基于VISSIM的逆向可变车道设计研究

揭国顺 范凡

摘 要：本文对逆向可变车道进行深入研究，并以南通市的一个交叉口作为改造对象，通过Vissim软件进行模拟分析，验证采用逆向可变车道后，该交叉口的四个交通指标均得到了优化，如平均排队长度指标降低了30.7%，平均延误时间降低了27.6等。

关键词：逆向可变车道 交叉口优化 交通管理 仿真分析

Abstract：This paper conducts in-depth research on reverse variable lane， takes an intersection in Nantong City as the transformation object， and conducts simulation analysis through Vissim software to verify that the four traffic indicators of the intersection have been optimized after the use of reverse variable lane， such as the average queue length index reduced by 30.7% and the average delay time decreased by 27.6.

Key words：reverse variable lane， intersection optimization， traffic management， simulation analysis

1 引言

由于城市交通日益严峻，传统的路口设计已越来越无法适应人类日益提高的道路需求，特别是对展宽有限的道路。国内外研究者为增强信号路口的通过能力而开始对非常规路口设计问题进行深入研究，其中，HUMMER[1]等人对U型回转交叉口与蝴蝶结型交叉口优缺点及其所特定的应用条件进行软件仿真模拟和分析；Reid[2]等将扇形交叉口作为主要研究对象，探究其设计策略及其所使用的规则进行仿真模拟及分析；Jagannathan[3]等利用Vissim软件进行仿真有效证实了将左转进行移位的操作能将道路交叉口改造前的平均延误指标大大降低；崔凯[4]根据当前道路交叉口设计中，左转逆向交通量较大的道路特征给出了对左转逆向可变行车线系统的优化设计优化方法;梁培佳等[5]将逆向可变车道交叉口的配时方案作出优化，以实现道路交叉口的通行效率的明显提升；曲大义等人[6]以潮汐车道与变向车道的协同优化为研究目标提出相关使用方案，以实现交通道路资源的合理分配。

总之，本论文旨在提升交叉口通行能力，以南通市世纪大道、工农南路交叉口为实例，对该路口南进口道方向左转逆向可变车道铺设前、后进行对比，选取评价指标对数据进行分析。

2 左转逆向可变车道的设置条件

左转逆向可变车道的设置有以下几个条件：

（1）进口道方向的各条车道饱和度都比较高，左转的交通流量都比较大，由此不能采纳空间渠化中增多车道数量的措施来对左转交通流的压力进行缓解。（2）配左转车道时，四相位信号交叉口。（3）左转保护相位以及直行保护相位会在左转逆向可变车道的左转保护相位确立之前进行交会式允许通行。（4）出口车道数不少于两条。（5）预信号与主信号需要满足一定的条件联合使用。

在信号相位上需执行先左转再直行或单口轮放相位序列，并于中央开口加入预信号以控制左转车流驶入逆向可变车道之时间与时长。而在交通管理中，逆向可变车道设置需采取相应的管理措施及交通秩序良好、行人及非机动车遵章率较高、机动车干扰较小时逆向可变车道实施所需条件。 在逆向可变车道实施初期，交通管制人员需引导，指挥车流。

3 逆向可变车道参数设置

3.1 逆向可变车道长度设置

文中对观测到的车辆更换过程中左转车辆以20km/h速度在预信号开口处更换车道进行了统计，车辆更换车道宽度采用左转车道宽度3.5米和中央分隔带宽度5米（1.5米）相加，并计算出预信号处开道长度12.9米。由于要避免多辆左转车辆同时驶入逆向可变车道，所以预信号开口长度不应设定过长，根据实际执行效果，可以将开口长度设置成15米。

3.2 逆向可变车道宽度及开口长度设置

对于设有逆向可变车道的入口道和出口道，要有相应的中央分隔带或者护栏硬隔离以避免碰撞，开口尺寸要符合左转车流的调头空间，据技术标准《城市道路交叉口设计规程》中显示，交叉口的出口道走向内各条行车道的宽度都不能少于路段行车道的宽度数值，大部分都不大于3.5m，且出口道方向的车道必须具备规定中提出的对掉头车辆的转弯半径的几何条件要求，此外，具备条件限制改造后的路口，其中出口道方向的每条车道的宽度数值大小都应该不得低于3.25，单位为米。切记不得在出口道上设置相应的禁止通行标志。逆向可变车道开口处上下游各50米处应避开公交站点、醫院以及出入口等人流量较大的单位，以防行人和非机动车从中央隔离带开口处穿越马路而影响正常交通流。左转车流转向后出口车道要有充足的空间以确保车流通过，以免左转车流锁死、溢出交叉口。

3.3 逆向可变车道交通标识设置

城市交叉口交通标志标线能够对交通出行者进行信息指引，交通规则功能，保障城市交通流正常通行。我国《交通标志标线规范》（GB51038-2015），《城市道路交通标志及标线设置规范》（GA/T527-2005）以及《城市道路交通信号控制方式适用规范》（GAT51038-2005），都包含了关于城市信号交叉口标志位置范围，大小，色彩，形状以及适用范围的明确规定与要求。逆向可变车道是一种新型交叉口通行模式，规范中未明确给出对应标志标线，但通过规范可以为城市信号交叉口潮汐车道和可变车道提供参考。目前在实行逆向可变车道设置的城市，济南市与深圳市均参照了上述规范中关于可变车道的设置，也可借鉴国外可变车道设置的方式及经验。

4 仿真分析

4.1 工农南路与世纪大道交叉口交通组织调查情况分析

文中选择南通市世纪大道与工农南路的平面信号控制路口进行模拟改造，改造内容为在图示位置铺设左转逆向可变车道，并利用交通仿真模拟软件（VISSM）对左转逆向可变车道建立前后路口的交通各指标情况进行了数据搜集，并加以分析验证。所选择的交叉口采用标准十字四路交叉形式，东进口道方向使用左、直、右车道各一条，无混行车道，采用左转保护相位以及直行保护相位来实现对交叉口的信号控制。西进口道方向以及南、北进口道方向均采用这样的条件布设。经过实地调查，由图可了解此路口的几何现状情况。铺设道路时使用宽度为3.5m的单向行车道。所调查的交叉口相位相序图见图3。此进口的南进口道走向中的左转专用车道的车流量大并且饱和度比1高，经过对比得出，此走向的车道进行左转逆向可变车道的铺设较为合适，包括交叉口几何条件、交通流量条件和信号控制条件，故在这里对交叉口进行改造并设置左转逆向可变车道。

4.2 交叉口车流量及信号控制情况实地调查

根据对世纪大道与工农南路交叉口进行实地调查，并在某天的早晚高峰、和两个非早晚高峰的平峰时段进行人工记录，得到了这四个时段的交叉口各进口道方向中各车道的交通流量数，所获得的数据情况见表1。得知该交叉口的交通流量较为稳定，南进口道方向的交通流密度在整个交叉口四进口道方向占比最大，其余几个进口道方向交通流量分布相对来说较小。早晚高峰两个时段中，南进口道走向和北进口道走向上直行和左转交通的流量分配都反映了潮汐交通流特性，因此此路口愈发满足了左转逆向可变车道设置对交通流量状况的约束，该改造很有必要，加设左转逆向可变车道可最大限度的减小对交叉口的改造成本，但能极大程度的减缓交通行车流在高峰时段的拥堵情况以及较大幅度提升道路的服务水平，减少尾气排放，践行可持续发展理念。

4.3 交通仿真验证

通过上述的实地调查获得的原始数据进行简单处理，并利用交通仿真模拟软件（Vissim）搭建所选交叉口的路网模型，设置相关参数，其中包括车辆跟驰模型选择、车辆期望速度范围设置、安全距离划定、冲突区域内让行规则的调配、车流量输入、减速区域的铺设、信号灯设置、信号控制机信号控制方案设置、以及在各路段指定位置设置检测器等一系列软件操作。能够较为合理的模拟出交叉口的在高峰时段真实的道路情况。本文不考虑非机动车和行人通行情况，着重于对所选交叉口的改造前、后的交通指标对比分析，改造内容为在制定位置按照改造标准铺设左转逆向可变车道。

选用连续仿真十次，随机种子增量为10，初始随机种子为12，仿真时间取600秒。以车辆检测器检测到的交叉口通过的车流数量代替实际通行能力指标。本文通过提取Vissim的数据然后选取指标进行分析，选取的指标为通过车流量、平均排队长度指标、车辆平均延误指标以及平均停车次数指标，其交叉口改造前、后的指标对比见表2。

经过对比后可知，对交叉口南进口道方向铺设了左转逆向可变车道后，所选的四个交通指标均得到好的改善，其中指标一（通过行车数）较改造前提高了约百分之二十一，指标二（平均延误）较改造前降低了约百分之二十八，指标三（平均排队长度）降低了约近40m，指标四（停车次数）降低了百分之二十二。种种数据显示，该改造能够在最小改造成本的情况下最大限度的改善路口的交通拥堵程度，且效果较好，提升了交叉口的通行能力。

5 结论与展望

本文以提高南通市世纪大道和工农南路交叉口道路通行能力为目标，对逆向可变车道展开研究，从左转逆向可变车道的布设条件入手，到逆向可变车道的参数设置，再用交通模拟仿真平台（Vissim）进行仿真，通过实地调查获取原始数据，CAD软件制作交叉口路网模型的底图，设置各项参数，并选取评价指标，对提取的数据进行分析，得出的结论显示相比改造前，该交叉口设置了逆向可变车道能较大的提升道路通行能力，从而达到降堵的效果。但由于时间和篇幅有限，本文仍然存在较多不足，在未来的研究中，笔者会引入合适算法对信号配时方案进行优化改进，将定周期控制方式进化为感应式控制和自适应控制方式，引入更多智能交通的科研理念，让传统交通实现高度智能化。

课题项目：南通理工学院2023届“优秀毕业设计（论文）培育计划”（BS202209）。

参考文献：

[1]HUMMER J E. Unconventional left-turn alternatives for urban and suburban arterials[J] ITE，1998，68（9）：26-29.

[2]REID J D. Using quadrant roadways to improve arterial intersection operations[J]. Ite Journal，2000，70（6）：34-36.

[3]JAGANNATHAN R， BARED J.Design and operational performance of crossover displaced left- turn intersections[J].Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board，2004，1881（1）：1-10.

[4]崔凱. 左转逆向可变车道的优化设计与控制策略[D].山东大学，2017.

[5]梁培佳.十字交叉口设置逆向可变车道后信号配时设计与仿真研究[D].北京交通大学，2017.

[6]洪家乐，曲大义，贾彦峰，郭海兵，赵梓旭.道路交叉口左转逆向可变车道设计研究[J].青岛理工大学学报，2020，41（03）：114-120.