基于可变车道的交通优化问题研究

韩晨 曹添豪 方斌

摘 要：近年来，我国的经济增长速度不断加快，人均拥有车辆数不断增长，潮汐式交通拥堵现象已成为城市普遍存在的问题，这类拥堵问题严重影响了道路通行效率，使得有限的资源得不到充分利用。本文分析可变车道的适用条件和特点，以常德市安乡县深柳大道与洞庭大道交叉口为研究对象，通过实地调研综合其存在的问题，在分析交通流量、流向等交通特性的基础上，分析该交叉口是否具备设置可变车道的条件，并提出安乡县深柳大道与洞庭大道交叉口可变车道的基本设置方案，利用CAD制图软件绘制出路口基本情况，设计可变车道的标志标牌，最后利用VISSIM仿真软件进行效果评价分析，对该交叉口在设计前后的通行效率进行模拟实验，验证设置可变车道交通组织方式的可行性。

关键词：潮汐交通；可变车道；道路交叉口；交通仿真

1 研究背景

1.1 国内外研究现状

城市交通拥堵一直是影响城市经济社会发展的重要障碍，其中，单向、频繁的潮汐式拥堵以及由节假日、大型活动等特殊情况导致的大规模拥堵更是普遍存在。欧美等发达国家可变车道的发展情况要比国内早，最开始主要是对路段数据进行控制，但是缺少统一的控制标准和组织，使得可变车道实施的效果不太理想。随着我国潮汐特性的交通拥堵问题愈发严重，我国许多学者也开始关注这一问题，一起讨论解决方法或优化方案。有学者主要通过应急交通需求方面进行研究，确定哪些路段需要设置可变车道。还有学者对可变车道的实施方案以及优化思路进行深入研究，以求能达到期望的效果。通过引入可变车道，我们已经在全国各大城市中推广了这种交通设施，以缓解潮汐交通的拥堵问题。

1.2 研究内容

通过进行道路交叉口可变车道的组织优化分析，查阅资料综合可变车道的适用条件，以常德市安乡县深柳大道与洞庭大道交叉口为例，调查研究其存在的问题，通过适用条件分析其利弊及设置后现实遇到的问题，提出了设计可变车道的猜想，并利用VISSIM进行交通仿真，前后对比以评价其仿真模拟效果。

2 可变车道设置条件

2.1 设置原理

可变车道也称为可变导向车道（Variable Guide Lane，简称VGL），通过在原本车道内侧增划多条短斜线的方式，或者增加文字标识，对车道进行改进优化，并利用LED灯、标志标线、标牌等设施来辅助，根据不同时段的交通流量需求更换车道的导向功能，依次实现道路资源的充分利用。

2.2 可变车道交叉口渠化条件

（1）进口车道条件。车道数不少于3条，在保证行车安全的同时，也要至少保留1条车道提供车辆通行。可变车道至少占用进口道的1条车道。

（2）交通量条件。该路口东西方向路段存在着明显的潮汐现象，直行通过路口的车辆较多，并且停车延误大，评判标准一般比较车流量是否每小时大于100辆。

（3）专用可变车道相位保护条件。车辆在通行可变车道路段时，必须设置专门的可变信号相位来保证车辆的通行安全。

（4）可变车道长度。若设置的可变车道长度太短，则会导致通行的车辆减少，使交通流量降低；若设置的可变车道过长，则会使可变车道停留的车辆无法及时全部通过路口，这会大大降低道路通行效率，甚至会使拥堵问题加重。

（5）标志标线条件。当交叉口设有可变导向车道时，其交通标志指示线的设定需严格按照《道路交通标志和标线第3部分：道路交通标线》（GB5768.32009）中的相关规定，以保证车辆通行的安全性，并且交叉口停车线前不能设置左转待行区。

3 安乡县深柳大道与洞庭大道交叉口现状

3.1 路口交通组织渠化情况

深柳大道作为安乡县的主干道，连接着东西方向巨大的交通量。深柳大道与洞庭大道交叉口是安乡县城区的中心，每天的高峰时期道路交通压力巨大，主要表现在东西方向的直行车道，交通拥堵情况严重，高峰时期的道路通行能力远远不能满足现在的交通量。该交叉口东西进口道均为五车道，南北进口道为四车道，采用双黄线形式隔离，且东西左转和直行车道为两条，车道宽度为3.3米。

3.2 交叉口交通量调查数据

路口交通量的数据采集为录像或者现场人工计数的方法，根据统计各方向的交通量，得到目前深柳大道与洞庭大道交叉口的实际交通状况。数据收集采用随机性，收集一周内不同日期的早晚高峰期交通量，最后选取平均数，由此得到四个方向车道的交通量。早晚高峰时间段，东西直行车流量均大于700pcu/d，左转车流量平均为350pcu/d，由此可以看出深柳大道與洞庭大道交叉口在早晚高峰期间，直行车道相较于两条左转车道，通行压力要大很多。

3.3 交叉口现状配时方案

该深柳大道与洞庭大道路口的信号灯为四相位，周期时长为159秒，各相位的绿灯时间分别为：东西直行为40s，东西左转为39s，南北直行为35s，南北左转为33s。

3.4 深柳大道与洞庭大道路口应用情况分析

该路口为主要的校区路段，在城市道路施工方面困难，难以调整路口的空间结构，高峰时间段道路通行能力较差，产生了潮汐特性的拥堵问题，并且高峰时期直行需求大，左转需求相较较少。

4 安乡县深柳大道与洞庭大道交叉口优化改造

4.1 深柳大道与洞庭大道交叉口可变车道设置方案

交叉口交通组织设施优化：该交叉口在早晚高峰时期的车流量比平时要大很多，主要表现在东西方向的直行车辆，达到了700多辆，而左转车辆要少很多，只有300辆左右，平均每个信号周期通过该路口的直行车辆超过15辆，故在深柳大道东西方向进口道各设置一条可变车道。

4.2 标志标牌设置

结合国内外可变车道的实施案例，需要在深柳大道与洞庭大道交叉口路段置的交通标志有：（1）预告标志牌；（2）路边指示标志；（3）起点提示标志；（4）交叉口可变信号灯。

可变车道控制系统要统一管理预告标志牌、路边指示标志、起点提示标志以及交叉口可变信号灯显示的正常运行，确保使按照设定的方案及时启动，以免出现更为严重的交通拥堵或者交通事故。

图1 深柳大道与洞庭大道交叉口设置可变车道后交通标志设置方案

4.3 信号配时设置

经过分析，本文建议在进口道设置一个可变车道，并提前6s开启预信号灯，提前5s关闭预信号灯。增加主预信号系统，可以使信号灯在开启关闭的时候有效协调。各相位的绿灯时间调整为：东西直行为29s，东西左转为31s，南北直行为35s，南北左转为33s，周期总时长为140s。

4.4 可变车道交叉口组织仿真

4.4.1 交叉口未设置可变车道之前仿真

建立交叉口仿真模型，输入路网数据，新建信号灯组，创建未设置可变车道前的信号配时方案，设置冲突让行规则，仿真运行启动后，收集车辆延误、车辆排队长度和停车次数等主要数据。

4.4.2 交叉口设置可变车道之后仿真

（1）建立交叉口可变车道仿真模型。在CAD原先的模型上，将东西方向的一条左转车道改为可变车道，并将修改后的模型导入VISSIM中，将可变车道连接至相应的车道。（2）输入路网数据。（3）设置车辆路径决策。增设可变车道后，在东西方向的左转车道决策路径增加可变车道。（4）设置冲突让行规则。在交叉口早晚高峰时期，调整直行与左转的冲突区域，将道路通行效率优化到最高，使仿真所得到的最终数据对比效果更加明显。（5）交通信号配时方案设置。新建专门的信号灯配时方案，利用信号控制机调整好相应的信号灯组、信号配时相位顺序等；此外还要单独设置预信号灯的配时，并增设在可变车道前。（6）运行仿真。在仿真启动前，设置好仿真运行时长3600s，调整汽车车速为城市道路标准车速40～60km/h，为保证仿真数据更加真实，数据收集时间为1600～3600s。在调试好各项参数后，开始运行仿真，如图2所示。

图2 深柳大道与洞庭大道交叉口设置可变车道模型运行仿真

4.4.3 深柳大道与洞庭大道交叉口可变车道仿真结果数据分析

经过VISSIM仿真软件的运行，现得到设置可变车道前后的交通数据，两种方案效果对比如图3所示：

图3 深柳大道与洞庭大道交叉口现状设置可变车道前后仿真数据比较

5 创新特色

（1）典型交通管理实战案例的可复用性。可基于典型交通管理案例构建案例库，提高交通组织优化方法的可复用性，为交通管理的科学决策提供案例依据。

（2）在安乡县无可变车道案例的前提下，提出设置可变车道这一猜想，对路口设置可变车道前后的交通状况进行了VISSIM仿真与比较评价，并证实了该交通组织方案的可行性。

6 应用前景

本设计具有以下几个优点：（1）VISSIM仿真软件利用成熟的交通仿真引擎，1∶1精确还原交通道路运行场景画面。（2）软件的开发成本低。仿真模拟对于公安交管部门能够对多种不同的方案实施运行，通过评价不同的运行结果，可以择出优化效果较好的方案，提升公安交管部门对交通秩序与路网运行效率的主动管控能力。（3）面向规划设计单位，可以辅助开展道路交通规划设计、交通组织优化，以及道路交通改造建设等，验证解决方案的安全性與有效性。同时对于高校科研单位，可为开展道路交通规划、交通组织设计等教学实验提供创新思路。

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项目：本论文为2021年度湖南省大学生创新训练项目《基于vissim仿真的典型城市交通路口组织优化》项目成果

作者简介：韩晨（2001— ），男，汉族，湖南常德人，本科，研究方向：交通组织优化；曹添豪（2001— ），男，汉族，湖南郴州人，本科，研究方向：交通组织优化；方斌（1982— ），男，汉族，安徽肥西人，博士，副教授，研究方向：交通组织优化、交通仿真。