基于VISSIM的远引调头组织效果研究.pdf

基于VISSIM的远引调头组织效果研究韦漠韩宗源韦玉柳3（1.广西警察学院交通管理工学院，广西南宁530 0 2 8；2.中国人民公安大学，北京10 0 0 91；3.河池市公安局交通警察支队一大队，广西河池547 0 99）【摘要】为验证禁左远引掉头方案的改善效果，文章以南宁市鲁班路与大学东路交叉口为例，运用定量计算与仿真分析相结合的方法，利用VISSIM仿真软件，依据采用远引掉头前后的仿真结果。利用主道上的中央分隔带将次路上的左转车流进行车流远引，实行远引掉头相比现状信号配时排队长度大幅度缩短，交叉口信号周期长度由194s缩短至8 4s，车辆平均延误降低2 4.6 9%，平均排队长度缩短了47.6 1%，效果改善较明显，说明远引掉头对平面交叉口优化设计具有较好的实用价值，可有效减少延误，提高运行效率。【关键词】远引掉头；交通流；交叉又口【中图分类号】U491Study on Organizing Effect of Remote Turn-Around Based on VISSIMAbstract:In order to verify the improvement effect of the remote turn-around prohibition scheme,this paper takes Luban Road andUniversity East Road in Nanning City as an example,adopts the method of quantitative calculation and simulation analysis,and uses theVISSIM simulation software,based on the simulation results before and after the remote turn-around.By using the central divider on themain road,the remote turn-around traffic on the secondary road was diverted far away.Compared with the current signal timing,thequeue length of the remote turn-around was significantly reduced.The signal cycle length of the intersection was shortened from 194 s to84 s,the average delay of vehicles was reduced by 24.69%,and the average queue length was reduced by 47.61%.The effect improvedobviously.It shows that the remote turn-around has good practical value to the optimal design of the plane intersection,which caneffectively reduce the delay and improve the operation efficiency.Key words:remote turn-around;taffic flow;intersection引言远引掉头交叉口是解决交叉口左转车流的交通组织方案，能简化交叉口相位，使用该方案可以让即将进行左转车流在进入交叉口前提前右转，远引掉头分流成直行的车流，将交叉口其中某个方向超负荷的交通流分流到其他通行能力相对较强的路段上，通过分流为饱和的路段减负，以能够减少路口的延误时间，平衡路口延误与路段延误1,2 ，适用于主次道路交叉口。有相关研究表明，间接左转在改变了车辆的运行轨迹和减少交叉口交通冲突点的同时，还可以有效转移交通量相对较大的交叉口的一部分交通负荷至路段上，做到有序引导车辆在路段上依次通行，在路口与路段运营效率之间找到一个平衡点，从而提高车辆运行的高效性以及安全性3,4。间接左转是交叉口左转的一种非传统的路口渠化方式，该方案的思路是由次干路上的车辆先右转进入主路，然后再利用主路上的掉头口来完成掉头。该方案在美国和部分【收稿日期】2 0 2 2-10-15【作者简介】韦漠，男，广西警察学院交通管理工学院教授级高级工程师，研究方向为交通工程、道路交通管理设施、道路安全管理。-1-【文献标识码】A【文章编号】10 0 8-1151(2 0 2 3)0 4-0 0 0 1-0 5欧洲国家已经成功得到应用。关于间接左转的一项研究证明，采用间接左转的交叉口车辆平均延误小于直接左转的交叉口5。Zhao等6 在美国对近2 6 0 个信号交又口的40 0 0 余起事故进行分析，结果说明采用间接左转的交叉口可以有效减少交通事故的发生，事故总数降低了2 6%。随后通过对城市路段及交叉口历史事故率的研究，提出了远引设置的4种形式以及车辆远引掉头距离理论，确定了不同道路条件下车道与掉头位置之间的最小和最佳间隔距离。虽然采取远引掉头能够有效提高交叉口通行效率，但其本质只是转移交通量到其他路段或者交又口，并且间接左转的方法需要针对不同的交通环境来制定运行路线，需要考虑到交叉口的整体交通渠化方式，比如道路宽度、相邻交又口的间距、交叉口的配时方案等，同时还要考虑到采用远引掉头后对周边交又口的影响程度及范围，只有在外部条件适宜时结合实际情况才适合采用间接左转的方式。因此需要充分考虑多种因素，选择适宜的交通组织方式，以降低交叉口的总延误，提高通行效率7 。本文将南宁市鲁班路与大学东路交又口作为研究对象，为验证间接左转的有效性，提出次路左转与主路掉头车流远引的交通组织方法，通过将次路上过饱和的左转车流引至主道上掉头，有效减少交叉口上的交通冲突。运用VISSIM微观交通仿真方法，明确左转远引掉头的设置思路及方案，缩短信号周期，提高道路运行效率，减少交叉路口的总体车辆延误时间，节约经济成本。1评价模型在交又口的分析评价当中，常用的评价参数有交叉口的车均延误或者交叉口饱和度，现采用交又口饱和度进行拥堵评价，再根据车均延误指标对交叉口左转设计方案进行比选。对设计方案进行仿真评价，相应延误评价模型8 如下：TDL=tL+t2Tu=tuI+t2+tt3式中：TDL为直接左转车均延误，S；T 为直接左转车均行程时间，S；t Li 为直接左转在车行道处的车均延误，S;tr3为直接左转在交叉口交叉区域的车均延误，s；t L3为直接左转车均行驶时间，S。TDUR=tRUI+t RU2TRU=tRUI+tRU2+tRU3+RU4I ru=(l/1000)Vw 3600=3.6/Vwtru4=(1/1000)V 3600=3.6l/Vr式中：TDUR为远引调头车均延误，s；T T R u 为远引调头车均行程时间，；tRUI为远引调头在车行道处的车均延误，S；t R U 2 为远引调头在调头区域车均延误，S；t R U 3为远引调头车在远引直行区域行程时间，S；t R U 4为远引调头车在远引交织区域行程时间，s；为调头区域远引距离，m；Vw 为远引交织区域车速，km/h；V为远引非交织区域车速，km/h。饱和度计算公式如下：2=SE=g+A-1CC式中：入表示绿信比，是指一个信号周期内某相位的有效绿灯时长与信号周期时长的比值；gE为有效绿灯时长，S；C为信号周期时长，S；g 为绿灯显示时间，S；A 为黄灯时间，S；1为启动损失时间，S；默认黄灯时间为3s，启动损失时间为3S。饱和度指进口车道实际交通量与进口车道通行能力的比值，通行能力等于进口车道的饱和流率与绿信比的乘积。因此，饱和度计算公式如下：X=CAP式中：V为进口车道实际交通量，pcu/h；C A P为进口车道通行能力，pcu/h；S为进口车道饱和流率，pcu/h；入为进口车道绿信比。为了应对高峰小时的需求波动，使用高峰小时交通量来计算饱和度，公式如下：一X=CAPS2一式中：q表示进口车道高峰小时交通量；PHF为进口车道高峰小时流量系数。交叉口平均饱和度取各进口车道饱和度以进口车道流量为权的加权平均值。X=ZixiZiqi式中x,为进口车道i高峰小时饱和度；q;为进口车道i高峰小时交通量，pcu/h。2交叉口现状调查2.1交又口管理现状及现存问题本实例分析选取南宁市鲁班路与大学东路交叉口进行仿(1)真模拟运行，该交叉口附近小区众多，处于广西大学周边，(2)人流量大，在每天的高峰时段，尤其是晚高峰，交通流量大，车流通行的效率低。文中所用的数据均来自实地交通调查，仿真采用的数据为2 0 2 2 年7 月2 9 日17:30 至18:30 的一小时交通流量。大学东路为东西向主干道，以直行交通流为主，为重要交通干路，鲁班路为次干路，左转进入主路的车流占(3)比较大，但目前由于车流量过大及不合理的信号配时，车辆(4)排队的队伍过长，造成车辆启动时间慢、车辆在交叉口频繁变道等一系列问题，车辆经过交叉口平均车速约为35km/h。(5)为了对该交叉口存在的问题进行分析并优化，本次调查(6)采用录像法来获取实例交叉口的交通量，调查时间为17:30至18:30。调查期间，在交叉口的各个进口道安排一名调查员同时进行一小时的拍摄。在整理好各类数据后，统计各个方向的交通量，按照车型将交通量换算成当量交通量，统计结果如图 1 所示。鲁班路（北进口）2091(7)9S（口）?19663051627712610V(8)SV/PHFS26148191893460(东进口)193940660215161619鲁班路（南进口)图1各进口流量示意图（辆/小时）(9)(10)大学东路-2-表1交叉口各进口现状评价据实地调查，结合渠化现状图2 可知，次路（鲁班路）车流量接近于主干路的车流量，左转进入主路的车流量大于直行的车流量，由于次路的道路通行能力有限，在进行信号配时的时候就需要分配更多的绿灯时间供次路的车辆通行，这就导致主干路上直行的车辆排队时间过长，单次绿灯时间无法清空车道上的车辆，造成二次排队的现象，交叉口总体通行效率不高。（口）班量道路鲁班路（北进口)鲁班路（北进口)大学东路（东进口）大学东路（东进口）鲁班路（南进口)鲁班路（南进口)大学东路（西进口）大学东路（西进口）整体专向左转直右左转直右左转直右左转直右饱和度排队分析(m)1.16409.090.7356.070.82115.160.9491.381.14379.600.6850.560.7699.900.8771.730.90延误分析(s)149.3478.7078.6790.94139.3877.1073.2284.3097.14(口形非)器班最大学东路（东进口）二二0.731.16大学东路(东进口)0.940.82大学东路（西进口）920280班路（南进口）大学东路(西进口)图2 渠化现状图调查得到交叉口的现状信号相位配时：该交叉口信号共有4个相位，周期为19 4s，黄灯时长3s，如图3所示。0.901.140.68图4各进口道饱和度鲁班路(南进口)1饱和度0（口邢）班岛78.70149.34139.3877.10第1相位：43秒经过实地观测，该交叉口在信号控制方面存在以下问题：信号周期过长，车辆排队时间过长，易引起驾驶人和乘车人的不满；信号配时分配不合理，南北方向的直行相位（第3相位）以及东西方向的左转相位（第2 相位）时常出现在绿灯时间无车辆通过的情况。2.2交口现状评价根据调查数据计算交叉口现状的饱和度及延误指标，具体结果如表1所示。各进口道饱和度和延误情况见图4、图5。第2 相位：57 秒图3信号配时第3相位：34秒第4相位：40 秒大学东路(东进口）90.9478.6797.14鲁班路(南进口)大学东路（西进口）图5各进口道延误-3-2.3交通组织及信号配时调整2.3.1交通流组织规划间接左转的方法可以根据不同的道路条件以及车流量设置为不同的形式，目前广泛应用的有街巷绕行式、右转回绕式、直行回绕式等。间接左转的方法有街巷绕行式、右转回绕式、直行回绕式等。本文根据实际交通状况，基于现有的道路条件和车流量，提出对鲁班路左转车流远引掉头的组织方案。将鲁班路原本左行的车辆通过右转一前行一掉头（R-S-U）的方式实现左转，将过饱和的次路的交通流引入承受力更强的主路上，缓解次路通行能力无法满足现有通行能力的问题，并且通过减少鲁班路的左转相位来减少交叉口的信号周期长度，从而减少其他方向车流等待左转专用相位而造成的延误，通过提高各方向车辆的通行频率来避免信号周期内绿灯时间的浪费。依据左转远引技术的设想对交叉口的交通流组织进行调整，需要左转车辆在双向的直行车辆放行时，右转进入空置车道直行，在绿化带或隔离护栏开口处完成掉头后直行通过交叉口，以此实现左转。重新组织后车流具体运行路线如图6 所示。2.3.2信号控制方案调整在调整方案中，将交叉口的信号方式由四信号控制变为三信号控制，即东西直行为第1相位，东西左转为第2 相位，南北直行为第3相位。相位调整后各交叉口配时如表2 所示。表2 信号配时（单位：s）相位交叉口第1相位绿黄红绿黄红绿黄红鲁班路一大学东路2632253218322.4VISSIM仿真分析本文利用VISSIM仿真软件，根据调查得到的数据，对南宁市大学东路一鲁班路交叉口进行建模仿真。VISSIM是一款微观仿真软件，它可以充分考虑路网运行中的各种影响因素，如车辆行驶速度、车道类型、车辆种类、驾驶行为、信号控制等。经过多个周期的运行，通过平均车辆延误、车辆排队长度等多项指标，综合评价路网服务水平。为了更好地比较远引掉头的提升效果，先对交叉口现状的信号配时方案即传统的四相位信号方案进行配时优化，再利用VISSIM对优化后的方案进行仿真评价。最后根据优化后的交叉口交通组织方案来对大学东路一鲁班路交叉口进行周期第2 相位第3相位模拟仿真。结果如表3所示。84图6 车流组织方案表3VISSIM仿真结果排队长度（m)现状改造后北进口左转直转右转东进口左转直转右转南进口左转直转右转西进口左转直转右转总评价最大排队长度（m）现状改造后51.1196.6855.949.306.3711.7338.318.5741.0923.626.3776.8666.326.3730.4232.026.3720.66车辆延误（s）现状改造后66.20106.6144.8816.2761.8463.4532.5093.4570.5416.27143.365.77123.227.2016.2713.2653.4333.8963.8316.2711.35143.36服务水平车辆延误现状改造后E54.9125.8210.4433.8367.7320.8355.57105.9410.4482.4920.4881.6812.8710.4473.9270.1794.3645.3210.4494.3646.37DBEEBF23.29F4.34B22.09D40.58E34.55DCCCFCACDC-4-通过前后两次仿真结果可以看出，大学东路一鲁班路交又口的总体服务水平为D，东西南北四个进口道总体服务水平分别为D、D、E、E，现状交叉口服务水平较差。交叉口东西进口道直行车辆的平均延误较大，主要原因在于南北方向的信号配时时间过长，在主路上等待的车辆过多，导致东西方向直行放行时车辆通行效率不高。由于南北进口道左转交通量较大，南进口直行车辆的排队长度过长导致左转车辆无法正常通行，左转车流通过交叉口的时间相对较长，导致了交叉口信号周期和车辆等待时间过长，排队长度较长。在对鲁班路上的左转车流进行远引后，交口信号由4相位变为3相位，大大缩短了信号周期时长。并且将交叉口冲突点转移至路段上，减少了交叉口上的交通冲突，由路段分担了交叉口的交通压力，交叉口服务水平由D提升至C。3讨论随着社会的发展进步，交通量也持续增长，小汽车已经成为人们日常出行的主要方式。但在机动车保有量不断增加的同时，中小城市交通管理和道路条件水平却没有及时得到相应的提高，城市道路和老城区道路暴露出了渠化不合理、道路拥挤以及交叉口信号控制不合理等问题，交通拥堵的问题越发明显，无法得到改善。关于大城市信号交又口交通组织优化设计的研究，我国目前已十分成熟，但是在实际中很多三四线城市的交通组织及交通要素构成与一线大城市并不相同，无法直接照搬大城市的管理模式，比如三四线城市非机动车数量远高于一线城市的非机动车数量，道路条件也远不如一线城市，所以灯控交叉口的渠化设计和信号控制需要结合实际情况，针对各个城市的特点来进行进一步的研究。本文选取南宁市大学东路与鲁班路交叉口作为实例研究的对象，研究目的是验证实施远引迁回设计后对十字交又路口运行效率的改善效果。基于VISSIM交通仿真软件，对不同交通组织方案下的交叉口进行仿真运行。对交叉口交通量、几何条件、信号设置等进行了调查。对交叉口交通组织、信号相位及配时重新进行调整。采用了迁回远引交通组织方案，将次路的左转车流引入主干道进行远引掉头；将交叉口由4信号相位改为3信号相位并配时。用VISSIM仿真模拟软件来评价该实施远引线控前后交又口运行的服务水平。分别比较了排队长度、延误等方面的差异，结果优于现状，从理论上验证方案的有效性和可行性。4结束语本文以南宁市大学东路一鲁班路交叉口为例，结合交叉口的实际情况，通过调查得到的数据，对交又口当前的运行状况进行评价，交叉口交通组织的优化主要从信号配时和车辆运行路线两方面着手，利用VISSIM进行仿真分析。通过前后两次的仿真，对交叉口进行对比分析，选取车辆平均延误、平均排队长度和最大排队长度三个评价指标。从仿真结果可以看出，采用远引掉头并将远引造成的延误计算入交又口延误当中后，交叉口整体服务水平也有较大提高，交又口的车辆平均延误减少了2 4.6 9%。本文关于远引掉头在远引区域的车辆组织缺乏具体的组织方案，有待进一步研究，研究成果可以为交通管理部门解决城市道路拥堵问题时提供参考。【参考文献】1】徐吉谦，陈学武交通工程总论M.北京：人民交通出版社，2 0 2 0.2 郑倩.远引调头组织方式的交通效果评价研究D.长春：吉林大学，2 0 0 7.3 CHOWDHURY M,DEROV N,TAN P,et al.Prohibitingleft-turn movements at mid-block unsignalized driveways:Simulation analysisJ.Journal of Transportation Engineering,2005,131(4):279-285.4 National Research Council.Access management manual(2003)R.Washington:National Research Council,2003.5 ZHOU H,LU J,YANG X,et al.Operational effects ofU-turns as alternatives to direct left turns from drivewaysJ.Transportation Research Record Journal of the TransportationResearch Board,2002,1796:72-79.62ZHAO R,FAN J,LIU P.Selection of optimal U-turnlocations for indirect driveway left-turn treatments on urbanstreetsJ.Journal of Southeast University,2010,26(4):628-632.7刘博，吴海兵，江浩，等十字信号交叉口左转远引掉头组织方式及影响分析C.第四届湖北省土木工程专业大学生科技创新论坛论文集，2 0 11:10 6-110.8邱美华，林雨平，方欣欣，等，远引调头车辆对主路交通流的影响分析.太原学院学报(自然科学版)，2 0 2 1,39(2):35-41.-5-