基于VISSIM仿真的环形交叉口优化研究
- 格式：docx
- 大小：1.10 MB
- 文档页数：10
基于VISSIM仿真的环形交叉口优化研究
江苏南京，210000
摘要：本文针对黄山市前元路环形交叉口现状日益突出的交通问题，提出三种具体的优化研究方案，并利用微观仿真软件VISSIM进行建模分析。最终对比各个方案的数据指标，按实际需求推荐较优方案。
关键词：环形交叉口；VISSIM交通仿真；交通工程；渠化改造
0引言
环形交叉口不同于普通交叉口的特点是常通过设置绿化中心岛来引导进入交叉口的车辆以同一方向绕岛行驶，这种平面交叉形式俗称转盘或环岛。相对于其他类型平面交叉口，优点其一是交通流线相对简单，只存在分、合流点和交织点，并无冲突点，较为安全，无需在交叉口内设置过多交安设施，有利于车流的连续性；二是在面对多路交叉或畸形交叉，环形交叉口不需信号灯管制，更适合应对此类纷繁情况；三是环形交叉口内部空间可设置绿化以美化城市或建设城市标志性景观。
环形交叉口引入中国后，各地进行大规模建设环岛，一些问题也日益突出。一是中心岛占地面积较大，通过车辆的行程距离有所增长，不利于车辆的快速通过；二是随着我国机动车保有量的逐步提升，城市交通流量剧增，许多环形交叉口无法承受大流量的冲击，车辆进出环岛变道困难，造成常态交通拥堵；三是环形交叉口对非机动车管控较弱，导致机动车和非机动车冲突较大，极易发生事故，影响交叉口通行效率。
本文以黄山市前元路环形交叉口为例，以减少交通冲突、提高通行效率为主要出发点，提出优化方案，运用VISSIM仿真软件对现状和方案进行仿真模拟及方案对比评价，确定出推荐方案。
1交叉口概况 1.1交叉口及周边环境
前元路环岛位于黄山市老城区，是由两条干路（前元南路、长干路）和一条支路（上塘路）相交形成的五路交叉口。周边有黄山市公安局、黄山市邮政局、中国人民银行等企事业单位以及大量居住区和部分沿街商业，行人和非机动车流量大，是黄山市老城区一个重要节点。交叉口中心岛直径约为35m，除前元南路（北段）为双向四车道，设有独立的非机动车道外；上塘路、长干路和前元路（南段）均为双向二车道，且机非混行，交叉口现状渠化见图1。
图1 交叉口现状渠化图
1.2现状交通量调查
根据现场人工计数，观测得交叉口各进口道早高峰时段（7：30-8：30）的交通流量，通过车辆折换系数将实测交通量换算成当量交通量，最终得到的现状高峰小时交通量如下表1。
表1 各进口道高峰小时流量表
道路名称
交通量 前元南路（北） 前元南路（南） 长干
中长干
东上塘路 交叉口总量 路 路
机动车交通量
（pcu/h） 进口道 614 342 292 544 108
1901 出口道 438 686 406 186 184
断面 1052 1028 698 730 292
非机动车交通量（辆/h） 进口道 896 416 1516 1144 272
4244 出口道 580 1016 1488 864 296
断面 1476 1432 3004 2008 568
1.3现状问题分析
早高峰时段，交叉口交通拥堵问题较为严重，经调查分析，其拥堵主要原因归纳为以下几点：
1）环岛内路权划分不明确，导致机非混行现象突出，交通秩序混乱，成为事故多发区，存在极大的安全隐患；
2）公交线路繁多，且多数公交车辆需左转，在环岛内将近绕行一周，增大了环形交叉口的饱和度； 3）周边片区停车资源缺乏，长干东路、长干中路、上塘路两侧均设置有路内停车位，挤占了非机动车和机动车的部分行车空间，导致道路资源紧缺；
4）道路断面分配不合理，缺少人行道和非机动车道，周边建筑与车行道距离过近，车辆行驶时空间逼仄，视线不够通透，导致车速较慢，影响环岛的通行效率。
（a）机非混行严重 （b）公交线路繁多
（c）停车资源紧缺 （d）断面分配不合理
图2 前园路环形交叉口现状问题
2优化方案
从提升交叉口通行能力，缓解交通拥堵，加强交通安全等方面考虑，对于此环形交叉口的改造，提出以下3种优化方案。
2.1保留环岛，单重信控
1）保留现有的环岛组织形式，增设4组信号灯，采用单进口轮流放行的形式，对进口道进行对放控制；2）通过取消路内停车位、压缩人行道和机动车道，渠化出足够的非机动车道；3）简化交通组织流线，上塘路由双向两车道调整为由北向南单向行驶，与罗汉路形成单向微循环；在各进口道和人行横道处增设信号灯，对交通秩序进行管控；4）增设交通设施，通过设置交通标志标牌、机非隔离护栏等，引导驾驶员和行人有序通行。
图3 交叉口优化方案一
优点：适用于交通量较大、双环道或多环道的环形交叉口；通行能力有所提高，可减少同时进入环岛的车辆数，环道内车辆交织现象减弱，车辆冲突也有所减少，无效停车次数下降，提高交叉口通行效率；工程改造量小，造价较低。
缺点：红灯时期车辆排队长度较长；非机动车行驶路径和等待过街红灯时间过长，极易进入机动车道，产生较大的安全隐患。
2.2保留环岛，多重信控
方案二在方案一的基础上对信号控制方式进行优化，采用多进口道放行协同环岛控制的方式进行信号控制设置。在进口道和环岛内，共设置8组信号灯，二次停车多相位控制。
图4 交叉口优化方案二 优点：适用于交通量大、多环道的环形交叉口；可减少同时进入环岛的车辆数，降低环道内车辆交织点，提高通行效率；红灯时期车辆平均排队长度较短；工程改造量较小，造价不高。
缺点：通行能力提高的效果不显著，进口道等待红灯时间较长，车辆排队长度过长，延误较大；中心岛直径不够大，环道交织段过短，不适于环岛内左转车辆二次停车排队；非机动车行驶路径和等待过街红灯时间过长，极易进入机动车道，产生较大的安全隐患。
2.2拆除环岛，十字信控
1）在方案一道路渠化段断面调整的基础上，拆除环岛，将现有的环形交叉口改造为五路交叉口；2）减小道路的转弯半径，在前元南路与长干东路之间以及上塘广场北部端头增设安全岛；3）将行车道停止线提前，缩短行人过街距离。
图5 交叉口优化方案三
优点：改为平面交叉口后，车辆无需绕行环岛，行程距离有所减少；通行能力显著提升，减少无效停车次数；适用于非机动车流量大的交叉口，非机动车左转直行同时放行，延误降低，通行效率得到极大的提升；转弯处设置的交通岛一定程度上规范了非机动车的行驶路径，减少非机动车和机动车的交通冲突。
缺点：需拆除环岛进行工程改造，费用较高；在红灯期间可能会发生排队溢出，需要精细的交通信号配时设计。
3仿真实验 依据现场调查数据，对以上前元路环岛的三个优化方案分别进行交通仿真建模。本次仿真采用的是德国PTV公司开发的微观交通流仿真软件VISSIM，为使仿真实验更具有高可信度，我们在路网上设置减速区域、冲突区域并定义优先规则，同时加入行人和非机动车仿真模块，尽可能还原实际情况。仿真模型运行图见图6-图8。
图6 方案一仿真模型运行图
图7 方案二仿真模型运行图
图8 方案三仿真模型运行图 通过软件内的排队计数器、数据采集点等功能得到各进口道平均最大排队长度、车均延误、车辆行程时间等微观仿真数据，并进行整理和分析。本次仿真时长设置为3600秒，为避免仿真初始时数据的加载干扰结果，我们的观测数据剔除初始时段，并分为多个时间间隔，最终得到具体数据如下表所示。
表2 前园路交叉口总体运行效果对比
方案一 方案二 方案三
平均行程车速（v/s） 16.29 16.45 19.72
平均停车次数（次） 14.33 22.25 8.25
平均延误时间（s） 14.68 10.76 16.92
平均排队长度（m） 35.98 13.63 20.86
最大排队长度（m） 79.63 39.57 102.9
车辆行程时间（s） 126 133 65
实验结果表明：方案一的指标较为均衡，工程量较小，但提升效果一般；方案二的延误时间、排队长度等指标明显低于其他方案，但车辆在环岛内受二次停车的影响，导致停车次数和行程时间偏长，不利于交叉口交通量的快速集散；方案三的停车次数、行程速度和行程时间优于其他方案，总的来说提升更为显著，但该方案工程改造量较大，费用较高。综合考虑优化效果和工程改造成本，建议短期内可采用方案一进行低成本优化试验，远期再结合市政管线更新等内容选择方案三对交叉口进行优化。
4结论
本文运用VISSIM微观交通仿真软件，以黄山市前元路环形交叉口为研究对象，共提出了三种不同的优化方案，并通过软件的评价功能得到各方案的评价指标。最终通过对评价结果的对比分析，确定了结合实际的近远期优化改造方案。
参考文献：
[1]成卫,张燚,雷建明.混合交通流条件下城市环形交叉口通行能力研究[J].公路交通科技,2018,35(09):92-100.
[2]周丹.无信号控制环形交叉口通行能力改善方案研究[J].上海公路,2017,No.145(03):82-84+5.
[3]梁雪琴.基于VISSIM的环形交叉口渠化及信号控制方案仿真研究[J].科技视界,2019,No.289(31):15-17+64.
[4]杨建国.基于VISSIM的无信号环形交叉口与有信号十字交叉口通行延误情况对比[J].山西交通科技,2021,No.268(01):99-102.
[5]王波,周侃,蔡明.基于VISSIM仿真的环形交叉口改善研究[J].交通工程,2019,19(02):50-55.
[6]段宇洲,柴婷婷,简洁.环形交叉口内部运行时间可靠度研究[J].系统仿真学报,2019,31(03):438-447.
[7]谢睿,张小洁.环形交叉口协同环岛信号控制方法研究[J].中国水运(下半月),2019,19(06):63-64+109. [8]马庚华,何瑞,郑长江等.考虑行人过街因素的环形交叉口配时优化方法研究[J].华东交通大学学报,2019,36(01):59-65.
