王文璇，史本伟，李中豪
作者简介：王文璇（1992－），女，长安大学汽车学院硕士研究生，载运工具运用工程专业。
史本伟（1991－），男，长安大学汽车学院硕士研究生，载运工具运用工程专业。
李中豪（1992－），男，长安大学汽车学院硕士研究生，动力机械及工程专业。
摘 要：为了解决安康市巴山路与党校路十字型交叉口交通拥堵问题，首先，提出渠化方案，包括拓宽车道、机非隔离、设置交通岛等措施；然后，基于调查的交通流量，通过运用微观仿真软件VISSIM 4．30对改造前后的道路情况进行仿真；最后，通过分析得出的各项指标，分析渠化工程对通行能力、交通量、通行时间、服务水平等方面的影响。结果显示VISSIM仿真软件能够直观准确地对交叉口的交通情况进行仿真，渠化方案在一定程度上改善了交叉口的交通拥堵情况［1－3］。
关键词：交通规划；渠化工程；微观仿真；服务水平评价；VISSIM 4．30
Abstract：In order to solve the traffic congestion of the intersection of Bashan road and Dangxiao road，firstly，we can put for－ward the channelized solutions，including broadening the lane，the isolation between motor vehicle and non－motor vehicle and setting up a traffic island．Then，basing on the traffic flow in this intersection，we simulate the road and car condition before the channelization and after channelization by VISSIM．Finally，we can analysis the effect on travel capacity，traffic volume and travel time by channeling project．It shows that the software VISSIM can simulate the traffic at the intersection and the channelization project works at this intersection to reduce the traffic jam．
Key words：Channeling；Simulation；Assessment；VISSIM 4．3
1 引言
1．1 研究背景
城市交通是城市经济生活的命脉，是衡量一个城市文明进步的标志。交叉口是城市交通的关键，它是整个城市道路的“瓶颈”地带。道路由许多交叉路口连接而构成道路网。道路交通在平面交叉口处反复地分流、合流及交叉，使得该处的交通状况尤其复杂，所以城市交通拥挤问题往往突出表现在交叉口处。随着我国城镇化进程的快速发展，城市人口和机动车数量的不断增加，交通拥堵问题日益显著［4－5］。
位于陕西省东南部的安康市，属于一个中小城市，交通组成比较复杂，最显著的特点是电动车的数量极多，由于电动车的管理较为复杂，导致该城市的交通状况较差，交通拥堵较严重，针对这些现状，现选取安康市的巴山路与党校路的交叉口作为本文研究对象，提出一些切实可行的建议，从而改善安康市的交通状况。
1．2 研究目的及意义
随着交通量的飞速增长，城市道路平面交叉口的交通拥挤和堵塞情况越来越严重，尽管在城市内修建了一些基础设施，比如过街天桥、立交桥、地下通道等，其拥堵的情况得到了一定的缓解，但仍然不能得到完全地解决。交叉口是城市道路交通系统的重要组成部分，也是城市中的事故频发地点，交叉口的交通拥堵不仅会阻滞交通畅通，还会降低道路的通行能力。因此合理地对交叉口交通运行状况进行分析，找出拥挤堵塞的原因，合理地设计交叉口，有序地组织交通，对提高交叉口的通行能力有非常显著作用，从而增强整个城市路网的通行能力。本研究的具体目标如下：
1）规范车辆行驶、减少车流冲突，组织车流有序地经过交叉口，最大限度地发挥道路资源的利用率，挖掘交叉口的通行能力，缓解日趋紧张的交通局面，节约出行时间，缓解交通拥堵，提高行车速度，保证道路畅通；
2）能有效地保证行人和自行车的安全，减少车流的冲突，减少交通事故的发生。
交通仿真提供了先进的模拟道路交通的手段，对交叉口的优化改造提供了指导作用，对缓解交通拥堵有着重大的意义。本文采用VISSIM仿真软件对改善的措施进行仿真验证，是对信号交叉口配时优化的一种尝试，也为解决城市拥堵问题提供了一个新的思路。
1．3 国内国外研究现状
近年来国内交通仿真的研究自ITS的概念引入国内发展较快。其中交通部公路科学研究所、清华大学、北京交通大学等科研单位都展开了对交通仿真的研究，并取得了较为显著的成果。但是，目前国内在交通仿真领域的研究往往仅限于解决单一的问题，且很多都集中在对高速公路的研究，如对高速公路基本路段通行能力的仿真研究、对高速公路入口匝道范围的交通仿真、对双车道公路通行能力仿真研究等。
国外的交通仿真研究从20世纪50年代提出到现在基本上经历了三个较为明显的发展阶段。
第一阶段，20世纪50～60年代，为“诞生期”。
国外交通仿真研究开始于20世纪50年代，其中TRANSYT交通仿真软件是当时最具代表性的成果。“TRANSYT模型”是一种宏观的仿真模型，它是由英国的D．L．罗伯逊提出的，它被用来确定交通信号配时的最优值。在这一时期，交通仿真系统主要以优化城市道路的信号设计为目的，模型采用宏观模型，但是这些模型的灵活性和描述能力有限，仿真结果的表达也不是很理想，当然这也是由当时计算机的性能水平所决定的。
第二阶段，20世纪70～80年代，为“发展期”。
到20世纪70～80年代，由于计算机的迅速发展，交通仿真模型的精度迅速提高，功能也更加多样化。这期间的典型代表是“NETSIMU模型”，该模型是一个描述单个车辆运动和时间扫描的网络微观交通仿真模型，它对城市道路交通现象的描述精度达到了一个新的高度，大部分常见的交通现象如车流冲突、公交运行、跟车行驶、变换车道、行人冲突等，以及常见的交通控制管理措施如感应控制、车道关闭主、次优先控制、固定信号控制等均可通过仿真软件进行模拟，评价指标除了有常规的延误、排队长度、行程时间、停车等常规指标外，还有描述诸如油耗、排队溢出、废气排放等指标。
另外，模型对道路几何条件的描述也变得更为灵活，NETSIMU模型经过多次版本升级，其功能日趋强大，广泛应用于交通控制与管理系统方案优化、交通设计方案优化以及交通工程相关领域的理论研究方面，至今为止，NETSIMU模型仍是目前应用最为广泛的仿真模型。
第三阶段，20世纪90年代至今，为“成熟期”。
到了20世纪90年代初，随着国外智能交通系统研究的日益热门以及计算机技术的发展，老一代的仿真软件己无法适应ITS的发展需要，因此世界各国都展开了以ITS应用为背景的交通仿真软件的研究，并达到了交通仿真研究前所未有的高潮，出现了一大批的评价和分析ITS系统效益的仿真软件系统。
其中VISSIM是目前在我国应用最广泛的微观仿真模型，它是由德国PTV公司开发的微观交通流仿真系统，是一种微观的、基于时间间隔和驾驶行为的仿真建模工具，用以模拟和分析各种交通条件下（车道设置、交通构成、交通信号、公交车站等）城市交通和公共交通的运行状况，是评价交通工程设计和交通规划方案的有效工具。
1．4 研究目的及意义
城市交通拥堵问题日益严重，针对现在国内很多城市交通拥堵的现状，不少研究者从道路的实际现状出发，纷纷提出相应的渠化方案。本次研究主要针对安康市交通拥堵问题表现突出的典型十字交叉口提出切实可行的渠化方案并验证其有效性。具体内容如下：
首先在查阅大量文献资料的基础上，针对安康市的交通现状确定使用交通仿真软件VIS－SIM4．30来对其进行仿真分析；
然后在安康市巴山路与党校路十字交叉路口实际的交通流调查数据和实际的道路条件的基础上以理论分析为基础，进行数据的汇总分析，针对现有的交通状况提出相应的渠化方案，并通过计算对渠化方案做出简要评价。
最后再借助仿真软件VISSIM利用实地调研的数据对渠化前后的路口进行仿真，并根据软件生成的评价文件对渠化方案进行深入分析。
2 实地调查
2．1 调查内容
（1）交通量调查
调查时间为上午7：00～9：00，中午11：00～13：00，下午16：00～19：30，采用人工计数法。调查小组的四位同学对交叉口的四个进口道交通量进行统计，以15分钟为一个周期，需要统计出每个进口道小客车、大客车、大货车以及非机动车的直行、左转、右转的交通量。
（2）信号配时调查
交叉口信号配时的调查包括信号灯总周期、每个方向各相位时间长度、相序。
（3）道路现状的调查
调查交叉口各进口道的样式、车道数、车道宽度、车道功能和交叉路口周围的标志标线等道路设施。
2．2 调查结果
根据调查交叉口道路的各种数据和信号配时数据画出CAD图，如图1和图2：
图1 巴山路与党校路、东外环路交叉口示意图
图2 巴山路与党校路交叉口配时示意图
3 渠化方法
由于本次调研采用的是人工调查法，所以只采集到机动车和非机动车的流量，没有行人的数据。由图3可以看出各种交通方式所占比例，其中电动车的比例比一般城市大很多，这种特殊的情况也将导致此交叉口设计的特殊性。
图3 各种交通方式比例
根据调查结果，针对安康市的交通特点，现提出以下渠化方案。
（1）增加进口道数目，拓宽进口道宽度［6］
在一定信号周期下，拓宽进口道，增加进口道的数目可以增加交叉口的通行能力。在此交叉口由于东西向的巴西路受地理空间的限制不能拓宽，南北向的党校路和东外环路有拓宽的空间，故具体渠化方案如下：
a）交叉口北面进、出口道是由东内、外环路汇合而成，路幅宽度为19．4m。共有三个进口道，两个出口道，车道宽度均为3．5m。进口道外侧设置有1．8m宽的非机动车道，出口道外侧设置有1．6m宽的非机动车道。建议在交叉口前20m左右开始，将本面机动车道宽度调整为3m，同时向路侧拓宽2m，以增加一个3m宽的进口道。
b）根据统计的各方向的交通流量，将北口的四条进口道分别设置成两条右转车道、一条直行车道、一条左转车道。
c）党校路为双向三车道道路，路幅宽度为16．9m。设有两个进口道，内侧车道宽3．5m，外侧车道宽4．1m；一个出口道，宽3．5m。路侧设有2．4m宽的非机动车道。建议将本面机动车道宽度调整为3m，进口道路侧非机动车道宽度调整为1．5m，以增加一个3m宽的进口道。
d）根据统计的各方向的交通流量，将南口的三条进口道分别设置成右转、直行和左转车道。
（2）提前右转弯
提前右转可以缓解交叉口交通拥挤的现象，其原理在于通过让南北方向进口道的车辆提前右转，驶出交叉口，从而提高交叉口的通行能力［7，8］。由于不存在与其它流向的车辆产生冲突，因而对交叉口的干扰非常小，而且交叉口南北向满足提前右转的条件，即交叉口有充分的空间来设置提前右转车道而不影响非机动车辆和行人的过街。
（3）人行横道以及网格线前移
人行横道以及网格线前移可以减少车辆通过交叉口的时间，让更多的车辆在信号周期中的绿灯时间通过，提高绿灯时间的车辆通行率，大概率地减少车辆的延误，同样人行横道以及网格线前移也需要以交叉口有足够的空间为前提［9］。
故将交叉口的四个方向进口道的人行横道均向前迁移0．75m。
（4）设置交通岛
交通岛的主要功能为：指示和引导车辆行进；作为行人过街安全岛；设置交通设施；实施绿化等。渠化时在交叉口的西北角和东南角分别设置安全岛，引导行人二次过街，并且对机动车导向，缓解交通拥堵。
（5）机非隔离
由于非机动车的数量很大，并且在管理上存在很大的问题，所以造成非机动车不遵守交通规则，与机动车冲突，影响机动车运行；或者在绿灯放行时非机动车挡在机动车前，机动车不能充分利用绿灯时间，严重影响道路通行能力。所以在巴山东路全线设置矮护栏进行机非隔离，避免非机动车对机动车的干扰。
渠化后的交叉口如图4所示：
图4 巴山路与党校路交叉口渠化方案
4 确定信号周期
确定信号周期时，信号灯有个最佳周期时长，算法如下列公式［10－12］：
式中，C0是最佳周期长；Gg是每周期有效周期长；ggj是各相位有效绿灯时间；λj是各相位绿信比；
最短绿灯时间按下式计算：
式中，LP为行人过街长度（m）；VP为行人过街步速，取1．2m／s；I为绿灯间隔时间（s）。
计算的显示绿灯时间小于相应的最短绿灯时间时，应延长计算周期时长（以满足最短绿灯时间为度），重新计算。
将调查的结果带入1－5式，经过计算，可知信号灯最佳信号配比如图5所示：
图5 巴山路与党校路交叉口渠化后配时示意图
5 交叉口渠化前后仿真模拟效果
为了评估渠化方案的效果，使用仿真软件VISSIM来仿真，利用调查所得的数据对交叉口仿真，并根据仿真结果输出的数据来对渠化方案进行评价：
（1）行程时间评价
行程时间是指车辆通过检测区段的起点至离开终点的时间间隔。测得渠化前后的行程时间变化如图8所示。
由于0～900s的时间段是统计交通量的第一个时间段，记录交通量时存在较大误差，所以分析时不考虑该时间段。
从表中可以看到，渠化前后通过时间变化很大：南口到北口的行程时间缩短了一半左右，其中7200－8100时间段缩短了70％，表明车辆通过交叉口的时间明显缩短，通过能力明显提高；北口到南口的行程时间缩短幅度在10％到60％之间，在晚高峰期间大大缩短了车辆通过交叉口的时间，对所有驾驶员来说，都节省了驾驶总时间，提高了工作效率。
图6 渠化前的仿真图
图7 渠化后的仿真效果图
图8 渠化前后行程时间对比
（2）延误评价［13－14］
延误是指车辆穿越行程时间检测区段所需要的时间，即实际行程时间与理论行程时间的差值。仿真得到的延误数据生成图9：
通过图可以看出在相等距离的一段路中，延误增加，行车时间必然增加，图中渠化后延误都比之前减少：南口到北口的延误时间减少基本都在50％以上，最高可达80％，大大提高了道路的通行能力；北口到南口的延误时间减少的幅度在3％～78％内分布，在一定程度提高了道路通行能力。在次交叉口，对于晚高峰方向系数较大的路段来说，大大缓解了交通压力，也给驾驶员创造了一个相对舒适的开车环境［15－16］。
图9 渠化前后延误对比
（3）各方向交通量评价
交通量指在单位时间内，通过道路某一地点、某一点断面或某一条车道的交通实体数。交通量越大，表示道路在单位时间内通过的车越多，通行能力越强。交通量表格如图10所示：
图10 渠化前后交通量对比
从柱状图可以清楚地看到交叉口四个方向的交通量都不同程度地得到了提高，表明道路的通行能力增强了。
（4）停车评价
停车率反映了在一次绿灯放行的时间内，进口道排队的车辆是否能够一次通过，一次通过多少。渠化工程后，道路上车辆的停车次数大部分都减少到1次以内，表明大多数时间段内车辆在通过交叉口时，不需要二次停车便可通过交叉口，大大减少了在交叉口的延误，通行能力也随之提高。
（5）排队评价［17－18］
排队是从上游路段或连接器的排队计数器的设置位置开始计数，直至排队状态下的最后一辆车。VISSIM的排队计数器可以提供三类数据：（1）平均排队长度，（2）最大排队长度，（3）排队车辆的停车次数。渠化工程后排队的长度减少程度很大，不论是平均排队长度还是最大排队长度，排队长度减少可以提高道路的利用率。
（6）服务水平方面分析
信号交叉口的服务水平通常是用延误来说明。
从图中看到，交叉口在渠化工程之前，服务水平基本在D－E级，交通处于强制流状态，跟着前面的车辆停停行行，产生相当大的延误。渠化工程以后，服务水平基本在B－C之间，在这个服务水平下，交通处于稳流状态，车辆选择速度时会受到其他车辆影响，但相比E级的服务水平，驾驶员驾驶起来会感觉舒适很多。
表1 服务水平与延误时间对照
图11 渠化前后服务水平对比
6 渠化总结
交通问题一直在影响着很多城市，而交叉口是城市交通的关键，它是整个城市道路的瓶颈地带，交叉口的交通运行状态与整个城市的交通运行状态密切相关。因此，提高交叉口的通行能力降低延误就成了解决城市交通问题的关键。但是各个地方的交叉口的情况千差万别，如何根据具体的地理位置环境，设计出具有地方特色的交叉口，提出适合的渠化方案，即既能满足交通需求，又能反映地方文化底蕴，是一个比较困难的问题，本文结合实际情况提出了一系列符合安康“市情”的渠化方法，并通过仿真软件VISSIM生成的文件对渠化方案进行了评价，相信对有效地解决交叉口的交通问题，有一定的借鉴意义。
［1］ 丁喆．基于VISSIM的路网自动生成系统的研究［D］．北京：北京工业大学，2009．
［2］ 樊颖玮．城市交通微观仿真系统核心模块的分析与设计［D］．北京：北京交通大学，2006．
［3］ 郭敏，吴建平．微观交通仿真基础理论及应用实例［M］．北京：人民交通出版社，2012：3－154．
［4］ 安康中心城市道路交通路网规划．
［5］ 安康江南城区道路交通改善工程设计方案．
［6］ 任福田，刘小明．交通工程学．北京：人民交通出版社，2003．
［7］ 施泉．交叉口渠化设计的探讨．道路与交通．2005．6：6－7．
［8］ 张孜，徐建闽．交通渠化理论及应用研究．广东公路交通．2003．4：47－50．
［9］ 周楠森．城市交通规划［M］．北京：机械工业出版社，2011：5－17．
［10］马建明．信号交叉口优化设计及其微观仿真研究［D］．北京：北京工业大学，2001．
［11］杨佩昆，陆化普等．交通管理与控制．北京：人民交通出版社，2004．
［12］陶云，平面交叉口独立信号控制研究．成都：西南交通大学，2002：33－39．
［13］徐晓慧，王德章．道路交通控制教程．北京：中国人民公安大学出版社，2005．
［14］王炜，过秀成等．交通工程学．南京：东南大学出版社，2004．
［15］裴玉龙，张亚平等．道路交通系统仿真．北京：人民交通出版社，2004．
［16］徐晓慧，王德章．道路交通控制教程．北京：中国人民公安大学出版社，2005．
［17］万绪军．交通信号控制方式的设计．ITS通讯．2002．3：54－57．
［18］罗美清，隽志才．VISSIM在交叉口交通设计与运行分析中的应用［J］．武汉理工大学学报，2003，28（2）：232－235．
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