基于VISSIM的控江路与敦化路交叉口优化设计

马晓旦，刘 杰 （上海理工大学 管理学院，上海 200093）

MA Xiaodan,LIU Jie (Management School,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)

0 引言

交叉口是不同方向的两条以上道路的相交处，它是整个城市道路网不可缺少的组成部分[1]。机动车、非机动车、行人在交叉口汇集，它们之间的各种冲突，特别容易造成交叉口通行效率降低。交通拥堵会给人们的生活、工作带来严重影响[2]。因此，要想使机动车、非机动车、行人在时间、空间上井井有序，各行其道，互不干扰，就要对平面交叉口进行合理渠化，并对信号灯进行科学配时，这是保证城市交通畅通无阻的非常重要的举措[3-4]。

2014年，韩国学者Wonho Suh和Michael P.Hunter首次提出了利用蒙特卡洛法来减少交叉口处的机动车左转冲突点的方法，这种方法将机动车左转位置提前，它在疏缓交叉口处交通拥堵、减少车辆的平均延误和缩短排队时间甚至减小环境污染等方面都有显著效果[5-6]。2014年，中国市政工程总院的阳兰，根据信号交叉口的常见问题，为了使车辆最短时间、最快速度驶过交叉口，提出了拓宽、渠化车道等一系列方法[7-8]。

1 交通调查

1.1 交叉口现状。根据实地调查和分析，本文选取上海市控江路—敦化路交叉口作为实例，对此信号交叉口做了交通组织优化研究。控江路—敦化路交叉口位于上海市南北主干道敦化路和东西主干道控江路的交汇处。该交叉口周围有较多居民居住区以及各种商铺，交通量大，行人多，极易造成交通冲突点，所以对其进行优化研究设计很有现实意义。

1.2 数据采集。本次交通量调查采用人工观测法进行观测，每个交叉口的进口道都安排一个观测人员，分别对直行、左转和右转的机动车进行观测，并且也要观测不同的车型。调查时间为晚高峰17:00～18:00。调查结束后，对每个进口道的交通量进行整理换算得表1。

表1 控江路—敦化路交叉口晚高峰交通量

人工观测现状渠化并计时测出信号配时，绘出相关渠化图（图1）和相位信号配时图（图2）。

图1 交叉口现状渠化图

图2 交叉口现状相位信号配时图

2 建模仿真

2.1 现状分析。根据调查到的控江路—敦化路交叉口晚高峰交通量及信号配时，利用VISSIM仿真软件对其进行微观仿真，并分别在各个进口道设置行程时间检测器。记录各个方向行驶车辆的平均延误以及平均排队长度。控江路—敦化路交叉口路网图及机动车仿真图如图3和图4所示。

图3 控江路—敦化路交叉口的路网图

图4 控江路—敦化路交叉口机动车仿真图

VISSIM仿真软件有多种评价指标，这些指标的输出方式包括在线显示、文本文档以及数据库表格。本文根据控江路—敦化路信号交叉口的实际交通现状，主要选取延误、排队长度对该信号交叉口交通组织进行评价。如表2所示。

表2 控江路—敦化路各进口道平均延误以及排队长度

通过仿真出的数据评价报告可以看出延误最大的是西进口道，第二是东进口道，所以最大的问题是东西进口道带来的延误使得交叉口产生冲突。从平均排队长度的表格中可以看出，西进口道的平均排队长度最大，所以要想提高交叉口运行效率，需要对东西进口道进行优化。

2.2 问题分析。通过对上海市控江路—敦化路信号交叉口的现场调查与分析，可知该交叉口主要存在的具体交通问题如下：（1）左转车与直行车不仅采用同一个信号相位，而且采用同一条机动车道，造成交叉口机动车延误较大。（2）高峰时段，右转机动车与直行非机动车之间的冲突严重，也会造成交叉口混乱及车辆延误。（3）由于渠化及配时不合理，导致各进口的直行车辆排队较长，增加了排队长度及排队时间。

2.3 优化设计。为了提高交叉口的通行能力，减少机动车与行人的冲突，使行人与机动车更加安全地穿越交叉口，本文对控江路—敦化路信号交叉口提出了以下几个交通优化方案：（1）由于东西方向延误较多，所以需要对东西方向的进口道进行优化，拓宽进口道，在交叉口处将原来的两个进口道改为三个进口道，宽度由原来的3.5m改为3m。（2）东西进口直左、直右车道渠化出专左，直行车道和直右车道三条进口道，减少左转与直行冲突。（3）东西的出口道由原来的3.5m变为3m，从而达到不影响非机动车道和行人道的宽度拓宽进口道。

信号相位由原来的两相位改成三相位，具体表现为：东西进口设置左转专用相位，将东西方向的左转车辆和直行车辆分开放行，减少车辆之间的冲突，缓解交叉口的拥堵状况。

优化后的信号配时方案为：信号周期118s，其中第一相位绿灯时间为60s，黄灯3s，全红2s。第二相位绿灯时间为20s，黄灯3s，全红2s，第三相位绿灯时间为23s，黄灯3s，全红2s。

根据优化后的道路渠化以及信号配时，对该交叉口再次进行VISSIM仿真，并与优化前的各数据进行对比分析。控江路—敦化路交叉口优化后的路径图如图5所示，仿真如图6所示。

图5 优化后交叉口路径图

图6 优化后交叉口机动车仿真图

重新对VISSIM仿真的输出文件的数据进行整理，得出优化后控江路—敦化路交叉口各进口道车辆的平均延误和平均排队长度，如表3所示。

表3 优化后各进口道平均延误以及平均排队长度

由仿真出的评价报告可以看出平均延误以及平均排队长度这两大指标的变化。一是各个进口道的平均延误都有所减少，尤其是东西进口道；二是各个进口道的平均排队长度也明显减小。评价等级也由D上升到B，说明优化后的方案能够提高交叉口的通行效率，使得交叉口的通行能力得到改善，也使得行人与机动车的冲突大大减少，可以有效改善交叉口的拥堵情况。

3 结 论

城市平面交叉口交通流向多变，并且是机动车和行人交汇的地方，因此特别容易导致交通拥挤而造成车辆延误，甚至引发交通事故。因此，为了改善交通现状、提高交通效率、减少交通事故的发生，对城市平面交叉口进行合理的交通组织优化是极其重要的。我国对信号交叉口交通组织优化的研究方法和理论都没有国外的成熟，但是国外与我国城市混合交通的交通特征以及人口、地域因素不相兼容，所以他们的研究方法和理论不能直接借鉴。因此，对于城市信号交叉口交通组织的优化需要我们进一步研究。

因此，本文以现有交通组织研究为基础，选取控江路—敦化路信号交叉口作为研究实例，通过分析实例信号交叉口的交通现状及具体交通问题，并结合该交叉口的实际情况，分别从渠化交通和信号配时两方面做出了优化方案，同时利用交通仿真软件VISSIM对交叉口优化前后建立模型及仿真运行。并选取两大特征参数（平均排队长度和平均延误）作为评价指标，通过图和表的形式评价、对比，分析了控江路—敦化路交叉口的现有方案以及优化方案，得出了优化方案的平均延误以及平均排队长度较之前明显减小，论证了优化设计方案的可行性。