基于VISSIM仿真的学府路与谷阳路交叉口优化设计

杭佳宇，周溪召 （上海理工大学 管理学院，上海 200093）

基于VISSIM仿真的学府路与谷阳路交叉口优化设计

杭佳宇，周溪召 （上海理工大学 管理学院，上海 200093）

平面交叉口的交通行为复杂，易受到交通环境、人流、车流的影响，并因为其交通安全性差，通行能力低而成为影响城市道路通行能力的“瓶颈”。并且，随着城市机动车社会保有量和年增长幅度的逐步提高，作为在城市道路网中起着转换交通流向作用的平面交叉口，其面临的交通矛盾日益突出，所以得出平面交叉口的交通治理在城市交通管理中越来越重要。文章以镇江市学府路—谷阳路交叉口为例，首先对交叉口的早高峰进行交通量调查，运用VISSIM软件进行微观仿真，然后对交叉口进口道进行渠化设计、信号配时优化，将优化前后的仿真结果进行比较分析，得出：运用VISSIM软件对交叉口进行优化设计，能够降低交叉口车辆的行程时间与平均延误，从而提高交叉口通行能力，缓解交叉口交通拥堵情况。

交叉口；交通拥堵；交叉口渠化；信号配时；交通仿真

0 引 言

城市交通是城市经济生活的命脉，是衡量一个城市文明进步的标志，对于城市经济的发展和人民生活水平的提高起着十分重要的作用。在我国，随着经济的迅猛发展和城市化进程的加快，机动车保有量快速增长，导致了交通需求与道路设施之间的尖锐矛盾。据统计，机动车在城市市区中的旅行时间约有三分之一花在了平面交叉口，60%以上的交通事故发生在平面交叉口及其周围[1-2]。作为城市交通网的重要组成部分，交叉口是道路通行能力的瓶颈和交通阻塞及事故的多发地。城市的交通拥堵，大部分是由于交叉口的通行能力不足或没有充分利用造成的。由此可见，对交叉口实行科学的管理与控制是交通控制工程的重要研究课题[3]。

VISSIM交通仿真软件应用于城市交通网络（特别是交叉口）交通运行状况仿真分析及交通方案的优化与评定，为在我国的复杂混合交通条件下确定交叉口乃至整个城市交通组织方案提供了一条切实可行的新思路和新方法，具有良好的操作性和实用性[4-6]。本文以镇江市学府路—谷阳路交叉口为例，首先通过信号配时优化，然后在VISSIM仿真的基础上，提出空间优化设计方案，最后对时空优化后的交叉口重新进行信号配时优化，并通过VISSIM仿真，发现该交叉口的交通效益有了很大的改善。

VISSIM系统是一个离散的、随机的、以0.1s为时间步长的微观交通仿真软件。车辆的纵向运动采用了德国Karlsruhe大学Wiedemann教授的心理—生理跟车模型；横向运动（车道变换）采用了基于规则（Rule-based）的算法[7-8]。不同驾驶员行为的模拟分为保守型和冒险型。Wiedemann的跟车模型是迄今用于计算机交通仿真的最为精确的模型之一，基于这一理论基础而开发的微观交通仿真软件VISSIM能够较真实地反映和重现实际交通状况，具有广泛的实用价值。VISSIM软件系统内部由交通仿真器和信号状态发生器两大程序组成，它们之间通过接口来交换检测器的呼叫和信号状态。

交通仿真器是一个微观的交通流仿真模型，它包括跟车模型和车道变换模型。信号状态发生器是一个信号控制软件，它以仿真步长为基础不断地从交通仿真器中获取检测信息，决定下一仿真时刻的信号状态并将这信息传送给交通仿真器[9]。

VISSIM仿真软件可以生成一系列的评价指标，这些指标是对路段、车辆、公交、信号灯等仿真元素在仿真运行过程当中状态变化的记录或者某个参量的累加，这些指标使得可以对仿真过程中各个元素的运行状态进行量的判断[10]。VISSIM的操作使用主要分为三大步骤（如图1所示）：

图1

1 交通调查

交叉口是交通量调查的重点对象。与路段相比，交叉口的交通情况非常复杂，因此，交叉口的交通量调查一般采用人工观测法进行观测。另外，交叉口附近的车辆检测器采集到的数据也可以利用，对交叉口交通量进行人工观测时，每个交叉口的进口至少需要一个观测人员，当交通量较大时，为了保证精度，每个路口最好安排三个以上的观测人员，分别观测直行、左转和右转车流，必要时甚至对不同车型也应分别观测[11]。

交叉口的调查应选择在高峰时车流、人流最大的时刻进行。当机动车高峰、自行车高峰和行人高峰不重合时，可分别测定，找出它们之间的关系及其合成量最大的数值。

对学府路与谷阳路交叉口进行交通量调查，调查早高峰期间的交通量，调查时间为7am～8am。调查期间，在交叉口附近小区的楼道里对交叉口进行录像拍摄，时间为1小时，分三次拍摄，每次20分钟。摄像结束后，对视频内的车流量进行整理，每个进口道分左转，直行，右转三个流向进行统计；同时，将车型分为小、中、大、非机动车四种车型进行统计。

通过交通调查，获得学府路—谷阳路交叉口的基础数据，通过搜索获得学府路与谷阳路交叉口的卫星地图，将地图作为仿真底图。

对学府路—谷阳路交叉口早高峰的交通量进行整理换算得表1。观察早高峰期间学府路—谷阳路交叉口的信号配时，早高峰期间的配时为：第一、三相位24s，第二、四相位17s。谷阳路与—学府路交叉口早高峰相位图如图2所示。

表1 学府路—谷阳路交叉口早高峰交通量

图2 谷阳路—学府路交叉口早高峰相位图

图3 学府路—谷阳路交叉口路网图

2 建模仿真

（1）现状分析。对学府路与谷阳路交叉口早高峰进行微观仿真，在四个进口道设置行程时间检测器。记录东进口道与南进口道各个方向行驶车辆的行程时间和平均延误，将输入文件的数据进行整理，进行分析。学府路—谷阳路交叉口路网图如图3所示，对学府路—谷阳路现有交叉口机动车进行仿真如图4所示。

图4 学府路—谷阳路交叉口机动车仿真图

通过仿真，将VISSIM仿真的输出文件进行整理，得到东进口道与南进口道上各流向车辆的行程时间、平均延误，如表2所示。

（2）优化设计。对学府路与谷阳路交叉口各进口道进行渠化设计：

东进口渠化：将进口道设为四车道，分别为一条左转专用车道，一条右转专用车道，两条专用直行车道，出口为三车道。

西进口渠化：将进口道设为五车道，分别为一条左转专用车道，一条右转专用车道，三条专用直行车道，出口为两车道。

南进口渠化：将南进口设为四车道，分别为一条左转专用车道，一条右转专用车道，两条专用直行车道，出口为三车道。

表2 优化前东进口道和南进口道各流向车辆行程时间与平均延误表

北进口渠化：将北进口设为五车道，分别为一条左转专用车道，一条右转专用车道，三条专用直行车道，出口为三车道。

相应的优化信号配时：第一相位35s，第二相位22s，第三相位26s，第四相位24s。优化后的信号灯周期为119s。

在VISSIM软件中对优化后的学府路—谷阳路交叉口进行重新仿真，将优化仿真后的结果与优化前的仿真结果进行对比分析。学府路—谷阳路交叉口优化后的路网如图5所示，仿真如图6所示。

图5 优化后交叉口路网图

图6 优化后交叉口仿真图

重新对VISSIM仿真的输出文件的数据进行整理，得出优化后学府路—谷阳路交叉口东进口道与南进口道上各流向车辆的行程时间和平均延误，如表3所示。

表3 优化后东进口道和南进口道各流向车辆行程时间与平均延误表

（3）对比分析。将学府路—谷阳路交叉口优化前后的仿真结果进行对比，结果如图7、图8所示。

图7 学府路—谷阳路交叉口东、南进口道优化前后车辆行程时间对比图

由图7分析可以得出，对学府路—谷阳路交叉口进行渠化、信号配时优化后，早高峰期间，经过交叉口的大部分车辆的行程时间均有所下降，尤其是南进口的左转车辆，车辆行程时间下降十分明显。由图8分析可以得出，学府路—谷阳路交叉口早高峰期间的车辆平均延误都减少了。综上分析可以得出，通过对交叉口的信号配时优化与渠化设计，可以改善交叉口的车辆运行情况，有效缓解交叉口的车辆拥堵和延误情形。

3 结论

本文以镇江市典型交叉口，学府路—谷阳路交叉口为例，运用VISSIM仿真软件进行微观仿真。通过对交叉口进行信号配时优化和交叉口渠化设计，然后对时空优化后的交叉口重新进行VISSIM仿真，根据仿真结果，对输出文件的数据进行整理，运用软件分析得出，通过学府路—谷阳路交叉口车辆的行程时间和平均延误均有所下降，该交叉口的交通效益有了很大的改善。

文章在研究过程中主要考虑了机动车对于城市交叉口通行效益的影响，而交叉口的实际通行效益不仅受到机动车的影响，还受到行人、非机动车等其他因素的影响，尤其在一些中小城市中，非机动车的保有量也在不断提高，对城市交通的影响也越来越严重。因此，对城市路网中交叉口通行效益的研究有待深入。

图8 学府路—谷阳路交叉口东、南进口道优化前后车辆平均延误对比图

[1]陶云.平面交叉口独立信号控制研究[D].成都：西南交通大学（硕士学位论文），2002.

[2]Al-Salman,Salter RJ.The Control of right-turning vehicles at signal-controlled intersections[J].Traffic Engineering& Control,1974,115(15):683-686.

[3]Shebeeb Ousama.Safety and efficiency for exclusive left-turn lanes at signalized intersections[J].Institute of Transportation Engineers,1995,65(7):50-56.

[4]张锦，高世廉.中国城市道路交通控制系统发展研究[J].西南交通大学学报，1997,32(1):44-49.

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Optimum Design of Xuefu Road-Guyang Road Intersection Based on VISSIM Simulation

HANG Jiayu,ZHOU Xizhao (Management School,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)

The traffic behavior at the intersection is complex,it is susceptible to traffic environment,crowd and traffic flow.Because of the intersection's poor traffic safety and low traffic capacity,it becomes a bottleneck of urban the road capacity.Moreover,with the gradual increase of the number of urban motor vehicles,the traffic conflicts at the intersection are becoming increasingly prominent.Therefore,the traffic control of the intersections is becoming more and more important in urban trafficmanagement.In thispaper,the intersection of Xuefu Road and Guyang Road is taken as an example.First,the traffic volume survey is carried out at the intersection.VISSIM software isused formicro simulation.Then,the channel design of the intersection is optimized,and the simulation is optimized.The results show that the VISSIM software can be used to optimize the design of the intersection,which can reduce the travel time and average delay of the vehicle,so as to improve the traffic capacity of the intersection and alleviate the traffic congestion.

intersection;traffic jam;intersection channelization;signal timing;traffic simulation

F570

A

1002-3100(2017)12-0092-04

2017-10-11

杭佳宇（1992-），女，江苏镇江人，上海理工大学管理学院硕士研究生，研究方向：交通规划与管理；周溪召（1964-），男，浙江宁波人，上海理工大学管理学院，教授，研究方向：交通规划与管理。