長安路小寨交叉口仿真及改善分析

許超然，王新營

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

引言

當今社會，中國各大城市的大部分信號交叉口都有不同程度的交通擁堵和阻塞，信號交叉口的交通容量調查和改善都是基于“暢通項目”這一個主要的任務實施。加強我國各個城市的交通管理要求，積極展開城市平交路口的研究，同時，在計算機技術的發展中，線控系統和地面控制系統技術積極發展，實施于城市交通之中，能有效解決城市交叉口的“瓶頸”問題，在中國城市交通的研究方向比較成熟。

本文運用VISSIM仿真軟件，以西安小寨路口為例，模擬了仿真結果，模擬輸出參數和信號交叉的基本特征，分析了存在的問題。并對信號控制最佳的時機進行了詳細研究。

1 交通仿真技術的研究現狀

直到1960年左右，人們普遍認識到使用模擬技術研究交通流狀態的可行性和可行性，并開發了一些交通系統。第二階段是發展時期，出版了大量論文和專著，重點關注交通流模擬方法及其模型。 同時，開發了大規模交通系統仿真應用程序。 這些軟件基于宏觀交通仿真模型和微觀交通仿真模型分為兩類。 第三階段是成熟期，交通系統仿真技術發展迅速，在美國得到廣泛應用。

隨著計算機技術的快速發展，計算機輔助工具，利用其再現，連續性模擬交通，通過對交通容量和運行特性的研究。在通行能力調查方面，有使用模擬模型進行國內和海外能力調查的例子。例如，美國HCS（公路容量軟件）軟件系統等。中國東南大學的研究機構也對路段和交叉路口能力進行研究。目前，中國公路運輸局加強了適合中國的相關模擬軟件的研發，并正在努力按照國際標準靠攏。

2 小寨交叉口現狀分析

2.1 小寨交叉口簡介

西安小寨路口位于長安路，小寨東路與小寨西路交匯處，該叉口位于繁華的小寨十字商務區，周圍有許多商業設施，如軍事服務機構，小寨郵電局，西安國際貿易中心，好又多超市，百盛購物廣場。 而且，通過交叉路口的公交車數量非常大，交叉路口的交通狀況非常復雜。

由于小寨天橋的建設，交通流量與人流量有效分離，交通壓力有所緩解，但近年來汽車數量增加的飛快。 道路通行的必要性不能在有效的綠燈時間內完成，汽車聚集在道路的中心，導致交叉口的交通擁堵和混亂，交叉口的交通通行量大大減少。

小寨路口南北方向為雙向8車道，東西方向為雙向6車道，兩相位控制的使用是常規交叉口通用的控制方法，交叉口位置和交通問題是城市交通的典型問題。 可以通過對交叉口信號配時的分析，解決其問題。

2.2 小寨交叉口數據調研

在夏季工作日的早高峰時段（7:00-9:00）對小寨交叉口進行分方向、分流向交通流量調查，調查結果顯示道路上行駛的主要是小汽車和公交車。小寨交叉口的調查統計數據見表1。

表1 早高峰（7∶00-9∶00）小寨十字各進口道交通流量統計

現階段小寨交叉口采用固定周期時長配時方案，交叉口現狀信號配時方案為：周期 148s，全紅時間 0s，黃燈時間3s，右轉不限；第一相位（南北直行）綠燈時間 64s，紅燈時間 81s；第二相位（南北左轉）綠燈時間 21s，紅燈時間128s；第三相位（東西直行+左轉）綠燈時間54s，紅燈時間91s。

3 小寨交叉口現狀仿真分析

3.1 小寨交叉口現狀仿真

本文通過西安小寨路口仿真軟件模擬交通流量，如圖 1所示。為了使仿真結果準確可靠，有必要保證仿真輸入數據的準確性和可靠性。 在本文中，我們將使用實際調查數據作為模擬輸入數據。 仿真過程使用仿真軟件包的流量模塊和流量控制模塊來分析和輸出所需的結果，如交叉口的實際交通量，流量延遲，服務水平等。

首先創建路網，打開VISSIM，把在CAD中精確畫出的路網圖導入 VISSIM，根據實地調查得到的交叉口車道數、車道寬度等創建路段和連接器從而初步建立路網模型。接著，加載交通量。將實地調查統計的路段流量添加到路網中，建立路徑，按流量轉向比例對路徑流量進行分配。第三步設置各個路口干道方向的行程時間檢測區段以及排隊計數器。設置完成后點擊開始按鈕開始仿真，對設置不合理的及時發現并改正，最終得到較為準確的仿真結果。

使用VISSIM仿真軟件研究道路交通數據并模擬交叉口的幾何形狀、交通流量以及當前信號時序方案。模擬時間為0 - 3600秒，統計開始時間為300秒，結束為 3000秒，統計間隔為100秒。

圖1 優化前運行效果圖

從圖中可以直觀地看到南北方向也就是長安中路方向交通比較通暢，沒有嚴重的擁堵現象出現，而東西方向也就是小寨東路和西路在交叉口處比較擁堵，排隊長度較長，這個現象不僅能從運行圖上直觀地看到，也可以通過VISSIM中的數據統計功能看出其排隊長度及排隊次數、行程時間統計、延誤時間的情況。

根據現場調查的結果、對流量流向的分析比較，以及通過對交叉口的VISSIM仿真分析，發現小寨交叉口東西方向車輛排隊時間較長，直行車輛在一個信號周期內不能全部通過交叉口。對此提出兩種解決方案：一種是進行渠道優化，一種是優化信號配時。所謂渠道優化就是在東西方向也就是小寨路上拓寬一條直行車道，本文選取優化信號配時的方案。優化后的信號配時為：周期 149s，全紅時間 0s，黃燈時間3s，右轉不限其中第一相位（南北直行）顯示時間（69+3）s；第二相位（南北左轉）顯示時間（20+3）s；第三相位（東西直行）顯示時間（45+3）s；第四相位（東西左轉）顯示時間6s。

3.2 優化后交叉口仿真評價

優化后，運行VISSIM仿真軟件，其效果圖如圖2所示。從圖中可以直觀地看到東西方向也就是小寨東路和西路在交叉口處擁堵現象明顯減少，排隊長度也相應地減小，這個現象不僅能從運行圖上直觀地看到，也可以通過VISSIM中的數據統計功能看出，其排隊長度及排隊次數、行程時間統計圖、時間延誤的情況。

圖2 優化后運行效果圖

分別對比優化前后的排隊長度及排隊次數、行程時間統計圖、時間延誤的情況可以得出：平均隊列長度減小，隊列計數相應減少，向西的行進時間縮短，可以進一步改善信號定時優化，來提高交叉口的交通效率和性能。

4 結論

交叉口是城市交通的瓶頸，交叉口交通管制是解決城市交通問題的關鍵。交通運輸部門和有關專家注意到，僅靠交通設施的建設已不能滿足道路需求，逐漸轉向交通管理領域的研究。由于中國交通混行的這一大特點，許多外國人的成功經驗不能直接用于參考。中國的交通管理思路和方法尚不成熟，也不完善。因此，對信號交叉口交通控制的研究具有重要的現實意義。在此基礎上，本文總結了現有交叉口交通流的特點，更新了信號時序等控制策略，提高了信號交叉優化方法的性能，結合VISSIM仿真軟件和信號配時優化的方法，直觀，生動地反映了優化效果，可以為交叉信號的優化提供標準。