基于VISSIM的环形交叉口渠化及信号控制方案仿真研究

梁雪琴

【摘 要】环形交叉口一般情况下无须设置信号控制，但交通量较大时，绕环岛行驶的机动车容易封锁环道造成行车混乱和拥堵。为此本文以乌兰察布市新华大街和建国三路相交的环形交叉口为例提出了提高其通行能力的渠化方案和信控方案，利用VISSIM仿真软件对不同方案进行仿真评价，将通过车辆数、车辆延误、V/C、排队长度作为提高交叉口交通效率的优化指标，最终得到最佳改善方案，同时证实此次优化设计的可行性和合理性。

【关键词】环形交叉口;通行能力;改善方案;VISSIM仿真建模

中图分类号： U491 文献标识码： A 文章编号： 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

隨着城市交通复杂性的增加和智能交通的飞速发展，单一的无信号控制交叉口已经不能满足人类活动对交通的需求。在城市道路中，交通拥堵、交通事故普遍发生于交叉口处。据高德《2018年度中国主要城市交通分析报告》称，2018年有61%的城市通勤高峰处于缓行状态，有13%的城市处于拥堵状态，26%的城市不受通勤拥堵威胁，与2017年相比全国62%的城市拥堵同比下降，27%的城市基本持平，只有11%的城市拥堵呈现上升趋势。近年交通拥堵的逐步缓解，与政府对交通治理的重视、智能交通新技术在城市中的运用等因素有关。为使城市“交通健康指数”高于健康水平线，处于健康状态，道路网络和交叉口的建设和改善刻不容缓。

在国外，Fouladvand M等人对遵循“环内优先”原则行驶的车辆进行了模拟，并用延误指标评价环形交叉口与十字信号交叉口的优劣[1]。Tanyel S.在环岛通行能力研究中运用到了间隙—接受模型，并认为这一模型计算通行能力效果显著，但在具体应用时发现应该根据道路几何条件的差异对模型进行调整运用[2]。Anderson、Martin把信号控制环形交叉口应用到了实际交叉口中，取得了较好的效果[3]。

在我国，杨佩昆教授在出版的《交通管理与控制》一书中提到将信号灯运用于环形交叉口的理念，同时探讨了用科学、高效的交通管制措施来提高环形交叉口交通效益[4]。王炜、高海龙等研究员提出了基于环岛通行能力的有序算法，此法综合考虑了环岛通行能力的影响因素，其计算简单但有序度的精确标定不易实现[5]。

1 交叉口现状与存在问题分析

东西方向的新华大街和南北方向的建国三路相交而成的环形交叉口，其相交道路均为次干道，无信号灯控制。进出口车道均为两车道，新华街西起京银线，东尽朝阳街，建国三路北接通达路，南接通州街。其中，新华大街和建国三路均未设置中央分隔带。环岛内过街行人较多，但未设置人行横道，车辆礼让行人则会造成系列拥堵。

该交叉口中心岛半径为44m，环道为三车道，未对车道功能进行划分，环道总宽度为13.5m，w1=w2=w3=4.5m，交织长度为45m，一切车辆均按照逆时针方向绕中心岛单向行驶。环形交叉口高峰流量数据情况见表1。

通过对环形交叉口的实际调查，发现其交通运行存在以下问题。

1）该交叉口出行车辆较多，尤其是通往建国三路东路方向的车辆居多，出入环道的车辆互不相让发生严重冲突，造成混乱与拥堵。

2）环岛半径较大，车辆绕环行驶距离远，对左转车不利。

3）各个进口车辆通过该交叉口时存在一定的车辆延误。

4）西进口的直行和左转车辆排队长度较长。

表1 新华大街和建国三路环形交叉口高峰期

交通数据（单位：pcu/h）

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

2 优化方案设计

由于新华大街和建国三路所处地理位置人、车流量较多，为了不长期影响城市交通的正常运行，考虑从渠化设计和信号配时两方面对交叉口进行改善。

图1 环形交叉口渠化设计

Fig.1 Channelized design of roundabout

2.1 渠化方案设计

交叉口设有三条环道，新华大街和建国三路进出口各设有两条车道，分为直左和直右，根据交叉口面积和道路红线宽度，进行了渠化改善。具体渠化方法如下：

1）缩小中心环岛

中心环岛半径由44m缩小至40m。

2）拓宽环道

环道宽由4.5m均拓宽为5m。

3）拓宽进出口车道

将该环交各方向进出口道均拓宽为3车道，为两直左一专用右转，建国三路车道由原来的2.75m增加至3m，新华大街车道保持3m不变。

4）规划非机动车道

解决机非混行，减少交通事故的发生。

渠化设计图如图1。

2.2 信号控制设计

单重信号控制一般为两相位和四相位，由于四相位限定因素较多，适用于每个进口道流量较小情况下，各相位最大流量比之和小于0.9的环岛，因此针对该环形交叉口单重信号控制采用两相位。配时方法与设置如下：

1）信号周期的确定

最佳周期计算公式如下;

C■=■（1）

式中：C0—最佳信号周期，s;

Y—各相位最大饱和度yi之和;

Y=■max[y■，y■■]（2）

式中：i为相位数;

y=Q/S（3）

式中：Q为各进口道流量，pcu/h，S为进口道各车道饱和流率，pcu/h;

L—损失时间，s;

L=■（L■+I-A）（4）

式中：Li—起始的损失时间，一般为3s;

A—黄灯时长，s，使进入环道的车辆驶出交叉口，一般取3s。

I—绿灯间隔时间，s，其包括黄灯和红灯时间，计算方法为相邻相位停车线到冲突点的距离除运行速度加上机动车制动时间，即：

I=■+■（5）

式中：α为制动加速度，取4m/s2计算，ωi为中心岛边缘第一个环道宽度，v0为行驶速度。

新华大街和建国三路环形交叉口根据表1中数据和公式（2）和（3）可得到交通流量比见表2。

2）各相位绿灯时长

各相位绿灯时长是使车辆通过交叉口的时间，得各相位总的有效绿灯时长为：

G=C■-L（6）

根据各相位的最大流量，按比例分配后，得各相位的有效绿灯时长为：

G■=G■（7）

全红时间为：

AR=I-A（8）

取启动损失时间和清尾损失时间Ls=3s，黄灯时间A=3s，行驶速度V0=30km/h，环道宽度ωi=5m，中心岛半径40m，制动加速度α=4m/s2。根据式2.1、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8进行信号配时计算得：

绿灯间隔时间I=■+■=■+■=6（s）

周期时长C■=■=■=112（s）

总损失时间L=■（L■+I-A）=2×（3+6-3）=12（s）

有效绿灯时间G=C■-L=112-12=100（s）

东西相位有效绿灯g■=100×■=45（s）

南北相位有效绿灯g■=100×■=55（s）

东西相位显示绿灯时间G■=g■-A+Ls=45+3-3=45（s）

南北相位显示绿灯时间G■=g■-A+Ls=55-3+3=55（s）

根据以上的计算，将左转车和直行车一同放行，得到环岛两相位配时方案如图2。

经计算得到在环形交叉口各设立一组信号灯，东西方向绿灯时长为45s，黃灯3s，红灯时长64s，南北方向绿灯时长55s，黄灯3s，红灯54s。

3 仿真分析

通过设置节点评价，选择通过车辆数、车辆延误、排队长度、V/C作为评价指标，以高峰时段流量作为各车道进口流量，对得到的数据进行分析，新华大街和建国三路相交的环形交叉口两种通行能力改善方案仿真结果与公式计算结果如表3所示。仿真检测和公式计算的通行能力存在一定的误差，但显然信控方案在通行能力、车均延误、V/C等评价指标中最优。由于受到信号灯的控制，信控方案排队长度较长，故考虑结合渠化方案和信控方案一起使用。环形交叉口在高峰流量下，选取信控方案，在平峰流量下，保证交通需求下为了减少车辆排队长度，选用渠化方案。通过公式计算不同方案下的通行能力，其误差为19.3%、11%和9.5%，在允许误差内，故说明了方案的合理性和可行性。

4 结论

本文结合具体交叉口实例，在调查现状高峰数据的基础上，根据计算得到的配时方案，对不同流量和不同方案运用VISSIM仿真软件创建仿真模型并进行评价指标的分析。最终得到了平峰时期使用渠化后的无信号控制环岛，高峰时期采用渠化后的信号控制环岛的合理结论。

表3 仿真数据对比表

Table.3 Simulation data comparison table

【参考文献】

[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]杨佩昆.交通管理与控制[M].人民交通出版社，1998.

[5]高海龙，王炜，刘秉轩，等.中国典型地区无信号交叉口临界间隙调查[J].东南大学学报（自然科学版），2000，30（3）：100-103.