VViissssiimm在城市交叉口信号配时方案优化中的应用——以“粤海门村”交叉口为例

邹 亮，潘 洲，王思淼（深圳大学，广东 深圳 518060）

ZOU Liang,PAN Zhou,WANG Si-miao (Shenzhen University,Shenzhen 518060,China)

0 引言

近年来，随着我国经济突飞猛进的发展，城市私家车数量与日俱增，城市交通状况也变得极为复杂且日益恶化。目前道路拥堵问题已成为城市交通面临的突出问题。交叉口作为城市交通网络的重要组成部分，处理不好，交通拥堵问题将尤其突出。解决城市道路交叉口问题是解决城市交通的关键，如何确定最优的交叉口信号配时方案一直是科研工作者和工程技术人员关注的问题[1-5]。

本文提出通过Vissim交通仿真软件，对优化配时选方案进行仿真模拟，并与现有配时方案就交叉口交通运行参数进行对比，从而验证优化配时方案的有效性。经过对深圳大学周边交叉路口进行观察发现，在晚高峰时段（18：00～19：00）粤海门村交叉口，会出现拥堵现象，加之此时段为学生晚间上课时间，电单车、自行车较多，存在一定的安全隐患。针对以上诸多问题，本文拟对粤海门村交叉口现有信号配时方案进行，减少延误、降低运行时间，提高交叉口的通行能力、更好地利用有限的道路资源，并利用Vissim建立微观交通仿真模型，对方案的有效性进行验证。

1 交通数据调查分析

1.1 交叉口几何特性和交通量

粤海门村交叉口东西方向为双向六车道，其中一条左行车道，两条直行车道，设置右行辅道，不设右行专用车道；南北方向为双向四车道，其中一条直左车道，一条直行车道，设置右行辅道，不设右行专用车道。

依据粤海门村交叉口交通流特性，采用人工技术法对该交叉口晚高峰（18：00～19：00）的交通量进行调查。具体调查结果如表1所示。

表1 粤海门村交叉口道路条件及晚高峰流量统计表

表2 粤海门村交叉口人行道条件及晚高峰流量统计表

1.2 原有配时方案

粤海门村十字交叉口采用四相位信号定时控制，信号周期为111秒。具体相位及绿灯、黄灯时间如图1所示。

图1 现有配时方案图

2 模型的构建与修正

2.1 仿真模型的构建

利用Vissm仿真软件，对粤海门村交叉口的交通流进行仿真所需要的条件包括道路条件、交通条件和信号配时方案，其中道路条件包括车道数、车道宽度、车道长度等；交通条件包括交通组成、交通量、车辆基本性能等；信号配时方案包括相位、绿灯时间等。

（1）道路条件中的车道数、车道宽度依据实际情况，如表1、表2所示。

（2）交通条件中的交通量以及实际调查的交通流数据，如表1、表2所示。

（3）配时方案中的相位、绿灯时间依据实际情况，如图1所示。

（4）车辆的几何尺寸选用Vissm软件中2D模型中的类似车型尺寸和速度根据粤海门村交叉口具体情况设置，如表3所示。

表3 车辆特性参数设置表 单位：m、km/h

依据粤海门村交叉口平面布局（如表1所示），在Vissim仿真软件中建立仿真模型，依据表3中的车辆特性，并分别将表1、表2、图1中的交通流量数据与信号配时方案输入模型中，最后得到该交叉口交通仿真模型，如图2所示。

2.2 模型的修正

微观模型修正的基本方法：通过交通微观仿真软件Vissim，对已建立的十字交叉口微观模型进行服务水平的评价，输出得到各个进口的延误，再与实地测得的延误进行对比，对模型进行改进与匹配。

经过对粤海门村十字交叉口的观察得知，由于南北方向西侧的人行横道车流量与人流量比较大，导致南进左行车辆在行进过程中产生冲突。该路口仿真模型对于该位置的冲突区设置时，左转车辆应该为人行横道交通流让行，这样也造成了北进直行方向的车辆延误的增加，但是实际路况却不是如此。实际情况一般都是行人为左转车辆让行。以至于模型中出现了如此大的车辆延误。北进左转方向的延误也是同样道理。

在发现问题之后，对仿真模型进行修改。将东西方向的人行横道的冲突区域修正为：人行横道交通流让行于左转车辆。修正之后再对模型进行评价输出。表4给出了修正前后仿真结果延误数据比较，模型修正后延误总误差由41.7下降到了12.1，下降了71%。

表4 修正前后延误数据对比表

3 配时方案的优化与评价

3.1 配时方案的优化

在此处引入“等效交通量”的计算方法，方法如下：

（1）等效交通量

在根据交通量确定信号灯周期长度时，需要将交叉口交通量转换成等效交通量，换算公式为：

式中：Ve——等效交通量，（pcu/h），直行；V——交叉口进口实际交通量，（pcu/h）；H——公交车、货车车辆数，（pcu/h）；L——左转车车辆数，（pcu/h）；n——进口有效车道数。

（2）周期长度

式中：T——周期时间；P——相位数；Ve——等效交通量，（pcu/h）。

当周期长度确定后，便可按相交车流的等效交通量比例分配给各相位绿灯通行时间。

将表1的数据代入上述公式得到：

计算得到的信号灯周期与原信号灯时间相符合，取T=111s

有效绿灯时间为：111-3×2=105

南北方向的绿灯时间为：106×299/971=31s

与原信号灯配时相比较，南北方向绿灯时间缩短5s，在不改变东西方向左行绿灯时间的情况下，将东西方向直行绿灯时间延长5s，得到的优化配时方案如图3所示。

图3 优化配时方案图

3.2 仿真结果分析

对该交叉口信号配时方案优化前后的交通状况分别进行十次模拟仿真，得出各种交叉口交通评价指标，经整理得出该交叉口的仿真结果，如表5所示。

表5 原方案与优化方案的Vissim评价对比

仿真结果表明：优化方案使得交叉口人均延误时间下降了16.6%，停车时间下降了19.3%，平均排队下降了10.6%，通行量增加了2.4%，说明优化配时方案能够有效提高该交叉口的服务水平，提高通行率。

4 总结

运用等效交通量法对粤海门村十字交叉口的信号灯配时进行改进，并通过微观仿真软件Vissim进行评价，与原配时方案进行比较，结果表明优化配时方案能够有效提高该交叉口的服务水平，提高通行率，并为后续信号配时方案调整提供参考。

[1]陆化普.智能运输系统[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]刘运通，石建军，熊辉.交通系统仿真技术[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]林晓辉.Vissm交通仿真软件在地铁施工交通影响分析中的应用[J].物流科技，2012(9)：44-46.

[4]苗浩轩，王景成,等.基于Vissim和Matlab的信号等控制策略研究[J].微型电脑应用，2012(12)：5-7.

[5]张丽.基于Vissim仿真的城市道路交叉口优化设计[J].交通标准化，2012(4)：135-138.