烏魯木齊重點交叉口優化與仿真研究

常利明 程志華

摘 要：針對烏魯木齊重點交叉口不同擁堵起因與擁堵類型，提出熱點片區交通改善策略和重要通道交通改善策略，并主要以重點交叉口新華北路與光明路交叉口為例，實施交通組織優化，并利用VISSIM進行仿真。仿真結果表明，優化后交叉口運行狀況得到明顯改善，可為烏魯木齊重點交叉口交通組織優化提供參考。

關鍵詞：交叉口;交通組織;VISSIM;交通仿真

中圖分類號：U491文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）08-0082-04

Optimization and Simulation Research on Key Intersectionsin Urumqi

CHANG Liming1 CHENG Zhihua2

（1.College of Transportation and Logistics Engineering， Xinjiang Agricultural University，Urumqi Xinjiang 830052;2.Urumqi Urban Comprehensive Transportation Project Research Center，Urumqi Xinjiang 830000）

Abstract： Aiming at the different causes and types of congestion at key intersections in Urumqi， this paper proposes traffic improvement strategies for hot spots and important passages， and mainly takes the intersection of Xinhua North Road and Guangming Road at key intersections as an example， implements traffic organization optimization and uses VISSIM simulation. The simulation results show that the operation status of the intersection has been significantly improved after optimization， which can provide a reference for the optimization of traffic organization at key intersections in Urumqi.

Keywords： intersection;traffic organization;VISSIM;traffic simulation

近年來，烏魯木齊市道路建設幅度逐漸減小，城市機動車保有量仍以每年超過10%的增長率持續增加，導致有限的城市道路資源與機動車出行之間的供需矛盾突出，早晚高峰常發性擁堵日益明顯。頻繁的交通擁堵會使道路容量和通行效率降低，這也是導致城市環境污染和交通事故的間接因素[1]。城市交叉口作為城市道路網絡的關鍵組成部分，起到銜接路段和疏導交通流的重要作用，其交通組織的優劣直接影響城市路網的服務水平和運行效率[2]。因此，對交叉口實施合理的交通組織，保證交叉口順利運行，對城市道路交通運行效率的提升有著重要作用。

1 研究范圍選取及交叉口分析

本文以烏魯木齊市外環以內為主要研究區域，以天山區、沙依巴克區、新市區及水磨溝區為主要研究對象。根據烏魯木齊市擁堵狀況的不同以及城市片區功能的種類，綜合各類功能用地交通特性，并結合交通運行現狀共劃分出6個重點研究區域，分別是友好路商圈區域、中山路商圈區域、黑龍江路、長江路、錢塘江路區域、新醫路、西北路、克拉瑪依東街區域、昆侖路、南湖北路、南湖西路區域以及南湖西路、南湖南路、西虹路、河灘快速路區域。

通過分析重點研究區域，以路口繁忙度及擁堵度為依據選取105個重點交叉口，其中十字形交叉口60個，T型交叉口28個，異型交叉口17個。早晚高峰期間常發擁堵交叉口均為重點交叉口，其中早高峰常發擁堵交叉口20個，晚高峰常發擁堵交叉口33個。這些交叉口擁堵形成原因較為復雜，有擁堵點范圍擴散造成的擁堵，有區域超強度開發引起的擁堵，還有路網分布組織不合理造成的擁堵等。擁堵形式也不盡相同，有關鍵單點擁堵、干線擁堵以及區域范圍擁堵等形式。針對不同擁堵類型，本文提出不同交通改善策略，通過實施針對性的解決方案，以緩解交通擁堵現象。

2 城市交叉口改善策略

2.1 熱點片區交通改善策略

熱點片區是指交通擁堵的片區，由地理空間相連的若干個擁堵路口形成。通過分析烏魯木齊市中心城區105個重點交叉口，按照交通擁堵的成因和影響區域可將熱點片區分為關鍵點飽和型、干線近飽和型以及擁堵區域飽和型3種類型[3]。關鍵點飽和型熱點片區是在點擁堵的基礎上形成的，其優化關鍵在于緩解點擁堵問題;干線近飽和型熱點片區是在線擁堵的基礎上形成的，其優化關鍵在于緩解干線交叉口的擁堵問題;擁堵區域飽和型熱點片區是在面擁堵的基礎上形成的，當路網出現局部區域飽和型熱點片區時，應針對邊界交叉口的不同交通流實施不同的控制方式。

根據交通流流向的起訖點與熱點片區的位置關系，可以將交通流分成從熱點片區外部到熱點片區內部的交通流、從熱點片區內部到熱點片區外部的交通流以及從熱點片區內部到熱點片區內部的交通流3類。針對上述3類交通流，主要運用的改善策略包括關鍵點通行最優、重點通道主流向通行最優以及熱點區域邊界交通慢進快出3種措施。

關鍵單點通行最優針對交叉口飽和度大和擁堵明顯的重要節點，綜合采取可變車道、進出車道展寬渠化、待行區、安全島及路線進行精細化設計，提升路口通行能力。重點通道主流向通行最優針對極易產生交通擁堵的瓶頸路段，綜合采取潮汐車道、單向交通、公交專用車道以及出入口控制等設計方案，緩解早晚高峰主干路和重要路段的交通擁堵[4-5]。熱點區域邊界交通慢進快出包括區域外部邊界暢流控制和區域外部邊界截流控制等措施。其中，暢流策略是通過選取適當的流向，加大交通卸載速度，進而緩解熱點片區滯留排隊情況的交通控制策略，可采取小步微調或綠波協調的方式。截流策略是通過選取適當的截流點，以截斷駛入熱點片區交通流的方法，從而緩解熱點片區交通擁堵的交通控制策略，可采取小步微調或紅波協調的方式。

2.2 重要通道交通改善策略

根據熱點片區交通需求和交通特征等情況，可對重要通道實施整體交通改善策略。重要通道交通改善可細分為路段整體改善和交叉口改善方案。

路段整體改善方案可根據路段通行條件、交通運行特征及交通設備確定路段協調控制方式，根據周期大小和承擔交通功能優化關鍵交叉口，根據協調方向路段和交叉口進口道車流行駛特征以及行人、自行車過街的需求等因素，調整優化信號相位差。

交叉口改善方案可根據交通流量變化情況，分別對早晚高峰和平峰時段采取不同信號配時方案，必要時增加平峰到高峰的過渡方案、中午高峰方案等[6]。根據單個交叉口通行條件、進口道渠化以及交通流特征等優化相位數和相位結構。考慮延誤、通行能力、停車次數、飽和度、干線協調以及排隊長度等因素優化周期時長、綠信比、信號總損失時間、最小綠燈時間及最大紅燈時間等參數。同時在交叉口用交通標志標線或高出路面的各種島狀構造物、護欄及其他設施和方法，對不同交通流進行引導、隔離與管制，以達到分離和控制交通流的目的。

為驗證以上交通改善策略的可行性，本文以新華路（光明路-人民路路段）為例，對該路段進行干線協調控制。主要以重點交叉口之一新華北路-光明路交叉口為例，在交通現狀分析的基礎上提出交叉口優化設計方案，并結合仿真軟件對優化方案進行仿真和評價。

3 干線協調控制

新華路（光明路-人民路路段）位于中山路商圈區域，與光明路、建設西路、民主路、中山路以及人民路5條道路相交，為單幅路雙向六車道，對向機動車通過護欄分離，單車道寬度較窄，且道路兩側無非機動車道和路側停車位，各路段均采用信號控制，未采用特殊控制模式。根據實地調研，發現該路段交通問題主要集中在沿線交通需求大、潮汐現象嚴重以及交叉口排隊溢出3方面。

針對以上問題，結合新華路（光明路-人民路路段）沿線渠化、交通運行特征等實施綠波協調控制，并在高峰和平峰期間給出不同的控制策略。早高峰期間設置新華路路段各路口信號周期至180 s，晚高峰期間設置新華路各路口信號周期至170 s，保持新華北路-光明路交叉口合理的車輛排隊長度，同時優化新華路沿線各路口東西向綠燈時間，保持聯動相位綠燈時間一致，使擁堵路段進出流量基本平衡。平峰期間采用“雙向綠波”協調控制策略，降低車輛在新華路沿線間歇停車的概率。

4 重點交叉口優化與仿真

4.1 交叉口現狀分析

新華北路-光明路交叉口作為重點交叉口，同時也是常發擁堵交叉口，是新華路和光明路兩條主干路的交織點，上游緊鄰河灘快速路上匝道，高峰時段大量交通流匯入會導致交叉口排隊長度增加。同時，該交叉口東進口道設有BRT專用道，交通情況復雜，位置信息如圖1所示。

通過實地調查及視頻拍攝等手段獲得交叉口渠化數據、現狀信號相位方案以及交通流量數據。現狀渠化方案如圖2、圖3、表1所示。

4.2 問題診斷

通過實地調查，發現該交叉口現狀問題集中在渠化島、內部空間渠化以及進出口道渠化等幾方面。

4.2.1 渠化島。北出口距離下游交叉口距離過近，車輛變道比較困難，因此紅山路左轉車輛會直接駛入新民西街內側車道，現狀的右轉渠化島影響車輛正常轉彎行駛軌跡，導致大量車輛違章行駛在渠化島上。

4.2.2 內部空間渠化。北進口道直行和左轉待行區、西進口道直行待行區并未實際使用。北進口道直行和左轉是同一相位，其前一相位是南進口道直行和左轉，而現狀左轉待行區和南進口道左轉機動車流線存在沖突，且左轉待行區與左轉流線不吻合。

4.2.3 進出口道渠化。北進口道空間不足，進口道展寬僅表現為最外側的兩條直行短車道，尤其是最外側短車道，僅能容納兩輛直行車輛。兩條短車道極易發生排隊溢流而造成北進口道右轉車流受阻，進而導致新民西街路段最西側車道排隊溢出至下游交叉口。

為了緩解該交叉口交通擁堵狀態，將針對性地對此交叉口實施渠化優化和信號控制方案優化。

4.3 交叉口優化

4.3.1 渠化優化。根據交叉口現狀渠化方案及交通流運行特征，分別對交叉口不同進口道及內部進行渠化優化。①考慮進口道展寬需求，北進口道保留一條短車道，并用白實線導流，結合單側虛線引導直行車流進入展寬段后再轉入短車道，以減少對右轉車流的影響;②西進口道現狀左轉車道飽和度較低，直行車道飽和度較高，空間資源分配不均衡，對直行和左轉車道的角度進行微調;③在西進口道設置左轉和直行待行區、南進口道設置左轉待行區、北進口道設置直行和左轉道待行區，以增加車道的通行能力。其中北進口道的直左車道分別對應左轉和直行兩個待行區，并依靠中心隔離圈對左轉和直行的流線進行一定的約束和分隔;④壓縮東進口右轉渠化島面積，將信號控制的東進口道右轉車道擴寬至3條車道，輔以導流線對車輛進行引導，并將原有的車道功能箭頭向前移動，以增加內側車道車流的線型平順性。

優化后的交叉口渠化方案如圖4所示。

4.3.2 信號相位優化。由于該交叉口北面距離上游交叉口較近，約為105 m，導致北出口道容量受限，而東進口道右轉、南進口道直行以及西進口道左轉流量均較大，因此這3個流向只能依次放行。東進口道右轉車輛也受到信號控制，只能在原信號控制方案第2、3、4相位通行。

根據新華北路干線協調控制的周期要求，在渠化優化基礎上對該交叉口信號相位進行優化。優化后為四相位方案，較現狀方案減少了兩個相位，可減少交叉口的延誤。優化后相位相序為：A相位南北直右，B相位南北左轉，C相位東西直行，D相位東西左轉。對工作日和非工作日分別給出不同的配時方案，各個時段對應的具體方案如表2所示。

4.4 仿真評估

為驗證交叉口優化方案的可行性，利用VISSIM仿真建模，通過對比優化前后最大排隊長度、車均延誤、一小時內通過的車輛數以及停車次數4項指標，對改善后的渠化和信號方案進行驗證，優化前后各項指標對比如表3所示[7]。

根據上表可知，工作日各個時段改善方案的4項運行指標均得到了大幅度提升，排隊長度和延誤下降，停車次數減少，1 h內通過的車輛數增加，非工作日早高峰時期各項指標均有所優化，平峰和晚高峰的最大排隊長度及停車次數略有增加，但用以衡量交叉口服務水平的重要指標車均延誤均下降。非工作日早高峰平均排隊長度減少程度達21.2%，運行狀況得到了很大改善，早高峰擁堵的緩解可以減少排隊的積壓，降低給平峰時期帶來的交通壓力，平峰時段的實際改善效果會比仿真模型得出的結果更好。故優化后的交叉口在工作日和非工作日運行狀況均能得到較大程度改善。

5 結語

本文以新華北路-光明路交叉口為例，在調研交通現狀與問題分析的基礎上，結合該交叉口實際情況進行渠化設計和信號控制方案協同改善優化。對待行區進行詳細的優化設計，增加直行和左轉待行區，并調整長度和線型，調整不合理的短車道和右轉渠化島等。采用中央分隔帶提前開口調頭設計，減少了調頭車輛對左轉車輛的影響，將原來的六相位改為四相位，降低了交叉口的延誤。仿真結果顯示優化效果整體較好，該交叉口的渠化設計和信號控制協同優化方案對其他常發擁堵交叉口的改造提供了一定的借鑒意義，具有一定的參考價值。

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