基于VISSIM仿真的道路交叉口改造后评价方法

2018-05-04 02:24田晓楠
城市道桥与防洪 2018年4期
关键词:南京路渠化标度

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.

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