基于仿真的城市交叉口直行待行区的研究与优化设计
2021-01-05侯露露
侯露露
基于仿真的城市交叉口直行待行区的研究与优化设计
侯露露
（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）
交叉口利用率不高的现象普遍存在，而目前解决交叉口拥堵所采取的措施造成信号周期时长过长、油耗增加等问题。本研究结合调查资料以及实地测算，通过研究直行待行区对信号交叉口增加的通行能力的计算，并通过vissim仿真软件模拟计算为待行区的应用提供理论支撑。针对银川市适用交叉口，通过设置待行区、渠化交叉口等方案，最终使之能够有效地提高交叉口的通行能力。
直行待行区；通行能力；vissim仿真；延误；排队
前言
交叉口不同于基本路段，在基本路段车辆沿着一个流向行驶受到的干扰较小，尤其具有分隔带的基本路段受到侧向干扰就更小[1]，而交叉口类似于枢纽中心，特别对于平面交叉口，机动车，非机动车及行人交通的分流合流及交叉，使得该处的交通状况尤其复杂。因此，如何利用高效的交通组织和交通控制方法来解决交通拥堵是有待解决的问题。本文将系统的分析和计算平面交叉口通行能力，并根据实测数据通过VISSIM仿真及优化设计以缓解城市交通拥堵。
1 直行待行区
1.1 直行待行区的设置理念[2]
（1）尽可能减少工程量，缩短建设周期；
（2）以最少的投资获取最大效益；
（3）做到时间与空间上的互补；
（4）尽可能减少对城市交通的影响。
1.2 直行待行区的设置条件
虽然直行待行区能够提高交叉口通行能力、降低机动车延误，但并不是所有的交叉口都适合设置直行待行区[3]。平面十字交叉口直行待行区的设置条件如下：
（1）必须为信号控制交叉口，且在无禁令措施条件下的信号配时至少为四相位；
（2）相交道路等级尽量是干路及以上，以保证进口道有足够的车道数；
（3）交叉口渠化情况要好，且必须设有左转专用车道；
（4）设置直行待行区的进口道直行车辆要达到一定的数量[4]。
2 交叉口设计通行能力的计算
（1）一条直行或右转或左转专用车道的设计通行能力计算公式
式中：Cs、Cr、Cl为一条直行或右转或左转专用车道的设计通行能力，pcu/h；T为信号灯周期，s；tg为信号每周期内的该车道绿灯时间，s；to为绿灯亮后第一辆车启动、通过停车线的时间，s；ti为前后两车连续通过停车线的平均车头时距，s/puch；为折减系数，可用0.8[5]。
（2）直右车道设计通行能力计算公式
式中：Csr为一条直右车道的设计通行能力，pcu/h。
（3）直左车道设计通行能力计算公式
式中：Csl为一条直左车道的设计通行能力，pcu/h；β'为一条直左车道中左转车所占比例。
（4）直左右车道设计通行能力计算公式
式中：Cslr为一条直左右车道的设计通行能力，pcu/h[6]。
3 交叉口交通现状分析
3.1 交叉口现状
亲水大街与黄河路交叉口位于银川市金凤区，路口西侧，南侧各施划了相应的直行待行区和左转待行区。黄河路是一条东西方向的城市快速路，西进口架着亲水桥，东西车道中间有BRT车道，东临宁大南校区，六盘山高级中学和居民区，亲水大街是一条常规公交线路，两条道路为十字交叉。
3.2 交通量的调查
通过对亲水街和黄河路口交叉口的分析，主要对其通行能力、行车延误、信号周期和高峰期的交通需求进行分析，从整体上看，该交叉口的信号配时较为合理，是一个典型的平面信号十字交叉路口。
图1 亲水大街与黄河路交叉口卫星图
3.3 道路几何条件的调查
该路口为“十”字形交叉口，对于南北道路，其两道路的宽度相等，共3110厘米，南进口有四个直行道，2个左转车道，1个直右车道；北进口有4个直行道，2个左转车道，1个直右车道。且南进口设有一个直行待行区和一个左转待行区，对于东西走向，东进口有3个直行道和一个BRT车道，以及一个左转车道和一个右转车道，而西进口有一直行道和2个左转道和一直右车道。绿化带宽度为488厘米，非机动单车道宽度为400厘米。
3.4 早中晚高峰期各进口设计通行能力的计算结果
经公式计算，早中晚高峰期各进口设计通行能力计算结果如下：
（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模拟仿真
4.1 vissim仿真步骤
（1）构建道路图2所示；
图2 构建道路
（2）输入进口车流量及分流如图3、4所示；
图3 输入进口车流量及分流
图4 输入进口车流量及其分流
（3）路径决策图5、信号控制如图6所示；
图5 输入路径决策
图6 信号控制图
（4）停车线如图7所示。
图7 信号控制灯组
4.2 Vissim仿真结果
图8 早高峰期排队长度
图9 午高峰期排队长度
图10 晚高峰期排队长度
图11 早高峰期延误数据
图12 午高峰期延误数据
图13 晚高峰期延误数据
5 优化措施研究及设计
经过对通行能力，延误及排队长度进行比较，得出三种方案。
5.1 信号配时优化方案一
西东直行时间略长，致使东西左转有一个延误；南进口直行结束后，东西直行有一个延误，西东直行正常；西东左转和东西左转时间略长，对其略微改动。
图14 优化配时相位图
具体改动为：东西左转由19s改为17s，西东直行由46s改为42s，西东左转由35s改为32s。并对其仿真运行结果如下：
图15 优化方案一排队长度
图16 优化方案一延误数据
5.2 道路渠化优化方案二
西进口排队长度较其他进口都略长，延误时间都较接近平均值，通过路口渠化的概念及设置条件利用交叉口的空闲区域来组织进行直行待行交通，具体渠化图如下：
图17 道路渠化设计图
仿真结果如下：
图18 排队长度分析表
图19 延误分析数据
5.3 综合信号配时与路口渠化优化方案三
综合信号配时方案一与道路渠化方案二得出优化方案三，信号配时图见方案一，道路渠化图见方案二，通过VISSIM仿真得出以下数据：
图20 排队长度分析数据
图21 延误分析数据
6 结论
本文通过对亲水大街与黄河路口交叉口交通流以及道路物理结构的研究和分析，设计得出三种方案仿真模拟，通过对比三种方案的延误数据与排队长度的分析得出：第三种优化方案也就是信号配时加上道路渠化为最优方案，建议采纳。
[1] 李立源,曹大铸.道路交通流最优预测与交叉口最优控制[J].控制理论与应用.1993,10(1);67-72.
[2] 杨佩昆,吴兵.交通控制与管理[M].北京:人民交通出版社,2004,52, 87-104.
[3] 戴冀峰,马健霄等.交通工程概论[M].北京:人民交通出版社,2006, 35-40,235-240.
[4] 杨浩.铁路运输组织学[M].中国铁道出版社,2011.
[5] 尚德申,王山川,王文红.信号交叉口直行待行区的设置研究[J].中外公路, 2010, 30(001):29-31.
[6] 蔡磊.城市平面交叉路口交通信号优化控制[D].长春:大连理工大学硕士论文.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
A
1671-7988(2020)24-25-05
U461.99
A
1671-7988(2020)24-25-05
侯露露，女，硕士研究生，就读于长安大学汽车学院交通运输工程系。
10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.009
CLC NO.:U461.99
