基于VISSIM仿真的城市交通路口优化设计

成军宇　王宁　白彦凯

摘 要：道路交叉口是道路交通流的集中地，它既是道路系统中的重要节点，也是容易发生道路交通问题的区域。随着中国国民经济的不断发展，城镇化进程日益加快，产生了一系列的城市交通问题，也使得城市交通体系的压力逐年加大。道路交叉口的设计方案的合理性，将影响到城市交通道路工程的整体安全性以及畅通性。采用科学合理的规划理念，先进的方式和技术手段进行交叉口的设计尤为重要。文章以武陟县连固线和云叶线交叉口为例，通过分析交通信号交叉口的交通特性和机动车辆运行特性，找出存在的交通问题。制定优化设计方案，并使用VISSIM仿真软件进行仿真、评价其优化设计方案。

关键词：城市交通路口 连固线与云叶线 优化设计 VISSIM仿真

Optimization Design of Urban Traffic Intersection based on VISSIM Simulation

Cheng Junyu Wang Ning Bai Yankai

Abstract：Road intersection is the concentration of road traffic flow， which is not only an important node in the road system， but also an area prone to road traffic problems. With the continuous development of China's national economy， the urbanization process is accelerating， resulting in a series of urban transportation problems， which also makes the pressure on the urban transportation system increase year by year. The rationality of the design scheme of road intersections will affect the overall safety and smoothness of urban traffic road projects. It is particularly important to adopt scientific and reasonable planning concepts， advanced methods and technical means to design intersections. Taking the intersection of Liangu Line and Yunye Line in Wuxian County as an example， this paper analyzes the traffic characteristics of traffic signal intersections and the operation characteristics of motor vehicles to find out the existing traffic problems， formulates the optimization design plan， and uses VISSIM simulation software to simulate and evaluate the optimization design scheme.

Key words：urban traffic intersection， connecting line and cloud leaf line， optimization design， VISSIM simulation

1 背景

道路作為城市交通的主动脉，将各个道路交叉口进行连接，道路交叉口的顺畅与否直接决定了整个道路交通是否顺畅，从而影响到整个城市，同时道路交叉口也是整个城市车辆与人流交汇的重要节点，由各个方位的车辆、各种的车辆组成了复杂的交通状况，是道路拥堵的主要矛盾焦点，从而非常容易引起车祸与堵塞，也由此使得道路交叉口成为了城市中非常混乱的交通部分，交通事故的多发、拥堵导致了道路网通过能力严重下降，而杂乱的道路交叉口也就此成为城市高效运行的阻碍。

交叉口是城市交通中问题最多的部分，通过选择正确的管理形式和正确的渠化设计措施，优化现有问题，组织交通模式，可以充分利用路口的容量，合理利用路口的空间资源，保证车辆沿路的安全和高效运行，减少路口的事故，改善整个城市路网的连接现状。因此，设计和优化城市道路是极为重要的。

2 城市道路交叉口渠化设计

2.1 渠化交通的方法

交通渠化的主要功能是确定各交通流对道路的空间使用权，从而提高交叉口的安全性，提高交通效率，减少事故频率。一般有以下几种方法：（1）通过在道路上设置车道标线、隔离带或绿化带，将交通流分开并在交叉口内隔离，这将减少冲突点的数量。（2）通过建立交通岛来引导车辆交通，减少冲突区域，从而降低事故发生频率。保证行车安全。（3）通过限制交通岛进入的车道宽度，车辆的速度得到限制，以降低因超车而导致发生事故的可能性。（4）布置交通岛，分离混合交通流，保护转弯和直行车辆。

2.2 交叉口信号控制

通过信号灯控制能够将交叉口原本互相矛盾的混合交通流及时地分离出来，所以城市道路交叉口交通秩序管理中最为常见以及效果最好的手段之一就是信号灯控制。信号控制参数包括信号周期、信号相位和绿信比。在交叉口通行能力计算中，通常将这3个指标作为综合考虑的重要因素之一。其中，信号周期和信号相位都是影响路口通行效率关键的两个要素。

3 案例分析—以连固线与云叶线交叉口为例

3.1 交叉口周边区域概况调查

该交叉口南北有常庄村、央庄村等多个村庄，以及超市、商场和一些公司，东西方向的连固线是通往山西晋城的要道，运送煤炭的大型车辆较多。交叉口附近较多村庄以及公司，在早晚高峰期都是上下班人员以及接送孩子上学的高龄人员，因此早晚的交通量较大，会出现早高峰与晚高峰现象的成间歇性拥堵，并且非机动车在等待信号灯时会扎堆聚集，不按规定行驶，随意掉头、逆行等，影响交叉口处交通安全。

3.2 连固线与云叶线交叉口交通特性分析

当交叉口处不同进出口道的交通流汇聚于某点时，由此引起的冲突我们称之为交通冲突，它包括分流冲突点、合流冲突点以及交叉冲突点3种冲突形式。其中以分流冲突点最容易引起驾驶员驾驶行为上的混乱，而合流冲突点会引发车辆行驶速度不协调等问题；而交叉冲突点则是在一定条件下造成交通拥堵的一种现象。这三类冲突均可导致交通事故，危及行车安全。

连固线与云叶线交叉口机动车冲突示意图如图1所示：

（1）根据图1对连固线与云叶线交叉口车辆冲突的分析能够得出：交叉口存在两处交叉冲突点都是因机动车左转而造成的，连固线的东进道口、西进道口都存在一处分流冲突点，东出口道以及西出口道都存在一处合流冲突点。云叶线的南北进口道都有一处分流冲突点，两处出口道与连固线进口道车辆都存在合流冲突点。

（2）云叶线的左转车辆进入到连固线行驶时会与连固线进道口的直行车辆发生冲突，停车次数会增加。

总之，在连固线与云叶线交叉口左转弯会造成交叉冲突，进道口处车辆会造成分流冲突，出道口处则会造成合流冲突，并且连固线的大型车辆较多，车辆的启动和停驶时间较长。当该交叉口的交通量增大时，会很容易出现交通混乱，增大交通延误时间，甚至出现交通事故。

3.3 连固线与云叶线交叉口存在的问题

通过对连固线与云叶线交叉口的实地调查，总结出目前连固线与云叶线交叉口的交通问题，具体分为以下几点：

（1）云叶线进口道的左转车辆会与直行车辆冲突、连固线进道口与通过人行横道的行人发生冲突，延误通行时间；

（2）交叉口处缺少停车让行，减速慢行等标志。缺少人行横道标志用来提醒行人，防止横穿马路而造成事故；

（3）连固线近道口处停车线与人行横道距离过近，并且中重型车辆较多，制动时间较长，如遇到突然加速强行通过交叉路口的行人时，司机来不及制停，容易造成交通事故；

（4）交叉口处照明灯杆距离过远，夜晚交叉口照明条件较差，行人通过人行横道时安全性较差；

（5）云叶线北进道口一处人行横道信号灯损坏，妨碍行人通行；

（6）交通标线模糊不清，交叉口处两条人行横道标线磨损严重、模糊不清；

（7）对非机动车辆的控制力度不够，非机动车交通意识薄弱，交通违规现象较多。经常出现非机动车辆驾驶者不戴头盔、违规载人、并排行驶等现象。在高峰期内，存在较大安全隐患。

4 连固线与云叶线交叉口优化设计

4.1 渠化设计方案

通过对交叉口进行合理的优化设计，可以有效解决该交叉口的交通安全并提高其通行效率。连固线与云叶线交叉口目前采用的是信号控制方式，现将信号相位配时优化设计与渠化设计相结合，做出该交叉口的优化设计方案[8]。

对连固线与云叶线交叉口的渠化设计方案如图2所示：

对连固线与云叶线交叉口做出了以下的渠化设计：

（1）道口处设置安全岛，减少转弯车辆与行人的冲突点，缩短行人通过人行横道的时间，以确保行人的安全。

（2）将云叶线的进道口分为左转、直行和右转三车道，直行与右轉车道分别设置专用车道，以提高通行效率。

（3）提前停车线，以保证行人在经过人行横道时的安全。

（4）在各个进道口方向设置右转弯导流线，减少冲突点，缩短通行时间。

（5）在连固线东进口处设置非机动车道，通过绿化带进行隔离，为行人提供方便，提高通行效率。

另外，对破损的路口交通信号灯进行维修，方便行人通过，保证行人安全通行。在交叉口处添加人行横道标志提醒行人安全通过交叉口，添加减速慢行标志，提醒转弯车辆礼让行人。

4.2 信号控制优化方案

连固线与云叶线交叉口信号相位配时优化：东西直行绿灯时间50s黄灯3s为第一相位，东西左转绿灯时间20s黄灯3s为第二相位，南北直行绿灯时间20s黄灯时间3s为第三相位，南北左转绿灯时间15s黄灯3s，各方向右转车辆一直通行。增加云叶线南北进口道左转相位，彻底消除云叶线南北进道口处左转车辆与直行车辆的交叉冲突点。将连固线东西直行绿灯时间由60s调整至50s，云叶线南北直行绿灯时间调整至20s，提高交叉口处车辆通行效率。

4.3 优化方案评价——VISSIM仿真

通过VISSIM仿真软件可以对道路当前和优化设计后的交通运行情况进行模拟，建立出不同的交通流量评价指标，从而评价优化设计方案的效果。

本次对连固线与云叶线交叉口的现状以及优化设计方案分别进行两次仿真，取仿真评价结果的平均值，连固线与云叶线交叉口现状与优化设计方案仿真评价结果对比如表1所示：

优化方案评价结果较现状交叉口评价结果，平均排队长度减少12.12m，交叉口的排队延误时间减少3.54s，车辆延误时间减少1.46s，交叉口处通过的车辆及人数得到提高。

优化设计方案实施成本较低，效果提升明显，平均排队延误、排队长度与平均停车延误均有所降低，对云叶线增加了左转相位以后，彻底消除了云叶线进口道直行车辆与左转车辆的交叉冲突，大大提高了交叉口的安全性以及通行能力。设置安全岛，为行人提供等待区域，提高了行人的通行安全性。设置云叶线右转专用车道，减少了冲突点，交叉口的通行能力得到提高。

5 结语

随着城市道路交通量快速增长，道路交叉口通行能力已经无法满足快速增长的交通量，对道路交叉口的优化设计也成为了必要的选择。

本文就连固线与云叶线交叉口现状进行调查，分析其交通特性，针对其交通问题设计出优化方案，并用VISSIM仿真软件进行模拟仿真，验证了方案的可行性，为解决其他交叉口的交通问题提供了参考。文中主要以交叉口运行效率为出发点设置的评价指标，目前还存在一些局限性、片面性，还应该从安全指标、环境指标等方面考虑。

项目来源：2022年校级课程教学资源库《道路工程》HHJTXY–2022kczyk066。

参考文献：

[1]李光灿.简述城市道路交叉口交通组织优化设计[J].黑龙江交通科技，2018，41（07）.

[2]周海娟. 基于VISSIM仿真的城市信号交叉口交通组织优化研究[D].长安大学，2015.

[3]马晓旦，刘杰.基于VISSIM的控江路与敦化路交叉口优化设计[J].物流科技，2019，42（07）.

[4]杨飞. 道路平面交叉口交通组织优化研究[D].长安大学，2016.

[5]交宣.公路交通事故多发点段交通安全改善建议[J].汽车与安全，2019（04）：25-32.

[6]姜峰. 城市道路交叉口信号智能控制方法研究[D].南京航空航天大学，2014.

[7]黄燚海.城市多路交叉口改善方法研究与实例分析[J].西部交通科技，2016（03）.

[8]徐建忠，钟周雄.城市道路平面交叉口优化设计浅析[J].工程经济，2021，31（07）.