乌鲁木齐重点交叉口优化与仿真研究

常利明 程志华

摘 要：针对乌鲁木齐重点交叉口不同拥堵起因与拥堵类型，提出热点片区交通改善策略和重要通道交通改善策略，并主要以重点交叉口新华北路与光明路交叉口为例，实施交通组织优化，并利用VISSIM进行仿真。仿真结果表明，优化后交叉口运行状况得到明显改善，可为乌鲁木齐重点交叉口交通组织优化提供参考。

关键词：交叉口;交通组织;VISSIM;交通仿真

中图分类号：U491文献标识码：A文章编号：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

近年来，乌鲁木齐市道路建设幅度逐渐减小，城市机动车保有量仍以每年超过10%的增长率持续增加，导致有限的城市道路资源与机动车出行之间的供需矛盾突出，早晚高峰常发性拥堵日益明显。频繁的交通拥堵会使道路容量和通行效率降低，这也是导致城市环境污染和交通事故的间接因素[1]。城市交叉口作为城市道路网络的关键组成部分，起到衔接路段和疏导交通流的重要作用，其交通组织的优劣直接影响城市路网的服务水平和运行效率[2]。因此，对交叉口实施合理的交通组织，保证交叉口顺利运行，对城市道路交通运行效率的提升有着重要作用。

1 研究范围选取及交叉口分析

本文以乌鲁木齐市外环以内为主要研究区域，以天山区、沙依巴克区、新市区及水磨沟区为主要研究对象。根据乌鲁木齐市拥堵状况的不同以及城市片区功能的种类，综合各类功能用地交通特性，并结合交通运行现状共划分出6个重点研究区域，分别是友好路商圈区域、中山路商圈区域、黑龙江路、长江路、钱塘江路区域、新医路、西北路、克拉玛依东街区域、昆仑路、南湖北路、南湖西路区域以及南湖西路、南湖南路、西虹路、河滩快速路区域。

通过分析重点研究区域，以路口繁忙度及拥堵度为依据选取105个重点交叉口，其中十字形交叉口60个，T型交叉口28个，異型交叉口17个。早晚高峰期间常发拥堵交叉口均为重点交叉口，其中早高峰常发拥堵交叉口20个，晚高峰常发拥堵交叉口33个。这些交叉口拥堵形成原因较为复杂，有拥堵点范围扩散造成的拥堵，有区域超强度开发引起的拥堵，还有路网分布组织不合理造成的拥堵等。拥堵形式也不尽相同，有关键单点拥堵、干线拥堵以及区域范围拥堵等形式。针对不同拥堵类型，本文提出不同交通改善策略，通过实施针对性的解决方案，以缓解交通拥堵现象。

2 城市交叉口改善策略

2.1 热点片区交通改善策略

热点片区是指交通拥堵的片区，由地理空间相连的若干个拥堵路口形成。通过分析乌鲁木齐市中心城区105个重点交叉口，按照交通拥堵的成因和影响区域可将热点片区分为关键点饱和型、干线近饱和型以及拥堵区域饱和型3种类型[3]。关键点饱和型热点片区是在点拥堵的基础上形成的，其优化关键在于缓解点拥堵问题;干线近饱和型热点片区是在线拥堵的基础上形成的，其优化关键在于缓解干线交叉口的拥堵问题;拥堵区域饱和型热点片区是在面拥堵的基础上形成的，当路网出现局部区域饱和型热点片区时，应针对边界交叉口的不同交通流实施不同的控制方式。

根据交通流流向的起讫点与热点片区的位置关系，可以将交通流分成从热点片区外部到热点片区内部的交通流、从热点片区内部到热点片区外部的交通流以及从热点片区内部到热点片区内部的交通流3类。针对上述3类交通流，主要运用的改善策略包括关键点通行最优、重点通道主流向通行最优以及热点区域边界交通慢进快出3种措施。

关键单点通行最优针对交叉口饱和度大和拥堵明显的重要节点，综合采取可变车道、进出车道展宽渠化、待行区、安全岛及路线进行精细化设计，提升路口通行能力。重点通道主流向通行最优针对极易产生交通拥堵的瓶颈路段，综合采取潮汐车道、单向交通、公交专用车道以及出入口控制等设计方案，缓解早晚高峰主干路和重要路段的交通拥堵[4-5]。热点区域边界交通慢进快出包括区域外部边界畅流控制和区域外部边界截流控制等措施。其中，畅流策略是通过选取适当的流向，加大交通卸载速度，进而缓解热点片区滞留排队情况的交通控制策略，可采取小步微调或绿波协调的方式。截流策略是通过选取适当的截流点，以截断驶入热点片区交通流的方法，从而缓解热点片区交通拥堵的交通控制策略，可采取小步微调或红波协调的方式。

2.2 重要通道交通改善策略

根据热点片区交通需求和交通特征等情况，可对重要通道实施整体交通改善策略。重要通道交通改善可细分为路段整体改善和交叉口改善方案。

路段整体改善方案可根据路段通行条件、交通运行特征及交通设备确定路段协调控制方式，根据周期大小和承担交通功能优化关键交叉口，根据协调方向路段和交叉口进口道车流行驶特征以及行人、自行车过街的需求等因素，调整优化信号相位差。

交叉口改善方案可根据交通流量变化情况，分别对早晚高峰和平峰时段采取不同信号配时方案，必要时增加平峰到高峰的过渡方案、中午高峰方案等[6]。根据单个交叉口通行条件、进口道渠化以及交通流特征等优化相位数和相位结构。考虑延误、通行能力、停车次数、饱和度、干线协调以及排队长度等因素优化周期时长、绿信比、信号总损失时间、最小绿灯时间及最大红灯时间等参数。同时在交叉口用交通标志标线或高出路面的各种岛状构造物、护栏及其他设施和方法，对不同交通流进行引导、隔离与管制，以达到分离和控制交通流的目的。

为验证以上交通改善策略的可行性，本文以新华路（光明路-人民路路段）为例，对该路段进行干线协调控制。主要以重点交叉口之一新华北路-光明路交叉口为例，在交通现状分析的基础上提出交叉口优化设计方案，并结合仿真软件对优化方案进行仿真和评价。

3 干线协调控制

新华路（光明路-人民路路段）位于中山路商圈区域，与光明路、建设西路、民主路、中山路以及人民路5条道路相交，为单幅路双向六车道，对向机动车通过护栏分离，单车道宽度较窄，且道路两侧无非機动车道和路侧停车位，各路段均采用信号控制，未采用特殊控制模式。根据实地调研，发现该路段交通问题主要集中在沿线交通需求大、潮汐现象严重以及交叉口排队溢出3方面。

针对以上问题，结合新华路（光明路-人民路路段）沿线渠化、交通运行特征等实施绿波协调控制，并在高峰和平峰期间给出不同的控制策略。早高峰期间设置新华路路段各路口信号周期至180 s，晚高峰期间设置新华路各路口信号周期至170 s，保持新华北路-光明路交叉口合理的车辆排队长度，同时优化新华路沿线各路口东西向绿灯时间，保持联动相位绿灯时间一致，使拥堵路段进出流量基本平衡。平峰期间采用“双向绿波”协调控制策略，降低车辆在新华路沿线间歇停车的概率。

4 重点交叉口优化与仿真

4.1 交叉口现状分析

新华北路-光明路交叉口作为重点交叉口，同时也是常发拥堵交叉口，是新华路和光明路两条主干路的交织点，上游紧邻河滩快速路上匝道，高峰时段大量交通流汇入会导致交叉口排队长度增加。同时，该交叉口东进口道设有BRT专用道，交通情况复杂，位置信息如图1所示。

通过实地调查及视频拍摄等手段获得交叉口渠化数据、现状信号相位方案以及交通流量数据。现状渠化方案如图2、图3、表1所示。

4.2 问题诊断

通过实地调查，发现该交叉口现状问题集中在渠化岛、内部空间渠化以及进出口道渠化等几方面。

4.2.1 渠化岛。北出口距离下游交叉口距离过近，车辆变道比较困难，因此红山路左转车辆会直接驶入新民西街内侧车道，现状的右转渠化岛影响车辆正常转弯行驶轨迹，导致大量车辆违章行驶在渠化岛上。

4.2.2 内部空间渠化。北进口道直行和左转待行区、西进口道直行待行区并未实际使用。北进口道直行和左转是同一相位，其前一相位是南进口道直行和左转，而现状左转待行区和南进口道左转机动车流线存在冲突，且左转待行区与左转流线不吻合。

4.2.3 进出口道渠化。北进口道空间不足，进口道展宽仅表现为最外侧的两条直行短车道，尤其是最外侧短车道，仅能容纳两辆直行车辆。两条短车道极易发生排队溢流而造成北进口道右转车流受阻，进而导致新民西街路段最西侧车道排队溢出至下游交叉口。

为了缓解该交叉口交通拥堵状态，将针对性地对此交叉口实施渠化优化和信号控制方案优化。

4.3 交叉口优化

4.3.1 渠化优化。根据交叉口现状渠化方案及交通流运行特征，分别对交叉口不同进口道及内部进行渠化优化。①考虑进口道展宽需求，北进口道保留一条短车道，并用白实线导流，结合单侧虚线引导直行车流进入展宽段后再转入短车道，以减少对右转车流的影响;②西进口道现状左转车道饱和度较低，直行车道饱和度较高，空间资源分配不均衡，对直行和左转车道的角度进行微调;③在西进口道设置左转和直行待行区、南进口道设置左转待行区、北进口道设置直行和左转道待行区，以增加车道的通行能力。其中北进口道的直左车道分别对应左转和直行两个待行区，并依靠中心隔离圈对左转和直行的流线进行一定的约束和分隔;④压缩东进口右转渠化岛面积，将信号控制的东进口道右转车道扩宽至3条车道，辅以导流线对车辆进行引导，并将原有的车道功能箭头向前移动，以增加内侧车道车流的线型平顺性。

优化后的交叉口渠化方案如图4所示。

4.3.2 信号相位优化。由于该交叉口北面距离上游交叉口较近，约为105 m，导致北出口道容量受限，而东进口道右转、南进口道直行以及西进口道左转流量均较大，因此这3个流向只能依次放行。东进口道右转车辆也受到信号控制，只能在原信号控制方案第2、3、4相位通行。

根据新华北路干线协调控制的周期要求，在渠化优化基础上对该交叉口信号相位进行优化。优化后为四相位方案，较现状方案减少了两个相位，可减少交叉口的延误。优化后相位相序为：A相位南北直右，B相位南北左转，C相位东西直行，D相位东西左转。对工作日和非工作日分别给出不同的配时方案，各个时段对应的具体方案如表2所示。

4.4 仿真评估

为验证交叉口优化方案的可行性，利用VISSIM仿真建模，通过对比优化前后最大排队长度、车均延误、一小时内通过的车辆数以及停车次数4项指标，对改善后的渠化和信号方案进行验证，优化前后各项指标对比如表3所示[7]。

根据上表可知，工作日各个时段改善方案的4项运行指标均得到了大幅度提升，排队长度和延误下降，停车次数减少，1 h内通过的车辆数增加，非工作日早高峰时期各项指标均有所优化，平峰和晚高峰的最大排队长度及停车次数略有增加，但用以衡量交叉口服务水平的重要指标车均延误均下降。非工作日早高峰平均排队长度减少程度达21.2%，运行状况得到了很大改善，早高峰拥堵的缓解可以减少排队的积压，降低给平峰时期带来的交通压力，平峰时段的实际改善效果会比仿真模型得出的结果更好。故优化后的交叉口在工作日和非工作日运行状况均能得到较大程度改善。

5 结语

本文以新华北路-光明路交叉口为例，在调研交通现状与问题分析的基础上，结合该交叉口实际情况进行渠化设计和信号控制方案协同改善优化。对待行区进行详细的优化设计，增加直行和左转待行区，并调整长度和线型，调整不合理的短车道和右转渠化岛等。采用中央分隔带提前开口调头设计，减少了调头车辆对左转车辆的影响，将原来的六相位改为四相位，降低了交叉口的延误。仿真结果显示优化效果整体较好，该交叉口的渠化设计和信号控制协同优化方案对其他常发拥堵交叉口的改造提供了一定的借鉴意义，具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]常玉林，张其强，张鹏.城市干线双向绿波控制优化设计[J].重庆理工大学学报（自然科学），2014（12）：108-112.

[2]廖晓强.城市道路平面交叉口交通组织与渠化设计研究[D].南京：南京林业大学，2013：12-13.

[3]王小桃.城市异型交叉口改造方案研究[J].福建建材，2020（4）：93-95.

[4]邵娟，程琳.基于Synchro系统的干线绿波控制优化技术[J].公路交通科技，2013（9）：116-121.

[5]李华，徐建闽.干道交通瓶颈交叉口的红波双向协调控制模型[J].交通信息与安全，2014（6）：72-76.

[6]徐棱，代磊磊，刘成生.近饱和热点片区信号主动优化控制[J].中国公共安全，2018（1）：70-74.

[7]马晓旦，刘杰.基于VISSIM的控江路与敦化路交叉口优化设计[J].物流科技，2019（7）：68-70.