城市交叉口信号配时优化研究

摘要：城市的快速发展伴随着日益嚴重的交通拥堵，提高道路的通行能力，减少交通拥挤是城市发展必须要解决的问题；其中信号交叉口的通行能力影响着整个城市道路，因此，对信号交叉口进行更加优化的组织及渠化，对整个城市交通的改善有着显著作用。本文首先介绍评价仿真软件VISSIM的理论基础；以贵阳市观山湖区长岭南路和阳关大道交叉口为例，通过分析该交叉口的调查数据，提出该信号交叉口配时优化方案，再利用VISSIM对现状和优化方案进行仿真研究分析。结果表明，该交叉口的整体服务水平由现状E级提升至D级。

关键词：VISSIM；交通仿真；信号配时优化；信号交叉口

0 引言

城市道路信号交叉口是城市道路的重要节点，它把城市道路相互连接起来构成道路网，其通行能力直接影响城市道路的通达，交叉口的交通流密度过大，将会造成路口的拥挤与堵塞，影响城市道路的正常运行，而提高信号交叉口通行能力、减少交叉口停车与延误是城市道路交通追求的目标，鉴于此，本文以信号交叉口为研究对象，通过典型交叉口的调查，探究其通行能力，并分析信号交叉口的运行状况[1]。

1 信号配时参数

城市平面交叉口的通行能力主要表现在车辆不同行驶方向形成的冲突点，冲突点越多，表明该信号交叉口通行能力和安全系数越低。因此，需要对交叉口进行渠化以及采用信号灯进行控制，从而提高交叉口的通行能力。

2 VISSIM系统模型

VISSIM是由德国PTV公司研发出来进行交通仿真的软件，VISSIM是从微观角度对交通流进行仿真，该仿真系统以0.1s作为时间步长进行微观仿真，具有随机性和离散性，同时，VISSIM还采用德国的Wiedemann教授开发的心理-生理跟车模型作为车辆纵向运动模型，横向运动的算法是采用Rule-based算法[2]。VISSIM交通仿真系统由交通仿真器和信号状态发生器两个程序组成，交通仿真器包括车道变换模型以及跟车模型；信号发生器是一个信号控制的软件，它的信息的获得是通过仿真步长来从交通仿真器里不断地检测的，并将下一个仿真的时刻的信号状态传递给交通仿真器[3]。

3 工程实例

3.1项目概况

以贵阳市长岭南路（南北向）与阳关大道（东西向）交叉口为研究对象，该交叉口几何形状为正十字形交叉口，车道宽度为3.5m。其中南北进口为双向八车道的城市主干道，东西进口为双向六车道的城市次干道。

3.2现状交通量数据调查

为了体现出该交叉口高峰时段的道路通行能力，此次调查时间为上午8：00-9：00，车辆总共分为小汽车、非机动车以及公共汽车（该路段在8：00-9：00am限制货车及大客车通行），具体调查数据如表1所示。

3.3现状配时方案

该交叉口采用四阶段信号控制，周期时长为145s，其中各阶段绿灯时间间隔黄灯时间为3s，现状相位配时方案为（1）阶段东进口绿灯时间为20s、（2）阶段北进口绿灯时间为45s、（3）阶段西进口绿灯时间为25s、（4）阶段南进口绿灯时间为55s。

3.4现状仿真

将调查后的现状数据运用VISSIM进行仿真，仿真结果为：

（1）南进口左转平均延误为85.6s、排队长度103.5m、停车次数193次、饱和度为0.74；直行平均延误为95.2s、排队长度124.3m、停车次数650次、饱和度为0.95；右转平均延误为63.4s、排队长度30.3m、停车次数43次、饱和度为0.45。整体服务水平为F。

（2）东进口左转平均延误为60.2s、排队长度60.1m、停车次数260次、饱和度为0.85；直行平均延误为81.5s、排队长度78.4m、停车次数340次、饱和度为0.92。整体服务水平为E。

（3）北进口左转平均延误为65.8s、排队长度147.5m、停车次数268次、饱和度为0.63；直行平均延误为115.3s、排队长度200.2m、停车次数753次、饱和度为1.13；右转平均延误为57.3s、排队长度40.5m、停车次数40次、饱和度为0.55。整体服务水平为F。

（4）西进口左转平均延误为65.4s、排队长度98.7m、停车次数297次、饱和度为0.73；直行平均延误为75.8s、排队长度99.5m、停车次数512次、饱和度为0.87；右转平均延误为44.3s、排队长度16.8m、停车次数36次、饱和度为0.43。整体服务水平为D。

长岭南路与阳关大道相交交叉口的服务水平较低，整体服务水平为F，虽然东、西进口的服务水平未达到最低水平，但平均延误时间、排队长度以及饱和度也较大。仿真结果说明，该交叉口的有效绿灯时间分配不满足行车需求，因此必须提高该交叉口的服务水平、优化该交叉口各进口的相位绿灯时间同时使各进口车流的饱和程度均衡。

3.5优化结果仿真及分析

采用Webster方法对该交叉口信号优化配时进行计算，Webster模型是以车辆延误时间最小为目标来计算信号配时的一种方法，其核心内容是车辆延误和最佳周期时长的计算[4]。经过计算之后，最优周期时长为150s，优化后具体相位配时方案为（1）阶段东进口绿灯时间为23s、（2）阶段北进口绿灯时间为48s、（3）阶段西进口绿灯时间为27s、（4）阶段南进口绿灯时间为52s。

将优化后的交叉口进行仿真，运用VISSIM软件仿真之后，交叉口南、北进口的服务水平变为E，北进口直行方向的饱和度减小到0.98，相比现状下降了13.3%；同时，整个交叉口的总体服务水平达到D级，平均延误更加均衡，排队长队整体减小，达到了优化的目的。

4 结论

应用VISSIM交通仿真软件对贵阳市观山湖区阳关大道与长岭南路交叉口进行信号配时优化，通过仿真，提出优化设计方案，最后对交叉口的信号配时重新进行分配。研究结果表明，当无法改变交叉口现状几何形状的情况下，通过改善绿灯时间，能够均衡交叉口的各进口道的评价指标，提高交叉口整体服务水平。

参考文献

[1] 孙璐.基于VISSIM仿真模拟的道路改造方案评价 [A].南京：公路交通科技，2012.

[2] 仇锦，基于VISSIM仿真的信号交叉口优化研究. [硕士学位论文]. 济南：山东建筑大学，2013.

[3] 杨兆升，王爽. 基于VISSIM仿真软件的交通信号配时研究[A]. 长春：人民交通出版社，2007.

[4] 孙超，徐建闽. 基于VISSIM的城市交叉口改善优化研究[A]. 广州：广东公路交通，2010.

作者简介：李蕊竹（1993-），女，硕士，助理工程师，主要从事市政道路勘察设计方面相关工作。