基于高速公路基本路段通行能力分析的VISSIM模型優化

王 君

(中交第四公路工程局有限公司西安工程設計分公司,陜西 西安 710065)

1 通行能力計算方法

計算通行能力時，理想條件有兩方面，首先就是道路條件，主要包括了以下參數，雙向四車道，理想的設計速度具體為120 km/h，道路理想的寬度具體為3.75 m，硬路肩理想情況下設定為3.5 m的寬度，左側路緣帶理想情況下設定為0.75 m的寬度，中央分隔帶理想情況下設定為3 m的寬度。其次就是交通條件，車輛全部都是小客車，相應的駕駛員全部都是職業的。不過上述道路、交通條件在現實中難以達到，很多因素均會影響到通行能力，如設計速度等，只要某一部分因素出現了改變，這在一定程度上也就改變了速度—流率—密度關系。通行能力分析始于設計速度，后續基于規劃等因素來調整設計速度，最終計算獲得現實通行能力值。依托于交通流率來針對性的調整觀測交通流率，最終所獲得的結果就是高峰小時流率。綜合上述兩項指標來展開規劃、設計。基于(1)來調整設計速度。

VR=V0+ΔVW+ΔVN

(1)

其中，VR—實際道路條件下的設計速度，km/h；V0—理想條件下的設計速度，km/h；ΔVW—車道寬度和路側凈空對設計速度的修正值，km/h；ΔVN—車道數對設計速度的修正值，km/h。

2 仿真建模

2.1 微觀仿真軟件介紹

VISSIM是基于時間間隔和駕駛行為的微觀建模工具。VISSIM既可以在線生成可視化的交通運行狀況，也可以離線輸出各種統計數據，如排隊長度、交通量、車頭時距和行程時間等。本文在確定已知條件的基礎上，設計仿真實驗，并構建仿真環境，進行車輛的數字和動態仿真，最后對統計結果，即通行能力進行分析。

2.2 VISSIM中通行能力測定方法

美國德克薩斯州交通運輸協會研究分析了高速公路所具備的通行能力，其取值為擁擠狀態中作業區小時流量。該法精度較高，非常容易操作，后續得到廣泛應用。本文通行能力值也采用了該值。先對模擬路段進行考察，打開VISSIM，根據實際需求完成模型的構建，在作業區后部設置檢測點，作業區所擁有通行能力值在此次研究中選擇了擁擠狀態中該檢測點的檢測數據。根據實際需要來設置各參數，保證2 000個標準小汽車的小時流量，此為基礎值，對這些因素進行全方位的考察，探究其如何影響通行能力。而后續所需要做的就是擴展雙向4車道模型，這樣也就形成了雙向6車道、雙向8車道模型，探究其間所存在的關聯性。

3 仿真案例及結果分析

參照《公路通行能力手冊》，影響通行能力的因素非常多，在VISSIM中不能對側向凈空的影響進行模擬，因而主要分析車道數量、車道寬度、設計速度、交通組成的影響。在VISSIM中，對上述因素進行設置，其它對照參數的實驗條件均為理想條件。將試驗得到的通行能力值與《公路通行能力手冊》中的經驗實測值對比。

3.1 車道寬度的影響

在車道寬度方面若設計低于3.75 m的數值，相比于理想條件，車輛行駛時將會有著相對更小的橫向間距。駕駛員在這種情況下需要做的就是讓行駛間距進一步增大，亦或是讓行駛速度降低一些，這樣就可以使得行駛變得更加安全一些，整體來看，該路段有著相對更低的通行能力。

基本參數設置：路段長度為0.5 km，路段類型為高速公路。交通量輸入2 200 pcu/h/ln，交通組成為小汽車，司機是職業駕駛員，期望車速為120 km/h。在實際中，最小車道寬度為3 m，此處為說明極限情況，設置車道寬度的范圍是0.5～4 m，以0.5 m為等差間隔。從圖1中可以看到，車道寬度對通行能力沒有影響，因而在VISSIM中，車道只是一個圖形上的表示。

圖1 車道寬度對通行能力的影響

3.2 車道數量的影響

在單向2車道的基礎之上，將其轉變為3車道或4車道，盡管在一定程度上會改變通行能力，不過與車道數增加倍數并不匹配。出現這種情況的原因如下，盡管有了相對更多的車道，不過每個車道所分布的交通量也就與以往不同，有些情況下道路十分的擁擠，在這種情況下，交通量也無法實現均勻的分布。若擴展了一條車道，此時不能理解為也就增加了一倍的通行能力，具體就是2 200輛小客車/h/ln，可以理解為在車道擴增后，每車道將有著相對更低的通行能力。

基本參數設置：路段長度為0.5 km，路段類型為高速公路，車道寬度為3.75 m。交通量輸入2 200 pcu/h/ln，交通組成為小汽車，司機是職業駕駛員，期望車速為120 km/h。高速公路一般很少有雙向兩車道，為了說明極限情況，添加了雙向兩車道。圖2為車道數量對通行能力的影響，可以得到如下的結果：(1)隨著車道數量的增加，通行能力增大，這一趨勢與《公路通行能力手冊》正好相反，考慮可能是VISSIM在建模的過程中，沒有考慮車道寬度對通行能力的影響，因而在做改擴建高速公路仿真模擬的過程中，需謹慎選擇仿真軟件；(2)期望速度為120 km/h的時候通行能力大于80 km/h時的通行能力，且80 km/h的期望速度所對應的通行能力值更接近于《公路通行能力手冊》，可以看出，在VISSIM中，車輛會嚴格按照期望速度的設置行駛，不會因為流量大的原因自動調整，這是VISSIM的一個缺點，因而在VISSIM的仿真模擬中，需要根據實際調查的交通流狀況輸入期望速度，這點對通行能力的影響很大。

圖2 車道數量對通行能力的影響

3.3 設計速度的影響

設計速度未達到理想條件，即低于120 km/h，這在一定程度上也就改變了高速公路所擁有的運行條件。若交通量條件是固定的，車速此時將會有著相對更低的觀測值，即要比120 km/h更低，導致速度—流量—密度關系曲線改變，在一定程度上也就改變了道路的通行能力值。

基本參數設置：路段長度為0.5 km，路段類型為高速公路，車道寬度為3.75 m。交通量輸入2 200 pcu/h/ln，交通組成為小汽車，司機是職業駕駛員。圖3為設計速度對通行能力的影響，可以得到以下幾點結論；(1)隨著設計速度的增加，通行能力增大，這一趨勢與《公路通行能力手冊》一致；(2)對比可以發現，實驗得到的值比《公路通行能力手冊》的經驗實測值要大，這也是由于VISSIM中的車輛嚴格按照期望車速行駛的原因，導致車輛按照期望速度的設置行駛，而非以行駛速度行駛。

圖3 設計速度對通行能力的影響

3.4 交通組成的影響

中型車、大型車和拖掛車與小客車是不同的，最顯著的差異體現在外形尺寸上，其次就是在車輛行駛性能上有著極大的差距：(a)相比于小客車，中型車、大型車和拖掛車的體積更大一些，軸距更長，其在道路行駛狀態中需要占據相對更大的空間。(b)中型車、大型車和拖掛車有著非常大的重量，因此其行駛中加速、減速都需要耗費更長的時間，同時與小客車相比也有著相對更低的保持速度的能力。在交通流中，型車、大型車和拖掛車所占據的動態空間也就相對更大一些。

基本參數設置：路段長度為0.5 km，路段類型為高速公路，車道寬度為3.75 m。交通量輸入2 200 pcu/h/ln，交通組成為小汽車(car)和貨車(HGV)，司機是職業駕駛員，小汽車期望速度為120 km/h，貨車期望速度為80 km/h。圖4為大車比例對通行能力的影響，可以得到以下幾點結論；(1)隨著大車比例的增加，通行能力減小，這一趨勢與《公路通行能力手冊》一致；(2)對比可以發現，實驗得到的值比《公路通行能力手冊》的經驗實測

值要大，這點分析與設計速度的分析相同。考慮是模型建立的不夠精準，大車受交通量的影響較大，因而在以后的應用中需要考慮通行能力的折減。

圖4 大車比例對通行能力的影響

4 結 論

本文通過對通行能力影響因素的定性分析，以及在VISSIM中建立模型，通過上面一系列研究，得到了如下結論。(1)隨著大車率的增加、設計速度的降低，通行能力都是降低的趨勢，其規律符合《公路通行能力手冊》的要求，但是值都比手冊中的值大。在仿真的過程中，期望車速的輸入一般參照實際調查的數據，并對其進行參數校正后，方可模擬。(2)隨著車道數量的增加，通行能力呈現與《公路通行能力手冊》相反的趨勢。因而在做改擴建高速公路路段通行能力的仿真模擬的時候，應當謹慎使用VISSIM。(3)在VISSIM中，車道寬度對通行能力沒有影響，因而在VISSIM中，車道只是一個圖形上的表示。