基于VISSIM的環形交叉口渠化及信號控制方案仿真研究

梁雪琴

【摘 要】環形交叉口一般情況下無須設置信號控制，但交通量較大時，繞環島行駛的機動車容易封鎖環道造成行車混亂和擁堵。為此本文以烏蘭察布市新華大街和建國三路相交的環形交叉口為例提出了提高其通行能力的渠化方案和信控方案，利用VISSIM仿真軟件對不同方案進行仿真評價，將通過車輛數、車輛延誤、V/C、排隊長度作為提高交叉口交通效率的優化指標，最終得到最佳改善方案，同時證實此次優化設計的可行性和合理性。

【關鍵詞】環形交叉口;通行能力;改善方案;VISSIM仿真建模

中圖分類號： U491 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）31-0015-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.31.007

【Abstract】In general，there is no need to set up signal control at the roundabout，but when the traffic volume is large，the vehicles running around the roundabout are easy to block the roundabout，causing traffic chaos and congestion.Wulanchabu city based on xinhua street and three way cross the intersection as an example of the founding of the people put forward to improve the traffic capacity of Banks and credit control，and changes in traffic flow from low to high，the intersection operation characteristics of different design schemes，finally using the VISSIM simulation software， will be sent to you by number of vehicles，vehicle delay，V/C，the optimizing index of queue length as improving the efficiency of intersection traffic，obtained the best improvement plan，and confirmed the feasibility and rationality of optimization design.

【Key words】Circular intersection;Capacity;Improvement scheme;VISSIM simulation modeling

0 引言

隨著城市交通復雜性的增加和智能交通的飛速發展，單一的無信號控制交叉口已經不能滿足人類活動對交通的需求。在城市道路中，交通擁堵、交通事故普遍發生于交叉口處。據高德《2018年度中國主要城市交通分析報告》稱，2018年有61%的城市通勤高峰處于緩行狀態，有13%的城市處于擁堵狀態，26%的城市不受通勤擁堵威脅，與2017年相比全國62%的城市擁堵同比下降，27%的城市基本持平，只有11%的城市擁堵呈現上升趨勢。近年交通擁堵的逐步緩解，與政府對交通治理的重視、智能交通新技術在城市中的運用等因素有關。為使城市“交通健康指數”高于健康水平線，處于健康狀態，道路網絡和交叉口的建設和改善刻不容緩。

在國外，Fouladvand M等人對遵循“環內優先”原則行駛的車輛進行了模擬，并用延誤指標評價環形交叉口與十字信號交叉口的優劣[1]。Tanyel S.在環島通行能力研究中運用到了間隙—接受模型，并認為這一模型計算通行能力效果顯著，但在具體應用時發現應該根據道路幾何條件的差異對模型進行調整運用[2]。Anderson、Martin把信號控制環形交叉口應用到了實際交叉口中，取得了較好的效果[3]。

在我國，楊佩昆教授在出版的《交通管理與控制》一書中提到將信號燈運用于環形交叉口的理念，同時探討了用科學、高效的交通管制措施來提高環形交叉口交通效益[4]。王煒、高海龍等研究員提出了基于環島通行能力的有序算法，此法綜合考慮了環島通行能力的影響因素，其計算簡單但有序度的精確標定不易實現[5]。

1 交叉口現狀與存在問題分析

東西方向的新華大街和南北方向的建國三路相交而成的環形交叉口，其相交道路均為次干道，無信號燈控制。進出口車道均為兩車道，新華街西起京銀線，東盡朝陽街，建國三路北接通達路，南接通州街。其中，新華大街和建國三路均未設置中央分隔帶。環島內過街行人較多，但未設置人行橫道，車輛禮讓行人則會造成系列擁堵。

該交叉口中心島半徑為44m，環道為三車道，未對車道功能進行劃分，環道總寬度為13.5m，w1=w2=w3=4.5m，交織長度為45m，一切車輛均按照逆時針方向繞中心島單向行駛。環形交叉口高峰流量數據情況見表1。

通過對環形交叉口的實際調查，發現其交通運行存在以下問題。

1）該交叉口出行車輛較多，尤其是通往建國三路東路方向的車輛居多，出入環道的車輛互不相讓發生嚴重沖突，造成混亂與擁堵。

2）環島半徑較大，車輛繞環行駛距離遠，對左轉車不利。

3）各個進口車輛通過該交叉口時存在一定的車輛延誤。

4）西進口的直行和左轉車輛排隊長度較長。

表1 新華大街和建國三路環形交叉口高峰期

交通數據（單位：pcu/h）

Table.1 Traffic data at intersection between Xinhua Tara and Jianguo third road

2 優化方案設計

由于新華大街和建國三路所處地理位置人、車流量較多，為了不長期影響城市交通的正常運行，考慮從渠化設計和信號配時兩方面對交叉口進行改善。

圖1 環形交叉口渠化設計

Fig.1 Channelized design of roundabout

2.1 渠化方案設計

交叉口設有三條環道，新華大街和建國三路進出口各設有兩條車道，分為直左和直右，根據交叉口面積和道路紅線寬度，進行了渠化改善。具體渠化方法如下：

1）縮小中心環島

中心環島半徑由44m縮小至40m。

2）拓寬環道

環道寬由4.5m均拓寬為5m。

3）拓寬進出口車道

將該環交各方向進出口道均拓寬為3車道，為兩直左一專用右轉，建國三路車道由原來的2.75m增加至3m，新華大街車道保持3m不變。

4）規劃非機動車道

解決機非混行，減少交通事故的發生。

渠化設計圖如圖1。

2.2 信號控制設計

單重信號控制一般為兩相位和四相位，由于四相位限定因素較多，適用于每個進口道流量較小情況下，各相位最大流量比之和小于0.9的環島，因此針對該環形交叉口單重信號控制采用兩相位。配時方法與設置如下：

1）信號周期的確定

最佳周期計算公式如下;

C■=■（1）

式中：C0—最佳信號周期，s;

Y—各相位最大飽和度yi之和;

Y=■max[y■，y■■]（2）

式中：i為相位數;

y=Q/S（3）

式中：Q為各進口道流量，pcu/h，S為進口道各車道飽和流率，pcu/h;

L—損失時間，s;

L=■（L■+I-A）（4）

式中：Li—起始的損失時間，一般為3s;

A—黃燈時長，s，使進入環道的車輛駛出交叉口，一般取3s。

I—綠燈間隔時間，s，其包括黃燈和紅燈時間，計算方法為相鄰相位停車線到沖突點的距離除運行速度加上機動車制動時間，即：

I=■+■（5）

式中：α為制動加速度，取4m/s2計算，ωi為中心島邊緣第一個環道寬度，v0為行駛速度。

新華大街和建國三路環形交叉口根據表1中數據和公式（2）和（3）可得到交通流量比見表2。

2）各相位綠燈時長

各相位綠燈時長是使車輛通過交叉口的時間，得各相位總的有效綠燈時長為：

G=C■-L（6）

根據各相位的最大流量，按比例分配后，得各相位的有效綠燈時長為：

G■=G■（7）

全紅時間為：

AR=I-A（8）

取啟動損失時間和清尾損失時間Ls=3s，黃燈時間A=3s，行駛速度V0=30km/h，環道寬度ωi=5m，中心島半徑40m，制動加速度α=4m/s2。根據式2.1、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8進行信號配時計算得：

綠燈間隔時間I=■+■=■+■=6（s）

周期時長C■=■=■=112（s）

總損失時間L=■（L■+I-A）=2×（3+6-3）=12（s）

有效綠燈時間G=C■-L=112-12=100（s）

東西相位有效綠燈g■=100×■=45（s）

南北相位有效綠燈g■=100×■=55（s）

東西相位顯示綠燈時間G■=g■-A+Ls=45+3-3=45（s）

南北相位顯示綠燈時間G■=g■-A+Ls=55-3+3=55（s）

根據以上的計算，將左轉車和直行車一同放行，得到環島兩相位配時方案如圖2。

經計算得到在環形交叉口各設立一組信號燈，東西方向綠燈時長為45s，黃燈3s，紅燈時長64s，南北方向綠燈時長55s，黃燈3s，紅燈54s。

3 仿真分析

通過設置節點評價，選擇通過車輛數、車輛延誤、排隊長度、V/C作為評價指標，以高峰時段流量作為各車道進口流量，對得到的數據進行分析，新華大街和建國三路相交的環形交叉口兩種通行能力改善方案仿真結果與公式計算結果如表3所示。仿真檢測和公式計算的通行能力存在一定的誤差，但顯然信控方案在通行能力、車均延誤、V/C等評價指標中最優。由于受到信號燈的控制，信控方案排隊長度較長，故考慮結合渠化方案和信控方案一起使用。環形交叉口在高峰流量下，選取信控方案，在平峰流量下，保證交通需求下為了減少車輛排隊長度，選用渠化方案。通過公式計算不同方案下的通行能力，其誤差為19.3%、11%和9.5%，在允許誤差內，故說明了方案的合理性和可行性。

4 結論

本文結合具體交叉口實例，在調查現狀高峰數據的基礎上，根據計算得到的配時方案，對不同流量和不同方案運用VISSIM仿真軟件創建仿真模型并進行評價指標的分析。最終得到了平峰時期使用渠化后的無信號控制環島，高峰時期采用渠化后的信號控制環島的合理結論。

表3 仿真數據對比表

Table.3 Simulation data comparison table

【參考文獻】

[1]Fouladvand M Ebrahim，Sadjadi Zeinab，Shaebani M Reza. Characteristics of vehicular traffic flow at a roundabout.[J]. Physical Review E（Statistical，Nonlinear，and Soft Matter Physics），2004，70（4 Pt 2）.

[2]Tanyel S，Baran T，Zuysal M. Determining the Capacity of Single-Lane Roundabouts in Izmir，Turkey[J].Journal of Transportation Engineering，2005，131（12）：953-956.

[3]Anderson I，Martin K W.Traffic flow improvements at Newbridge Roundabout[C]InternationalConference on Road Traffic Monitoring and Control.IET，1994：101-105.

[4]楊佩昆.交通管理與控制[M].人民交通出版社，1998.

[5]高海龍，王煒，劉秉軒，等.中國典型地區無信號交叉口臨界間隙調查[J].東南大學學報（自然科學版），2000，30（3）：100-103.