區(qū)域。隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程日益加快，產(chǎn)生了一系列的城市交通問題，也使得城市交通體系的壓力逐年加大。道路交叉口的設(shè)計(jì)方案的合理性，將影響到城市交通道路工程的整體安全性以及暢通性。采用科學(xué)合理的規(guī)劃理念，先進(jìn)的方式和技術(shù)手段進(jìn)行交叉口的設(shè)計(jì)尤為重要。文章以武陟縣連固線和云葉線交叉口為例，通過分析交通信號(hào)交叉口的交通特性和機(jī)動(dòng)車輛運(yùn)行特性，找出存在的交通問題。制定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并使用VISSIM仿真軟件進(jìn)行仿真、評(píng)價(jià)其優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：城市交通路口 連固線與云葉線 優(yōu)化設(shè)計(jì) VISSIM仿真

Optimization Design of Urban Traffic Intersection based on VISSIM Simulation

Cheng Junyu Wang Ning Bai Yankai

Abstract：Road intersection is the concentration of road traffic flow， which is not only an important node in the road system， but also an area prone to road traffic problems. With the continuous development of China's national economy， the urbanization process is accelerating， resulting in a series of urban transportation problems， which also makes the pressure on the urban transportation system increase year by year. The rationality of the design scheme of road intersections will affect the overall safety and smoothness of urban traffic road projects. It is particularly important to adopt scientific and reasonable planning concepts， advanced methods and technical means to design intersections. Taking the intersection of Liangu Line and Yunye Line in Wuxian County as an example， this paper analyzes the traffic characteristics of traffic signal intersections and the operation characteristics of motor vehicles to find out the existing traffic problems， formulates the optimization design plan， and uses VISSIM simulation software to simulate and evaluate the optimization design scheme.

Key words：urban traffic intersection， connecting line and cloud leaf line， optimization design， VISSIM simulation

1 背景

道路作為城市交通的主動(dòng)脈，將各個(gè)道路交叉口進(jìn)行連接，道路交叉口的順暢與否直接決定了整個(gè)道路交通是否順暢，從而影響到整個(gè)城市，同時(shí)道路交叉口也是整個(gè)城市車輛與人流交匯的重要節(jié)點(diǎn)，由各個(gè)方位的車輛、各種的車輛組成了復(fù)雜的交通狀況，是道路擁堵的主要矛盾焦點(diǎn)，從而非常容易引起車禍與堵塞，也由此使得道路交叉口成為了城市中非?；靵y的交通部分，交通事故的多發(fā)、擁堵導(dǎo)致了道路網(wǎng)通過能力嚴(yán)重下降，而雜亂的道路交叉口也就此成為城市高效運(yùn)行的阻礙。

交叉口是城市交通中問題最多的部分，通過選擇正確的管理形式和正確的渠化設(shè)計(jì)措施，優(yōu)化現(xiàn)有問題，組織交通模式，可以充分利用路口的容量，合理利用路口的空間資源，保證車輛沿路的安全和高效運(yùn)行，減少路口的事故，改善整個(gè)城市路網(wǎng)的連接現(xiàn)狀。因此，設(shè)計(jì)和優(yōu)化城市道路是極為重要的。

2 城市道路交叉口渠化設(shè)計(jì)

2.1 渠化交通的方法

交通渠化的主要功能是確定各交通流對(duì)道路的空間使用權(quán)，從而提高交叉口的安全性，提高交通效率，減少事故頻率。一般有以下幾種方法：（1）通過在道路上設(shè)置車道標(biāo)線、隔離帶或綠化帶，將交通流分開并在交叉口內(nèi)隔離，這將減少?zèng)_突點(diǎn)的數(shù)量。（2）通過建立交通島來引導(dǎo)車輛交通，減少?zèng)_突區(qū)域，從而降低事故發(fā)生頻率。保證行車安全。（3）通過限制交通島進(jìn)入的車道寬度，車輛的速度得到限制，以降低因超車而導(dǎo)致發(fā)生事故的可能性。（4）布置交通島，分離混合交通流，保護(hù)轉(zhuǎn)彎和直行車輛。

2.2 交叉口信號(hào)控制

通過信號(hào)燈控制能夠?qū)⒔徊婵谠净ハ嗝艿幕旌辖煌骷皶r(shí)地分離出來，所以城市道路交叉口交通秩序管理中最為常見以及效果最好的手段之一就是信號(hào)燈控制。信號(hào)控制參數(shù)包括信號(hào)周期、信號(hào)相位和綠信比。在交叉口通行能力計(jì)算中，通常將這3個(gè)指標(biāo)作為綜合考慮的重要因素之一。其中，信號(hào)周期和信號(hào)相位都是影響路口通行效率關(guān)鍵的兩個(gè)要素。

3 案例分析—以連固線與云葉線交叉口為例

3.1 交叉口周邊區(qū)域概況調(diào)查

該交叉口南北有常莊村、央莊村等多個(gè)村莊，以及超市、商場(chǎng)和一些公司，東西方向的連固線是通往山西晉城的要道，運(yùn)送煤炭的大型車輛較多。交叉口附近較多村莊以及公司，在早晚高峰期都是上下班人員以及接送孩子上學(xué)的高齡人員，因此早晚的交通量較大，會(huì)出現(xiàn)早高峰與晚高峰現(xiàn)象的成間歇性擁堵，并且非機(jī)動(dòng)車在等待信號(hào)燈時(shí)會(huì)扎堆聚集，不按規(guī)定行駛，隨意掉頭、逆行等，影響交叉口處交通安全。

3.2 連固線與云葉線交叉口交通特性分析

當(dāng)交叉口處不同進(jìn)出口道的交通流匯聚于某點(diǎn)時(shí)，由此引起的沖突我們稱之為交通沖突，它包括分流沖突點(diǎn)、合流沖突點(diǎn)以及交叉沖突點(diǎn)3種沖突形式。其中以分流沖突點(diǎn)最容易引起駕駛員駕駛行為上的混亂，而合流沖突點(diǎn)會(huì)引發(fā)車輛行駛速度不協(xié)調(diào)等問題；而交叉沖突點(diǎn)則是在一定條件下造成交通擁堵的一種現(xiàn)象。這三類沖突均可導(dǎo)致交通事故，危及行車安全。

連固線與云葉線交叉口機(jī)動(dòng)車沖突示意圖如圖1所示：

（1）根據(jù)圖1對(duì)連固線與云葉線交叉口車輛沖突的分析能夠得出：交叉口存在兩處交叉沖突點(diǎn)都是因機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)而造成的，連固線的東進(jìn)道口、西進(jìn)道口都存在一處分流沖突點(diǎn)，東出口道以及西出口道都存在一處合流沖突點(diǎn)。云葉線的南北進(jìn)口道都有一處分流沖突點(diǎn)，兩處出口道與連固線進(jìn)口道車輛都存在合流沖突點(diǎn)。

（2）云葉線的左轉(zhuǎn)車輛進(jìn)入到連固線行駛時(shí)會(huì)與連固線進(jìn)道口的直行車輛發(fā)生沖突，停車次數(shù)會(huì)增加。

總之，在連固線與云葉線交叉口左轉(zhuǎn)彎會(huì)造成交叉沖突，進(jìn)道口處車輛會(huì)造成分流沖突，出道口處則會(huì)造成合流沖突，并且連固線的大型車輛較多，車輛的啟動(dòng)和停駛時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)該交叉口的交通量增大時(shí)，會(huì)很容易出現(xiàn)交通混亂，增大交通延誤時(shí)間，甚至出現(xiàn)交通事故。

3.3 連固線與云葉線交叉口存在的問題

通過對(duì)連固線與云葉線交叉口的實(shí)地調(diào)查，總結(jié)出目前連固線與云葉線交叉口的交通問題，具體分為以下幾點(diǎn)：

（1）云葉線進(jìn)口道的左轉(zhuǎn)車輛會(huì)與直行車輛沖突、連固線進(jìn)道口與通過人行橫道的行人發(fā)生沖突，延誤通行時(shí)間；

（2）交叉口處缺少停車讓行，減速慢行等標(biāo)志。缺少人行橫道標(biāo)志用來提醒行人，防止橫穿馬路而造成事故；

（3）連固線近道口處停車線與人行橫道距離過近，并且中重型車輛較多，制動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，如遇到突然加速?gòu)?qiáng)行通過交叉路口的行人時(shí)，司機(jī)來不及制停，容易造成交通事故；

（4）交叉口處照明燈桿距離過遠(yuǎn)，夜晚交叉口照明條件較差，行人通過人行橫道時(shí)安全性較差；

（5）云葉線北進(jìn)道口一處人行橫道信號(hào)燈損壞，妨礙行人通行；

（6）交通標(biāo)線模糊不清，交叉口處兩條人行橫道標(biāo)線磨損嚴(yán)重、模糊不清；

（7）對(duì)非機(jī)動(dòng)車輛的控制力度不夠，非機(jī)動(dòng)車交通意識(shí)薄弱，交通違規(guī)現(xiàn)象較多。經(jīng)常出現(xiàn)非機(jī)動(dòng)車輛駕駛者不戴頭盔、違規(guī)載人、并排行駛等現(xiàn)象。在高峰期內(nèi)，存在較大安全隱患。

4 連固線與云葉線交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 渠化設(shè)計(jì)方案

通過對(duì)交叉口進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以有效解決該交叉口的交通安全并提高其通行效率。連固線與云葉線交叉口目前采用的是信號(hào)控制方式，現(xiàn)將信號(hào)相位配時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)與渠化設(shè)計(jì)相結(jié)合，做出該交叉口的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案[8]。

對(duì)連固線與云葉線交叉口的渠化設(shè)計(jì)方案如圖2所示：

對(duì)連固線與云葉線交叉口做出了以下的渠化設(shè)計(jì)：

（1）道口處設(shè)置安全島，減少轉(zhuǎn)彎車輛與行人的沖突點(diǎn)，縮短行人通過人行橫道的時(shí)間，以確保行人的安全。

（2）將云葉線的進(jìn)道口分為左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)三車道，直行與右轉(zhuǎn)車道分別設(shè)置專用車道，以提高通行效率。

（3）提前停車線，以保證行人在經(jīng)過人行橫道時(shí)的安全。

（4）在各個(gè)進(jìn)道口方向設(shè)置右轉(zhuǎn)彎導(dǎo)流線，減少?zèng)_突點(diǎn)，縮短通行時(shí)間。

（5）在連固線東進(jìn)口處設(shè)置非機(jī)動(dòng)車道，通過綠化帶進(jìn)行隔離，為行人提供方便，提高通行效率。

另外，對(duì)破損的路口交通信號(hào)燈進(jìn)行維修，方便行人通過，保證行人安全通行。在交叉口處添加人行橫道標(biāo)志提醒行人安全通過交叉口，添加減速慢行標(biāo)志，提醒轉(zhuǎn)彎車輛禮讓行人。

4.2 信號(hào)控制優(yōu)化方案

連固線與云葉線交叉口信號(hào)相位配時(shí)優(yōu)化：東西直行綠燈時(shí)間50s黃燈3s為第一相位，東西左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)間20s黃燈3s為第二相位，南北直行綠燈時(shí)間20s黃燈時(shí)間3s為第三相位，南北左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)間15s黃燈3s，各方向右轉(zhuǎn)車輛一直通行。增加云葉線南北進(jìn)口道左轉(zhuǎn)相位，徹底消除云葉線南北進(jìn)道口處左轉(zhuǎn)車輛與直行車輛的交叉沖突點(diǎn)。將連固線東西直行綠燈時(shí)間由60s調(diào)整至50s，云葉線南北直行綠燈時(shí)間調(diào)整至20s，提高交叉口處車輛通行效率。

4.3 優(yōu)化方案評(píng)價(jià)——VISSIM仿真

通過VISSIM仿真軟件可以對(duì)道路當(dāng)前和優(yōu)化設(shè)計(jì)后的交通運(yùn)行情況進(jìn)行模擬，建立出不同的交通流量評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而評(píng)價(jià)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的效果。

本次對(duì)連固線與云葉線交叉口的現(xiàn)狀以及優(yōu)化設(shè)計(jì)方案分別進(jìn)行兩次仿真，取仿真評(píng)價(jià)結(jié)果的平均值，連固線與云葉線交叉口現(xiàn)狀與優(yōu)化設(shè)計(jì)方案仿真評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比如表1所示：

優(yōu)化方案評(píng)價(jià)結(jié)果較現(xiàn)狀交叉口評(píng)價(jià)結(jié)果，平均排隊(duì)長(zhǎng)度減少12.12m，交叉口的排隊(duì)延誤時(shí)間減少3.54s，車輛延誤時(shí)間減少1.46s，交叉口處通過的車輛及人數(shù)得到提高。

優(yōu)化設(shè)計(jì)方案實(shí)施成本較低，效果提升明顯，平均排隊(duì)延誤、排隊(duì)長(zhǎng)度與平均停車延誤均有所降低，對(duì)云葉線增加了左轉(zhuǎn)相位以后，徹底消除了云葉線進(jìn)口道直行車輛與左轉(zhuǎn)車輛的交叉沖突，大大提高了交叉口的安全性以及通行能力。設(shè)置安全島，為行人提供等待區(qū)域，提高了行人的通行安全性。設(shè)置云葉線右轉(zhuǎn)專用車道，減少了沖突點(diǎn)，交叉口的通行能力得到提高。

5 結(jié)語

隨著城市道路交通量快速增長(zhǎng)，道路交叉口通行能力已經(jīng)無法滿足快速增長(zhǎng)的交通量，對(duì)道路交叉口的優(yōu)化設(shè)計(jì)也成為了必要的選擇。

本文就連固線與云葉線交叉口現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，分析其交通特性，針對(duì)其交通問題設(shè)計(jì)出優(yōu)化方案，并用VISSIM仿真軟件進(jìn)行模擬仿真，驗(yàn)證了方案的可行性，為解決其他交叉口的交通問題提供了參考。文中主要以交叉口運(yùn)行效率為出發(fā)點(diǎn)設(shè)置的評(píng)價(jià)指標(biāo)，目前還存在一些局限性、片面性，還應(yīng)該從安全指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)等方面考慮。

項(xiàng)目來源：2022年校級(jí)課程教學(xué)資源庫(kù)《道路工程》HHJTXY–2022kczyk066。

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