基于交通仿真的信号交叉口交通组织优化.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言在城市道路网络中，平面交叉口主要分为信号控制、停车让行和全无管制交叉口。其中，信号控制交叉口数量多，运行流量大，在城市交通运行中发挥至关重要的作用。随着交通流量过快增长，交叉口交通拥堵问题日渐突出。在城市建设基本成型的情况下，有两种方法可提高路网交通的通行能力，一是通过改造路网、拓宽道路等工程措施减少或消除影响畅通的因素；二是通过交通标志、标线、信号灯等交通设施对路口、路段进行科学渠化，明晰路权，优化交通信号配时，引导、均衡交通流量，挖掘现有道路资源的通行能力，从而提升整个路网的通行效率1。近年来，公安部交通管理局积极推进城市道路精细化治理，制定了关于加强城市道路交通组织的指导意见城市道路交通组织精细管理优秀案例汇编等，不断推进全国交通组织精细化管理工作。同时，部分学者也对一些实例方案进行优化评估2-5。研究大多运用交叉口交通组织简化方法进行优化，通过 VISSIM 仿真软件对交叉口优化方案的可行性进行仿真验证，对现阶段城市交通组织优化具有一定的实际意义。本研究针对北京市光华路与东大桥路交叉口存在的交通拥挤问题，提出结合人、车、路、环境等方面因素，运用交叉口交通组织简化方法进行渠道优化、信号配时与相位优化，提出通行能力、排队长度、停车次数及车辆延误评价指标。1 现状分析1.1 交叉口概况光华路与东大桥路交叉口位于北京市朝阳区东二环与东三环快速路之间，西侧连接使馆区，各国驻华使馆比较密集，东侧连接光华路soho，附近有很多高档公寓、写字楼及商业服务设施，地处繁华的都市商业区，交通便利、交通量大、人流车流密集。具体位置如图1所示。光华路与东大桥路均是朝阳区CBD内的主要道路，其中光华路横穿CBD东西向，是连接东二环与东三环之间的重要交通要道，承担了早高峰进城方向和晚高峰出城方向的主要交通。图1 光华路与东大桥路交叉口位置示意图1.2 交叉口交通组织现状光华路与东大桥路交叉口为信号控制交叉口，该交叉口具体渠化见图2。光华路与东大桥路交叉口现有配时方案为3相位信号灯控制，信号周期长度为118 s，每个相位间黄灯和全红时间均为3 s，配时方案如表1所示。1.3 交通流量数据本文对该交叉口进行了道路交通流特性调查，选取了四个特征日：周一、周三、周五和周日。采用人工统计与视频摄录的方式，在早高峰（7:009:00）和收稿日期：2023-03-08作者简介：韩伟（1979），男，江苏徐州人，讲师，研究方向为交通组织管理、交通安全。基金项目：北京警察学院大学生创新训练项目（2022市创大学生项目12）基于交通仿真的信号交叉口交通组织优化韩伟1，2，乔俊1，2，赵钒宇1（1.北京警察学院，北京 102202；2.北京警察学院道路交通安全研究中心，北京 102202）摘要：以北京市光华路与东大桥路交叉口为例，通过调查该交叉口早晚高峰的交通量和信号配时等数据，分析该交叉口存在东进口流量较大且车道数较少，北进口左转排队长度过长等问题，提出东进口拓宽一条车道，北进口方向绿灯时长增加等优化方案。为验证优化方案的有效性，采用VISSIM软件进行建模仿真，采用交通量、排队长度、停车次数和车辆延误等指标进行评价分析。分析结果表明：优化方案交叉口排队长度减少了11.6%，车辆平均延误减少了11.9%，行程时间减少了8.2%，停车次数减少了10.8%，交叉口的运行状况得到了大幅改善，论证了优化方案的可行性。关键词：交通组织优化；VISSIM仿真；交叉口延误中图分类号：U49文献标识码：B7总658期2023年第28期（10月 上）晚高峰（17:0019:00）两个时段，分别记录四个进口方向视频数据，并进行人工计数统计。根据调查数据得出，周一早高峰7:308:30的小时流量为高峰小时流量，因此，选取周一观测数据为仿真输入数据。具体数据如图3所示。图3 交叉口流量分析示意图交叉口各进口分方向流量表如表2所示。从各进口道的总流量来看，北进口的流量最大，为该交叉口的主要流向。表2 各进口方向分方向流量表单位：pcu/h东进口西进口南进口北进口合计左转137144315382978直行4252026578282 112右转224186105218733合计7865321 0771 4283 8231.4 交通问题分析通过分析光华路与东大桥路交叉口的交通问题，按照交通问题的性质，从以下3个方面进行该路口的综合交通问题分析。其中，路口信号相关重点分析左转为非保护型的问题，路口机动车相关重点讨论东进口由于流量过大而造成的排队问题，路口违章相关重点分析行人非机动车过街对路口的影响。1）东进口的实际交通量大于通行能力，处于过饱和状态，造成东进口的排队长度过长，所以在后期的优化中要注意改善东进口的通行能力。东进口直行车流量很大，但是只有一条车道，造成东进口出现过饱和，车辆排队长度过长。2）北进口的左转和直行流量均较大，左转流量接近直行的一半，但是只有一条左转车道，且左转绿灯时长只有20 s，经常出现左转车道排队较长的情况。3）行人、非机动车无视信号灯，站在机动车通行的道路范围内等待过街或者直接违法穿行，造成车流不畅，严重降低交叉口的机动车通行能力。2 交叉口现状建模仿真及验证依据实际调查的交通流数据与交叉口几何参数，利用VISSIM仿真软件对光华路与东大桥路交叉口进行仿真建模，通过排队长度等指标进行模型标定。设定流量及检测器检测时间为 9004 500 s，统计间隔为3 600 s，前 900 s 为“预热时间”。为减少误差，设定取不同随机种子多次运行后取平均值。此次仿真选取的校验指标是最大排队长度、交通量以及延误，由对照结果可知，误差控制均在10%以内，符合仿真精度要求，可以用作后续优化设计改善措施评估。详细情况如表3所示。表3 仿真值与实测值对比分析表东进口西进口南进口北进口总量排队长度/m实测值126637883350仿真值135678288372误差（%）7.16.35.16.06.3交通量/（pcu/h）实测值7865321 0771 4283 823仿真值7985431 0921 4413 874误差（%）1.52.11.40.91.3延误/s实测值39.617.227.735.5120仿真值38.118.528.333.8118.7误差（%）-3.87.62.2-4.8-1.1由数据对比可知，对现状仿真获得的最大排队长度、交流流量以及延误值与实际调查值之间的误差均在10%以内，完全满足模型标定的要求，因此建立的仿真模型可用。3 交叉口交通组织优化设计通过对交叉口进行调查与踏勘，分析发现交叉口现状存在的交通问题，分别从渠化设计、信号控制和交通管理等方面提出优化完善方案，并配合工程改造措施。3.1 交通渠化优化设计针对问题一，由于东进口流量较大且车道数较少，图2 交叉口渠化示意图表1 交叉口配时与相序表相位南北直行南北左转东西直行+左转绿灯/s402040黄灯/s333全红/s3338交通世界TRANSPOWORLD使东进口的排队长度过长。拓宽东进口机动车道，在非机动车道上划出一条3m的右转专用车道，将原来直右车道改为直行车道，以增加路口处车辆通行能力，减少交叉口东进口的排队长度；同时为保证非机动车的顺畅通行，将被压缩的那段非机动车道向行人道拓宽1 m，使非机动车道达到3 m，能够满足东进口的非机动车的顺利通行。交叉口交通渠化优化设计图如图4所示。图4 交叉口渠化优化示意图3.2 信号配时优化针对问题一和二，东进口和北进口排队较长的问题，根据交叉口交通流量，按照韦伯斯特（webster）配时法对交叉口信号配时重新进行优化，优化后的信号配时方案如表4所示。表4 交叉口信号配时优化表单位：s相位南北直行南北左转东西直行+左转绿灯403040黄灯333全红3333.3 加强交通管理针对行人、非机动车无视信号灯问题，对行人及非机动车闯红灯等违法行为进行抓拍处罚，加强管理及宣传教育，增强广大交通参与者守法意识，严格遵照交通法规规范交通行为，创造良好的交通秩序，提高通行效率，确保交通安全。4 优化方案仿真及评价根据优化后的道路渠化和信号配时，对该交叉口进行VISSIM仿真，分别从排队长度、延误、行程时间和停车次数等指标，与优化前的各数据进行对比分析。4.1 排队长度通过对优化方案多次运行，得到交叉口各进口排队长度，具体如表5所示。通过对交叉口的交通组织进行优化，增加了东进口一条左转车道，使东进口的排队长度减少了14.8%；此外，增加南北方向左转绿灯时长，使北进口的排队长度降低了12.5%。整个交叉口排队长度降低了11.6%，排队长度大幅度下降，效果比较理想。表5 交叉口优化前后排队长度对比表东进口西进口南进口北进口总量现状/m13567828893优化方案/m11561767782.25百分比（%）14.89.07.312.511.64.2 延误通过多次运行优化方案，得到交叉口各进口延误，具体如表6所示。通过对交叉口的交通组织进行优化，增加了东进口一条左转车道，使东进口延误减少了18.4%；此外，增加南北方向左转绿灯时长，使南北进口的延误分别下降了11.1%和13.6%。整个交叉口延误降低了11.9%；由于西进口没有进行优化措施，延误变化较小。表6 交叉口优化前后延误对比表东进口西进口南进口北进口总量现状/s22.818.332.337.527.7优化方案/s18.617.528.732.424.3百分比（%）18.44.311.113.611.94.3 行程时间通过对机动车的信号配时进行优化，增加了南北方向左转机动车的绿灯时长，降低了南北两个进口的行程时间，分别减少了8.4%和9.7%，效果很明显；东西相位的绿灯时长不变，但是东进口增加了一条车道，使东进口的行程时间减少了11.8%。表7 交叉口优化前后行程时间对比表东进口西进口南进口北进口总量现状/s34.826.529.638.232.3优化方案/s30.727.327.134.529.9百分比（%）11.83.08.49.78.24.4 停车次数通过对机动车的信号配时进行优化，增加了南北方向左转绿灯时长，南北进口的停车次数分别减少11.2%和15.9%；东进口增加一条左转车道，停车次数减少9.8%。综上所述，经过优化，大多数进口道及转向车辆延误都得到了有效改善，优化后的交叉口排队长度减少了11.6%，车辆平均延误减少了11.9%，行程时间减9总658期2023年第28期（10月 上）少了8.2%，停车次数减少了10.8%。由此得出，交叉口交通组织优化后道路服务水平有所提高，一定程度上缓解了交叉口高峰期拥堵情况。5 结束语本文以北京市光华路与东大桥路交叉口为例，通过调查该交叉口早晚高峰的交通量和信号配时等数据，分析该交叉口存在东进口流量较大且车道数较少，北进口左转排队长度过长等问题，分别从进口道渠化、信号配时和交通管理等方面提出优化方案。为验证优化方案的有效性，采用VISSIM软件进行建模仿真，在验证模型有效性的基础上，采用交通量、排队长度、停车次数和车辆延误等指标进行评价分析。分析结果表明：优化方案交叉口排队长度减少了11.6%，车辆平均延误减少了11.9%，行程时间减少了8.2%，停车次数减少了 10.8%，交叉口的运行状况得到了大幅度的改善，论证了优化方案的可行性。本文的研究成果可以为北京市的信号交叉口交通组织优化提供参考。参考文献：1 姬利娜，张金伟，亢凤林.城市道路畸形交叉口的交通改善方法J.重庆交通大学学报（自然科学版），2012，31（6）：1185-11882 范新科，陈政，王韩麒，等.多路交叉口交通组织精细化设计及案例分析J.宁波工程学院学报，2022，34（3）：21-27.3 赵晓燕.对城市快速路交通堵点微改造开展研究J.工程前言，2022，106（7）：29-324 王安格，邓明君，蒋雪晴，等.基于 VISSIM 的区域交通组织优化设计J.河北科技师范学院学报，2021，35（4）：69-785 龙科军，陈群.道路网络交叉口“禁左”交通组织优化J.北京工业大学学报，2011，37（6）：876-881.表8 交叉口优化前后停车次数对比表东进口西进口南进口北进口总量现状/次1.320.940.981.451.17优化方案/次1.190.880.871.221.02百分比（%）9.86.411.215.910.8绝对值的最大值为 20.8 km/h，最小值为 3.1 km/h。因此，可认为该滨海旅游公路的大部分路段线形为协调性好或较好，占比约 94.5%；仅 5#路段路线协调性不良，存在一定的安全隐患，需加强交通安全引导，设置好标志标牌。5 结论本文研究了滨海旅游公路的选线特征、总体布局理念、平纵横指标选择、路线方案评价方法等，主要得到以下结论：1）滨海旅游公路建设特征主要体现在公路两侧旅游资源不均匀和环保敏感性两方面；2）滨海旅游公路更注重沿线景观观赏性和艺术性，设计时可将其划分为滨海城市段、旅游观光段、景观过渡段，有针对性地布置车行系统、慢行系统、服务设施等；3）滨海旅游公路的平、纵、横指标的选择应基于现行设计规范，并结合其自身的特点确定；4）滨海旅游公路的路线方案确定后，建议利用相邻路段运行速度差值V85对行车安全性进行检验。参考文献：1 陈丽艳，陈育明.浅谈滨海景观绿化设计要点以石狮红塔湾旅游公路绿化设计为例J.绿色环保建材，2021（11）：183-184.2 吴美发.万宁滨海旅游公路设计总结与评价J.上海公路，2020（1）：27-31.3 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