基于VISSIM仿真的中心城区重要节点控制方式研究

邱 乾，何 婷，蒙 艺

(广西交通技术职业学院，广西 南宁 530023)

0 引言

道路交叉口控制方式的选择是否合适，直接影响道路通行能力的高低。特别是在城市中心区，路网交叉口密集，若某个节点控制方式不合理，往往会造成相邻路口及周边路网的拥堵[1]。因此，有必要研究中心城区重要节点控制方式的选择。

城市交叉口的运行效率评价一直是国内外专家学者研究的热点问题。国内外相关专家从功能布局、用地发展、交通运行和城市景观等方面对城市交叉口的控制方式进行研究。曾康琼[2]在研究平面交叉口控制策略的基础上，利用VISSIM软件建立单路口微观仿真模型，并将其应用于路口的优化改造；徐玉莲[3]对交叉口进行功能分级，并考虑交通量、局部环境等影响因素，提出交叉口控制方式的一般方法；刘永红等[4]采用交通成本效益、能耗成本效益和环境成本效益作为指标，建立交叉口综合指标评价模型，对不同流量条件下交叉口控制方式进行仿真并评价相应的交叉口综合运行成本。

这些研究成果为交叉口控制方式的研究提供了有益的参考。本文利用VISSIM仿真软件，通过建立多路口仿真模型，定量测算不同控制方式下路口及相邻路口的运行指标，以评估其运行效率。

1 仿真模型构建

民族—滨湖路口位于南宁市民族大道与滨湖路、双拥路的交接处，民族大道为东西向主干路，滨湖路及双拥路为南北向主干路。交通高峰时期，该路口交通流量多，信号延误大，一旦出现交通拥堵，将影响民族大道的交通运行，因此民族—滨湖路口的改造具有必要性。VISSIM是一款基于时间与驾驶行为的微观仿真软件，可用于模拟和评价城市交通的运行状况[5]。为定量评估民族—滨湖路口不同控制方式对城市路网承载能力的影响，利用VISSIM微观仿真软件对民族—滨湖路口控制方式进行模拟，以定量评估交叉口采用不同控制方式的影响。

1.1 仿真路网构建

仿真路网的构建是VISSIM仿真的基础。为了更好地评估民族—滨湖路口控制方式对周边路网的影响，将研究节点和相邻交叉口纳入仿真路网，共6个路口：即民族—滨湖路口、民族—园湖路口、民族—茶花园路口、民族—金洲、滨湖—嘉宾路口及双拥—桂春路口(如图1所示)。

图1 研究节点及相邻交叉口区位分析图

1.2 节点流量预测

从分析范围内主骨干路网流量来看，北侧东西快速路、东侧厢竹大道、南侧青山路和西侧园湖路这4条道路的流量大，形成区域路网流量环。这4条道路形成的环形通道内部流量较大的道路依次是民族大道、长湖路、东葛路、茶花园路、滨湖路和双拥路，其中东西向的民族大道流量最大。除了区域外围4条道路形成的交叉口外，区域重要流量转换节点有民族大道园湖路口、民族大道茶花园路口、民族大道滨湖路口、园湖东葛路口和东葛长湖路口。

对重要交叉口流量、流向的分析可以有效地为立交的选型提供定量的参考依据，本研究对园湖路口、茶花园路口、滨湖路口及金洲路口的流量均进行了详细的转向流量的预测(如表1所示)。

表1 2025年民族—滨湖路口及相邻路口的交通流量分布表(pcu/h)

1.3 评价指标选取

为了科学、全面地评价交通的运行状况，需要在容易操作的前提下，尽可能地考虑所有的影响因素。从传统的评价方法中可以看出，多采用塔式的多因素评价指标体系，然而这种评价指标体系很复杂，给评价带来了不便[6-8]。

本文选取交叉口的平均延误、平均排队长度、平均停车次数等作为仿真路网的评价指标。这3个指标可以直接用来判定交通是否处于拥堵状态，其中平均延误反映了交叉口的总体交通流状况；平均排队长度反映了交叉口进口道上排队车辆的长短；平均停车次数反映了交叉口进口道上车辆启停次数的多少。

2 基于VISSIM的仿真分析

2.1 仿真方案

交叉口控制方式可分为平面交叉口和立体交叉口两种。为了评估民族—滨湖路口控制方式的影响，选择平交方案、分离立交方案及互通立交方案作为仿真测试方案，其余交叉口采用现状控制的平交方式。

2.1.1 民族—滨湖路口方案一

方案一为平面交叉口方案，如图2所示。以交通管理为主，小规模增加交通供给为辅，在空间上平衡交通流。从交叉口、公交站点、非机动车道及人行过街设施这4个层面设计民族—滨湖路口的交通改造方案，提高路口通行能力，满足南进口转向交通需求；落实公交优先发展政策，优化公交站点设施；设置非机动车、行人过街设施，保障慢行交通系统安全畅通。

图2 民族—滨湖路口平面交叉方案布局图

2.1.2 民族—滨湖路口方案二

方案二为分离立交方案，效果图如图3所示。通过增加交通供给，保证民族大道主线交通的畅通，同时提高路口转向通行能力，将路口交通转换对交通流的影响降至最小。第一层为民族大道与滨湖路的信号交叉口，第二层为民族大道跨线桥。立交范围内均设置集散车道，左转车流及公交车、非机动车均在集散车道内通过。

图3 民族—滨湖路口分离立交方案效果图

2.1.3 民族—滨湖路口方案三

方案三为苜蓿叶互通立交方案，效果图如图4所示。滨湖路位于第一层，民族大道位于第二层。大规模增加交通供给，提高路口通行能力，将路口交通转换对交通流的影响降至最小。立交范围内均设置集散车道，左转车流及公交车、非机动车均在集散车道内通过。

图4 民族—滨湖路口苜蓿叶互通立交方案效果图

2.2 仿真结果

2.2.1 方案一仿真结果

晚高峰期间的方案一仿真路网(见图5)，虽然交通流量较大，但是交通运行秩序良好，无大规模的交通拥挤现象产生，大部分交通流均能在信号控制交叉口两个绿灯周期内通过。

图5 民族—滨湖路口平交控制方式下路网仿真结果示意图

改造方案一路网交叉口服务水平如表2所示：民族—茶花园路口和民族—滨湖路口服务水平为E级；民族—园湖路口服务水平为D级；滨湖—嘉宾路口和双拥—桂春路口服务水平为C级。

表2 民族—滨湖路口方案一路网仿真结果对比表

2.2.2 方案二仿真结果

由于民族—滨湖路口与相邻交叉口的通行能力不协调，存在两处交通“拥堵点”(见图6)：(1)A处为民族—茶花园路口东进口，由于直接承接民族—滨湖立交大量交通流流量，导致进口道通行能力不足，出现拥挤现象；(2)B处为民族大道跨南湖桥东侧主辅道合流点，由于东进口直行车流(主道)、北进口右转车流(辅道)及南进口左转车流(辅道)的合流交织车流过大，导致合流点通行能力不足，出现拥挤现象。

图6 民族—滨湖路口分离立交控制方式下路网仿真结果示意图

改造方案二路网交叉口服务水平如表3所示，民族—滨湖路口的服务水平为F级；民族—茶花园路口为E级；民族—园湖路口服务水平为D级；滨湖—嘉宾路口和双拥—桂春路口的服务水平为C级。

表3 民族—滨湖路口方案二路网仿真结果对比表

2.2.3 方案三仿真结果

由于民族—滨湖路口与相邻交叉口的通行能力不协调，存在3处交通“拥堵点”。其中A和B处与分离立交方式相同，C处为新增“拥堵点”，由于民族—滨湖立交南进口左转车流排队过长，蔓延至双拥—桂春路口，直接影响双拥—桂春路口正常运行。如图7所示。

图7 民族—滨湖路口互通立交控制方式下路网仿真结果示意图

改造方案三路网交叉口服务水平如下：民族—滨湖路口南进口左转匝道平均延误523.0 s，服务水平为F级；民族—茶花园路口和双拥—桂春路口的服务水平为E级；民族—园湖路口服务水平为D级；滨湖—嘉宾路口服务水平为C级。见表4。

表4 民族—滨湖路口方案三路网仿真结果对比表

2.3 方案比选

根据仿真结果，发现民族—滨湖路口采取平交控制方式后，节点交通延误较大，但交通秩序较好，大部分车流都能在两个绿灯周期内通过交叉口，而且对相邻路口影响不大，协调性较好；而采取立交控制方式后，无论分离立交方式还是互通立交方式，虽然提高了路口的通行能力，让一部分车流运行顺畅，但过多交通流的集聚，路口及周边路网难以得到有效疏散，导致民族—滨湖路口另一部分车流及相邻路口(双拥—桂春路口)严重阻塞，如表5所示。

表5 民族—滨湖路口三种控制方式下的路网仿真结果对比表

交叉口控制方式的选择应与整个路网交通流的均衡状态相适应，重点考虑高峰期研究路口与上下游交叉口流量的均衡分布。民族—滨湖路口建设立交能大幅提高立交口的通行能力，但会吸引大量车流，从而加重上下游和周边路网交叉口压力，严重影响周边路网高峰期交通运行。因此，在相邻交叉口均为平交路口的前提下，民族—滨湖路口应采取平交控制方式。

3 结语

本文建立了多路口的仿真模型，能定量测算改造节点不同的控制方式下，仿真路网各交叉口的运行指标。仿真结果表明，在相邻交叉口均为平交路口的前提下，改造节点应采取平交控制方式；若采取立交方式，则会加重相邻交叉口交通压力。节点控制方式的选择是路网节点控制布局的关键，因此研究成果可为南宁市中心城区的立交布局及节点改造提供参考。