基于VISSIM仿真的道路交叉口改造后评价方法

田晓楠，于 淼，丁 磊

（天津市公安交通管理局，天津市 300051）

0 引言

为适应城市机动化出行的快速发展，很多大城市对路网中的瓶颈节点进行了改造。在改造过后，人们往往对改造效果只有一个感性认知，缺乏相对客观、量化的效益评价标准。

本文结合天津市南京路-新华路交叉口改造实例，对交叉口改造效益的量化提供了可借鉴的评价方法。

1 道路交叉口后评价技术方法研究

本文在后评价中首先采用Vissim对方案渠化、信号配时及协调、交通量等要素进行仿真和拟合，通过内置的节点评价得到详尽的、人为调查难以得到的（如碳排放量等）相关指标。

对这些不同的指标进行归纳和筛选，并提出效益指标的评价值域及方案总体权重的得分标准。

最后，结合层次分析法，在经过判断矩阵的构造和一致性判断后，根据上述评分标准对改造方案的后评价效益进行量化打分。

2 工程概述

城市居民出行机动化的快速发展给路网的通行，特别是中心城区关键节点的通行造成了很大的负荷。交叉口改造成为提高交通系统通行效率的重要手段。

南京路-新华路交叉口位于天津市和平区，南京路、新华路、成都道、泰安道共同构成该六路环岛交叉口。

南京路是天津最主要的骨架道路，串联南开、河东、河西等地区，沿线分布有五大道景区、滨江道商业金融服务区、小白楼商业区等人口稠密、交通出行强度较高的地区。南京路-新华路交叉口象限内有天津国际大厦等较大交通发生点与吸引点，如图1所示。

图1 南京路-新华路交叉口象限内交通吸引点

2.1 改造前问题分析

（1）环岛限制了南京路东进口所有直行车道的通行效率及车行流线；

（2）采用无信号控制，南京路西进口与成都道的车流一同涌入交叉口，形成瓶颈路段；

（3）泰安道高峰小时交通量在1 100 pcu/h以上，由于采用无信号控制，泰安道与南京路东进口的车流形成合流交织，泰安道车流左转河北路需横跨至少3条车道，阻碍后续车流通行；

（4）南京路上公交站及运行线路较多，高峰期间由于公交车机动性较差，消散效率低下；

（5）周边地区非机动车与行人生成量较大，在该节点与机动车冲突较为严重，存在较大安全隐患。

该交叉口改造前渠化及交通组织方案如图2所示。

图2 南京路-新华路交叉口改造前渠化方案

2.2 改造策略

改造主要从渠化、信号控制、交通设施加设、交通管理措施4个方面入手，总结出以下5条基本策略：

（1）拆除环岛，消除通行瓶颈；

（2）采用信号控制，分离交通冲突较大的进口通行；

（3）在保证车行流线顺畅的前提下缩小交叉口，以规范行车流线；

（4）以人为本，渠化安全岛以保证人、非安全，并合理加设护栏，消除安全隐患；

（5）修改、加设交通引导标志、标线。

2.3 改造方案

2.3.1 空间渠化设计

改造方案以南京路东西向和成都道、泰安道南北向为四路相交的X型交叉口来设计，再接入南北两段新华路完成项目改造方案（见图3）。

图3 南京路-新华路交叉口改造渠化方案

2.3.2 信号配时及线控协调

将南京路-河北路、南京路-新华路、南京路-湖北路3个交叉口纳入绿波系统，根据3个交叉口进口道车辆停止线由西向东180 m、140 m、270 m，由东向西235 m、50 m、300 m的间距，利用图解法设置相位、相位时长、相位差。

相位A：南京路西进口道直行+泰安道优先10 s右转+南京路东进口道直右75 s。

相位B：行人和非机动车利用相位全红时间完成过街和转向10 s。

相位C：成都道左直右同放65 s。

周期统一为150 s，使该交叉口与南京路-河北路交叉口相位差保持90 s，南京路-湖北路交叉口与该交叉口行为差保持28 s，双向的通过带宽度最大。

3 评价方法

3.1 方法概述

Vissim是一种微观的、基于时间间隔和驾驶行为的仿真建模工具，用于城市交通和公共交通运行的交通建模。它可以分析各种交通条件下（如车道设置、交通构成、交通信号、公交站点等）城市交通和公共交通的运行状况，是评价交通工程设计和城市规划方案的有效工具。

3.2 仿真模型

经底图导入、添加路段及连接器、定义交通属性、输入流量及路径、设置减速及让行规则、设置优先原则、解决冲突区域、设置信号灯等步骤，得到仿真渠化模型（见图4）。

图4 南京路-新华路及上下游交叉口仿真模型

3.3 评价模型

层次分析法（AHP）是将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。

采用层次分析法以评价交叉口改造效益，建立层次结构模型，如图5所示。

心理学研究表明，人们划分信息重要性等级的极限能力是7±2，因此采用9级标度法作为衡量元素之间重要性的标度。该方法成功将各元素之间的重要性量化，把重要性这一文字性的语言量化并求得最终权重[1]。具体标度规则见表1。

图5 交叉口改造效益评价层次结构模型

表1 九级标度法

评价并量化一个交叉口的改造效益，应从交通畅通效益（A1）、交通安全效益（A2）、环境及经济效益（A3）3个角度综合考虑与研究。以“安全第一”为原则，考虑该交叉口急需解决交通拥堵问题，使用9级标度法构造判断矩阵（见表2）。

表2 准则层判断矩阵

计算满足AW=λmaxW的最大特征根λmax=3.001 7，定义C.I=（λmax-n）/（n-1），R.I的取值见表3，对于阶数n＞2的定义CR=C.I/R.I=0.001 6＜0.10，一致性良好。

具体改造效益指标的含义、评价值域、对应标度及方案总体权重的得分标准见表4～表8。

表3 平均随机一致性指标R.I的取值

表4 具体改造效益指标

表5 具体指标九级标度

表6 B1九级标度

表7 B8九级标度

表8 改造效益评分标准

4 方案后评价

4.1 改造仿真分析

通过设置检测器、数据检测点、测算行程时间等操作，得到仿真运行画面（见图6），采集并筛选数据，以备后续评价。

图6 南京路-新华路交叉口仿真运行

根据改造前后Vissim及其附带模块等仿真得到主要采集数据（见表9）。

表9 改造前、后交叉口主要指标采集

4.2 基于AHP的方案后评价分析

针对 A1、A2、A3构造判断矩阵 （见表 10～ 表12）。

表10 交通畅通效益判断矩阵及权重

表11 交通安全效益判断矩阵及权重

表12 环境及经济效益判断矩阵及权重

计算 A1、A2、A3构造判断矩阵满足 AW=λmaxW的最大特征根 λ1max=5.109 2，λ2max=4.114 5，λ3max=5.119 2，定义 C.I=（λmax-n）/（n-1），对于阶数 n＞2的定义 CR=C.I/R.I，CR1=0.024 4，CR2=0.042 9，CR3=0.026 6，均小于0.10，一致性良好。

计算改造前、后交叉口效益ωA=0.176 8，ωB=0.823 2，即交叉口改造效益得分为85.856分，改造效果优异。

5 结语

本文研究的效益评价模型、参数选择和指标标准值域推荐是针对该交叉口的主要问题取值的。由于不同城市、不同区位，甚至不同研究人员对效益评价标准、各指标权重的侧重都不尽相同，因此本文旨在提出一种方法、指标体系及其实现工具。各城市在实际采用时，必须根据对交叉口及其所在地区的实际踏勘结果[2]，抓住主要矛盾，对参数进行调整，以获得符合实际的交叉口效益评价模型。

参考文献：

[1]李尚辉.城市道路畸形交叉口改造优化设计与评价研究[D].福州：福建农林大学,2015.

[2]范文博,张成,李佳.城市道路交叉口改造效益评价及实践[J].城市交通,2006(1):60-63.