基于仿真的城市交叉口直行待行區(qū)的研究與優(yōu)化設計

侯露露

基于仿真的城市交叉口直行待行區(qū)的研究與優(yōu)化設計

侯露露

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

交叉口利用率不高的現象普遍存在，而目前解決交叉口擁堵所采取的措施造成信號周期時長過長、油耗增加等問題。本研究結合調查資料以及實地測算，通過研究直行待行區(qū)對信號交叉口增加的通行能力的計算，并通過vissim仿真軟件模擬計算為待行區(qū)的應用提供理論支撐。針對銀川市適用交叉口，通過設置待行區(qū)、渠化交叉口等方案，最終使之能夠有效地提高交叉口的通行能力。

直行待行區(qū)；通行能力；vissim仿真；延誤；排隊

前言

交叉口不同于基本路段，在基本路段車輛沿著一個流向行駛受到的干擾較小，尤其具有分隔帶的基本路段受到側向干擾就更小[1]，而交叉口類似于樞紐中心，特別對于平面交叉口，機動車，非機動車及行人交通的分流合流及交叉，使得該處的交通狀況尤其復雜。因此，如何利用高效的交通組織和交通控制方法來解決交通擁堵是有待解決的問題。本文將系統(tǒng)的分析和計算平面交叉口通行能力，并根據實測數據通過VISSIM仿真及優(yōu)化設計以緩解城市交通擁堵。

1 直行待行區(qū)

1.1 直行待行區(qū)的設置理念[2]

（1）盡可能減少工程量，縮短建設周期；

（2）以最少的投資獲取最大效益；

（3）做到時間與空間上的互補；

（4）盡可能減少對城市交通的影響。

1.2 直行待行區(qū)的設置條件

雖然直行待行區(qū)能夠提高交叉口通行能力、降低機動車延誤，但并不是所有的交叉口都適合設置直行待行區(qū)[3]。平面十字交叉口直行待行區(qū)的設置條件如下：

（1）必須為信號控制交叉口，且在無禁令措施條件下的信號配時至少為四相位；

（2）相交道路等級盡量是干路及以上，以保證進口道有足夠的車道數；

（3）交叉口渠化情況要好，且必須設有左轉專用車道；

（4）設置直行待行區(qū)的進口道直行車輛要達到一定的數量[4]。

2 交叉口設計通行能力的計算

（1）一條直行或右轉或左轉專用車道的設計通行能力計算公式

式中：Cs、Cr、Cl為一條直行或右轉或左轉專用車道的設計通行能力，pcu/h；T為信號燈周期，s；tg為信號每周期內的該車道綠燈時間，s；to為綠燈亮后第一輛車啟動、通過停車線的時間，s；ti為前后兩車連續(xù)通過停車線的平均車頭時距，s/puch；為折減系數，可用0.8[5]。

（2）直右車道設計通行能力計算公式

式中：Csr為一條直右車道的設計通行能力，pcu/h。

（3）直左車道設計通行能力計算公式

式中：Csl為一條直左車道的設計通行能力，pcu/h；β'為一條直左車道中左轉車所占比例。

（4）直左右車道設計通行能力計算公式

式中：Cslr為一條直左右車道的設計通行能力，pcu/h[6]。

3 交叉口交通現狀分析

3.1 交叉口現狀

親水大街與黃河路交叉口位于銀川市金鳳區(qū)，路口西側，南側各施劃了相應的直行待行區(qū)和左轉待行區(qū)。黃河路是一條東西方向的城市快速路，西進口架著親水橋，東西車道中間有BRT車道，東臨寧大南校區(qū)，六盤山高級中學和居民區(qū)，親水大街是一條常規(guī)公交線路，兩條道路為十字交叉。

3.2 交通量的調查

通過對親水街和黃河路口交叉口的分析，主要對其通行能力、行車延誤、信號周期和高峰期的交通需求進行分析，從整體上看，該交叉口的信號配時較為合理，是一個典型的平面信號十字交叉路口。

圖1 親水大街與黃河路交叉口衛(wèi)星圖

3.3 道路幾何條件的調查

該路口為“十”字形交叉口，對于南北道路，其兩道路的寬度相等，共3110厘米，南進口有四個直行道，2個左轉車道，1個直右車道；北進口有4個直行道，2個左轉車道，1個直右車道。且南進口設有一個直行待行區(qū)和一個左轉待行區(qū)，對于東西走向，東進口有3個直行道和一個BRT車道，以及一個左轉車道和一個右轉車道，而西進口有一直行道和2個左轉道和一直右車道。綠化帶寬度為488厘米，非機動單車道寬度為400厘米。

3.4 早中晚高峰期各進口設計通行能力的計算結果

經公式計算，早中晚高峰期各進口設計通行能力計算結果如下：

（1）早高峰期

Ce：1039pcu/h Cw：560pcu/h

Cs：1731pcu/h Cn：1476pcu/h

（2）午高峰期

Ce：1391pcu/h Cw：788pcu/h

Cs：544pcu/h Cn：1006pcu/h

（3）晚高峰期

Ce：792pcu/h Cw：761pcu/h

Cs：1131pcu/h Cn：1105pcu/h

4 Vissim模擬仿真

4.1 vissim仿真步驟

（1）構建道路圖2所示；

圖2 構建道路

（2）輸入進口車流量及分流如圖3、4所示；

圖3 輸入進口車流量及分流

圖4 輸入進口車流量及其分流

（3）路徑決策圖5、信號控制如圖6所示；

圖5 輸入路徑決策

圖6 信號控制圖

（4）停車線如圖7所示。

圖7 信號控制燈組

4.2 Vissim仿真結果

圖8 早高峰期排隊長度

圖9 午高峰期排隊長度

圖10 晚高峰期排隊長度

圖11 早高峰期延誤數據

圖12 午高峰期延誤數據

圖13 晚高峰期延誤數據

5 優(yōu)化措施研究及設計

經過對通行能力，延誤及排隊長度進行比較，得出三種方案。

5.1 信號配時優(yōu)化方案一

西東直行時間略長，致使東西左轉有一個延誤；南進口直行結束后，東西直行有一個延誤，西東直行正常；西東左轉和東西左轉時間略長，對其略微改動。

圖14 優(yōu)化配時相位圖

具體改動為：東西左轉由19s改為17s，西東直行由46s改為42s，西東左轉由35s改為32s。并對其仿真運行結果如下：

圖15 優(yōu)化方案一排隊長度

圖16 優(yōu)化方案一延誤數據

5.2 道路渠化優(yōu)化方案二

西進口排隊長度較其他進口都略長，延誤時間都較接近平均值，通過路口渠化的概念及設置條件利用交叉口的空閑區(qū)域來組織進行直行待行交通，具體渠化圖如下：

圖17 道路渠化設計圖

仿真結果如下：

圖18 排隊長度分析表

圖19 延誤分析數據

5.3 綜合信號配時與路口渠化優(yōu)化方案三

綜合信號配時方案一與道路渠化方案二得出優(yōu)化方案三，信號配時圖見方案一，道路渠化圖見方案二，通過VISSIM仿真得出以下數據：

圖20 排隊長度分析數據

圖21 延誤分析數據

6 結論

本文通過對親水大街與黃河路口交叉口交通流以及道路物理結構的研究和分析，設計得出三種方案仿真模擬，通過對比三種方案的延誤數據與排隊長度的分析得出：第三種優(yōu)化方案也就是信號配時加上道路渠化為最優(yōu)方案，建議采納。

[1] 李立源,曹大鑄.道路交通流最優(yōu)預測與交叉口最優(yōu)控制[J].控制理論與應用.1993,10(1);67-72.

[2] 楊佩昆,吳兵.交通控制與管理[M].北京:人民交通出版社,2004,52, 87-104.

[3] 戴冀峰,馬健霄等.交通工程概論[M].北京:人民交通出版社,2006, 35-40,235-240.

[4] 楊浩.鐵路運輸組織學[M].中國鐵道出版社,2011.

[5] 尚德申,王山川,王文紅.信號交叉口直行待行區(qū)的設置研究[J].中外公路, 2010, 30(001):29-31.

[6] 蔡磊.城市平面交叉路口交通信號優(yōu)化控制[D].長春:大連理工大學碩士論文.2008.12: 1-20.

Research and optimal design of straight awaiting traveling area at urbanintersection based on simulation

Hou Lulu

（School of Automobile, Chang’ an University, Shaanxi Xi’an 710064）

The phenomenon of low utilization rate at intersections is common, and the measures currently taken to solve congestion at intersections cause problems such as long signal cycles and increased fuel consumption. The research combines the survey and field calculations, through the calculation of the increase of the capacity of the signal intersection at the straight waiting area, and the vissim simulation software simulation calculation provides theoretical support for the application of the waiting area. For applicable intersections in Yinchuan, by setting up waiting areas, canalized intersections, they can effectively improve the capacity of intersections.

Straight-through area; Capacity; Vissim simulation; Delay; Queuing

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1671-7988(2020)24-25-05

U461.99

A

1671-7988(2020)24-25-05

侯露露，女，碩士研究生，就讀于長安大學汽車學院交通運輸工程系。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.009

CLC NO.:U461.99