基于VISSIM的潮汐车道...仿真研究——以攀枝花市为例_马潇然.pdf

河南科技Henan Science and Technology电气与信息工程总第802期第8期2023年4月收稿日期：2022-10-28作者简介：马潇然（1992），女，硕士，讲师，研究方向：交通规则与管理、道路交通安全；杜瑾（2002），女，本科生，研究方向：交通规划与管理。基于VISSIM的潮汐车道可行性仿真研究以攀枝花市为例马潇然杜瑾（攀枝花学院，四川攀枝花617000）摘要：【目的目的】为了缓解潮汐式交通堵塞，以攀枝花市三线大道北段-佳联路交叉口为例进行研究。【方法方法】通过对潮汐交通现象成因及交通流特征进行分析，基于VISSIM软件对该路段进行仿真，选取交通流量、流速、延误、通行能力、路段饱和度、服务水平等作为评价指标，对使用潮汐车道来解决潮汐式交通堵塞问题进行研究。【结果结果】对潮汐车道设置的必要性及设置条件进行分析，设置适用于该交叉路口的潮汐车道方案。【结论结论】优化后的各项道路参数指标得到极大优化，证明设置潮汐车道能有效减少延误和提高道路通行能力，同时也论证了该试验方案的可行性。关键词：交通拥堵；潮汐交通流；设置条件；VISSIM；路段仿真中图分类号：U491文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）08-0014-04DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.08.003Feasibility Simulation of Tidal Lanes Based on VISSIMTake Panzhihua as an ExampleMA XiaoranDU Jin(School of intelligent manufacturing,Panzhihua University,Panzhihua 617000,China)Abstract:Purposes In order to alleviate tidal traffic congestion,this paper takes the intersection of Jialian Road,the north section of Sanxian Avenue,Panzhihua City,as an example.Methods Throughanalyzing the causes of tidal traffic phenomenon and the characteristics of traffic flow,and simulating itsroad sections based on VISSIM simulation,this paper selects traffic flow,velocity,delay,traffic capacity,road saturation and service level as evaluation indicators,and studies the use of tidal lanes to solve theproblem of tidal traffic congestion.Findings From the analysis of the necessity and setting conditions ofthe tidal lane setting,the tidal lane scheme suitable for the intersection is set.Conclusions It can beseen from the test results that the various parameters and indicators of the road after the optimization havebeen greatly optimized,which proves that the setting of the tidal lane can effectively reduce the delay andimprove the traffic capacity of the road,and demonstrates the feasibility of the experimental scheme.Keywords:traffic jam;tidal traffic flow;set conditions;VISSIM;road simulation0引言随着城市规模不断扩大，机动车数量也在持续增加，人们的生活方式也随之发生改变，早出晚归的生活方式导致双向交通道路中有一个方向的机动车数量急剧增加，而另一方向的机动车数量保持稳定状态，诱发道路出现拥堵现象。近年来，不少地区相继出现潮汐交通现象，导致交通通行能力降低。最大化利用道路资源、优化交通管理系统、降低居民出行成本等，对解决潮汐现象、改善交通拥第8期15堵状况具有重大意义。1国内城市潮汐车道应用近年来，国内对潮汐现象引发的交通堵塞进行研究，解决问题的方式方法也在不断优化改良。其中，设置可变车道1-3取得显著成果。路家庆4基于VISSIM对路段进行仿真研究，对仿真结果进行量化分析，验证潮汐车道的可行性。贾洪飞等5从路网系统的角度出发，优化潮汐车道双层规划模型，能合理缓解潮汐交通现象，降低路网系统总延误。肖代全等6对定向车道与潮汐车道进行改造，设置潮汐定向车道，有效缩短行程时间，降低延误，使道路通行能力得到提高。2004年，我国在沈阳开设第一条潮汐车道，取得良好反响，潮汐车道的运用逐渐在我国展开。潮汐车道能提高道路资源的利用率，在道路饱和度到达极限时，通过设置可变车道，增大车道通行能力，缓解交通压力。由此证明潮汐车道的技术研究改良及运用，对解决实际交通拥堵问题具有较大价值。潮汐车道模型如图1所示。2潮汐车道交通流特性分析2.1潮汐交通现象成因及分布潮汐交通现象是指早上进城方向交通流量大、晚上出城方向交通流量大。潮汐交通现象形成的原因主要有以下四个方面。随着我国经济的不断发展，城区的规模不断扩大，工作地多位于新城区，而大多数居住场所仍位于旧城区，早出晚归的上班出行使新旧城区交叉干道发生分时段性的拥堵现象。城市设施分布不均，极易导致主干道形成交通拥堵。节假日居民出行的需求增大，道路上的交通流量会超过道路允许通行的极限，导致路段出现潮汐交通现象。城市公共交通设施不完善、不便捷，且公交服务水平不高，居民多选择乘坐小汽车出行。潮汐交通现象跟人们出行活动范围变化及趋势的关系密切。一般情况下，导致交通拥堵的主要原因是交通通行能力不足，潮汐式拥堵的形成主要跟道路双向交通流量分布不均有关。双向交通道路或交叉路口某一方向的交通流量骤增，而另一方向保持稳定不变，诱发道路形成潮汐交通现象，并以该拥堵为中心向四周街道扩散，影响周围道路的正常通行。由于这种拥堵现象通常具有周期性、时段性，采用潮汐式可变车道，对已有的道路资源进行配置，可提高交通道路利用率，解决道路交通通行能力周期性供应不足的问题，能很好地应对潮汐交通现象。2.2潮汐交通流时空分布不均衡时间和空间动态变化均会诱发潮汐交通。时间分布不均。城市交通发生拥堵时具有较强的集中性、规律性及持续性，在时变化和日变化上较为明显。空间分布不均。高峰时，城市双向道路交通流量的分布不均，往往一个方向交通严重堵塞，另一个方向配置资源浪费。3设置条件分析3.1潮汐车道设置的条件和必要性设置潮汐车道时，机动车道的数量为双向6车道或8车道。要满足另一方向的机动车道交通通行能力，道路上不能存在中央分隔带及电车轨道，车道上的交通流量方向分布系数k2/3，分布系数见式（1）。k=q+q+q-（1）式中：k为规定交通流方向分布系数；q+为规定道路方向断面交通流量；q-为与规定道路方向相反方向断面交通流量。经实地考研调查得知，攀枝花市三线大道北段-佳联路交叉口早晚高峰期存在潮汐式交通堵塞。攀枝花市三线大道北段-佳联路交叉口采用信号控制，信号周期时长为120 s。对该交叉路口17:30-19:30晚高峰交通流量进行调查，结果如图2所示。由图2可知，该交叉口晚高峰自东向西直行的车辆数量较多，可设置潮汐车道来缓解交通拥堵问题。图1潮汐车道模型马潇然，等.基于VISSIM潮汐车道可行性仿真研究以攀枝花市为例三线大道北段-佳联路交叉口实际调查数据东到西左转东到西直行西到东右转西到东直行高峰时段流量/辆02004006008001 0001 2001 4001 6001 800图2三线大道北段-佳联路交叉口实际调查数据16第8期3.2潮汐车道设置方案采集该路口的交通流量、交通组织及晚高峰时段信号配时等实时数据，通过每个路口的交通流量比例来分析晚高峰时段的交通特征，拥堵原因有四点。道路通行能力与实际交通流量不匹配。道路规划设置不合理，交叉口易发生冲突。交叉口交通拥堵对周围蔓延波及。停车需求与道路停车位不匹配。针对此类问题，基于交通改善措施原则，在充分利用道路资源的前提下设置潮汐车道，即在晚高峰时间段，将交叉口上一条自西向东直行的车道改为自东向西直行。具体设置方案如下。3.2.1清除车道上的车辆。在准备转换潮汐车道前5 min，对该车道区域内的行驶车辆进行清场，在潮汐车道路段范围内每隔 200 m 设置一个LED显示牌，可及时通知驾驶员该路段即将进入潮汐车道。通过无线蓝牙装置及道路摄像仪来远端操控护栏，关闭自西向东直行车道的进入端口，并禁止车辆再进入，待最后一辆车驶出潮汐车道后，再通过远端开启护栏来关闭车道出口，完成车辆的清场工作。3.2.2车辆进入潮汐车道。等潮汐车道清场完毕后，转化LED显示屏，提醒车辆当前可行驶方向，自动控制护栏开启，车辆开始驶入潮汐车道。3.2.3车辆退出潮汐车道，并恢复路段原行驶方向。在高峰结束前5 min，通过LED显示牌来提醒驾驶员潮汐车道即将结束，自动控制出口端放下护栏，并禁止车辆再进入潮汐车道。当最后一辆车驶出潮汐车道后，自动控制进入端口放下护栏，关闭车道。待第二次完成清场工作后，通过LED 显示屏来提醒车辆潮汐车道已经结束，打开两端护栏，开启车道，允许车辆通行，恢复正常行驶方向。3.3潮汐车道评价指标本研究选取交通流量、流速、延误、通行能力、路段饱和度、服务水平等指标作为潮汐车道设立前后对比分析及仿真评价的参数，交叉口服务水平划分等级见表1，相关公式见式（2）至式（5）。Q=1Ni=1NQi（2）-Vs=()l ni=1nti（3）td=t1-t2（4）Cs=3 600T（tg-t0ts+1）（5）式中：Q为交通流量；Qi为各规定时间段中的交通流量；N为各规定时间段中的时间；-Vs为平均流速；l为路段长度；n为小时交通量；ti为某一时间段内通过该路段的第i辆车所需的行程时间；td为延误时间；t1为实际行程时间；t2为标准行程时间；Cs为一条直行车道的设计通行能力；T为信号周期，s；tg为绿灯时间，s；t0为自绿灯亮后，第一辆车启动通过停车线的时间；ts为直行或右行车辆通过停车线的平均时间，s/pcu。4仿真验证4.1仿真数据分析本研究基于 VISSIM进行仿真建模，对攀枝花市三线大道北段与佳联路交叉口晚高峰时段交通流量进行仿真研究，以前后排队长度、平均延误、通行能力、服务水平为指标进行对比分析和评价，验证在该交叉路段设置潮汐车道的可行性。仿真设置潮汐车道前后拥堵情况对比如图3所示。实地测出的交叉口上不同方向交通流量差距较大，本研究结合韦伯斯特配时法，在VISSIM仿真软件中进行多次仿真试验，得到最终信号配时比如图4所示。仿真结果见表2。通过设置完潮汐车道，道路参数指标得到优化，证明在此交叉口设置潮汐车道具有可行性。4.2方案设计优化通过设置潮汐车道能在一定程度上缓解道路拥堵问题，但其灵活运用度不高，道路堵塞情况依旧严重。机动车道上的交通流具有动态性，且突发事故引起的堵塞难以避免，结合实时预测的道路拥堵概况，对道路车辆进行一定诱导，及时管控道路开启潮汐车道，可在一定程度上节约居民出行成本。5结语针对潮汐式交通流导致的交通拥堵问