基于VISSIM仿真的环形交叉口优化方案研究

基于VISSIM仿真的环形交叉口优化方案研究

黄科文

重庆交通大学 交通运输学院  重庆  400041

摘要：环形交叉口是一种常见的交通组织形式，在城市建设早期，车流量较小，车辆构成简单，交通情况远没有如今这般复杂，环形交叉口所具有的优点非常适合当时的交通环境。但随着城市道路流量急剧增加，部分环形交叉口已不能满足需求，甚至导致交通系统短暂瘫痪。因此，一些城市已经将其淘汰、拆除，改为更高效的信号交叉口。然而，仍有一些中小城市由于各种原因保留了环形交叉口，因此有必要对其进行优化。本文以马鞍山市的一个小型环形交叉口为例，进行了交通调查，分析了该交叉口目前的交通状况及存在的问题，并提出了优化方案。通过使用VISSIM仿真软件对该交叉口进行仿真研究，结果显示：提出的优化方案可以在一定程度上明显改善交通状况，提高交叉口的交通安全性和行车效率。

关键词： VISSIM仿真  优化 信号控制 环形交叉口

第一章 环形交叉口

1.1环形交叉口特点

环形交叉口是在多条道路相交处的中央设置一个圆形或类似圆形的环岛，车辆绕环道行驶，进入环道的车辆按照单向逆时针方向行驶，有效减少交通冲突，车流行驶连续，不会出现停车延误，提高通行效率；其次，面对多岔路口或其他各种特殊形状的路口时，环形交叉口能够更好地满足交通组织需求；此外，中心岛的绿化能够美化城市环境，改善城市面貌。然而，环岛一般占用较大的土地面积，浪费土地资源，特别是对于需要左转弯或掉头的车辆来说，绕行距离较长;其次，由于没有交通信号控制，当车流量过大时，从内环驶出路口的车辆与环道内部行驶的车辆交织在一起，容易引发交通事故并导致环岛内部拥堵。

实际情况表明，环形交叉口仅适用于交通量较小、通行连续、效率较高的情况。当交通流量持续增加或达到饱和状态时，交叉口内部容易拥堵，出现行车死锁和交通瘫痪等问题。因此，在各地使用环形交叉口时需要谨慎考虑，并根据交通状况选择合适的交通组织方式。

1.2交叉口类别及场景

最典型的环形交叉口是由四条路段相交组成的平面环形交叉口，按其直径的不同，可将其划分为大型、中型、小型环形路口。大型环岛路口通常直径超过30米，交叉路口的面积咱用大，内环及车辆交错区段较长，整体运行量大；直径10-30米为中型环形路口，内部环道和交织段长度适中，交通通行量相对不大；小型环形路口直径不超过10米，岛内环路及交错区段较短，环岛面积较小，不同方向的车流交错，容易导致车辆停止不动状况出现。

不同环形交叉口交通运行状况各异，通过网络数据搜集以及实际调查，表示在不同的场景中，环形交叉口实际运行所对应的情形。参考有关文献并结合前人的研究和分析，影响环形交叉口交通运行状况的主要因素是环岛面积和流量大小，学者丰柱林在场景的表现中，选择了环岛的直径和车流大小两个指标，描述了环状路口的交通状况。

第二章 交叉口现状及问题分析

2.1现状及问题

马向路交叉口位于马鞍山市雨山区重点区域，是一个标准的小型环形交叉口，直径约为10米。该交叉口的四个进口道均为双车道，环道内部也是双车道。周边环境包括居民住房区和中小学等主要交通枢纽，交通构成复杂。马向路作为马鞍山市的重要城市通道，周围产生大量的运输需求。

由于缺乏交通控制措施，道路行车效率降低，车辆延迟增多，交通事故频繁发生。该交叉口内车辆交错频繁，通行秩序混乱。大型货车比例较高且速度较慢，环岛行车加剧了交通拥堵，对整个交通流量产生了很大影响，容易导致交通堵塞，存在严重的安全风险。

2.2问题产生的原因

首先是环形交叉口的先天性缺陷，作为一个小型环形交叉口，其本身的局限性不能满足目前的交通需求。其直径只有10米，环道内部空间狭小，车道转弯弯度大，汽车驶入环道内部，行车速度较低，特别是车身较长的大型货车，其行驶速度只有5-10km/h,严重降低了交叉口的通行能力。其二是由于现在的交通状况，车辆多，组成复杂，经过马向路交叉口的大货车较多，各车混行，再加上行人的影响，导致拥堵，延误时间长，事故频发。

第三章 优化方案

3.1 VISSIM交通仿真

VISSIM车辆仿真模拟是德国 PTV公司研制的以时间和行驶行为为基础的微型模拟软件。VISSIM交通仿真软件能够根据交通信息的输入来实现对城市的交通状态的模拟，从1992年起，这款软件便以投入使用，它被广泛地运用于交通工程设计，交通规划，交通控制和管理等领域，国内和国外的学者们也用 VISSIM模拟技术解决了许多交通问题。

3.2 优化思路

通过对于马鞍山市马向路交叉口的现状问题分析，可以看出环形交叉口本身的弊端无法摆脱，如要根本解决这一问题，可以将环形交叉口拆除替换为更加高效的信号交叉口，但是考虑到此环形交叉口情况并没有太过于糟糕，且拆除重建的工程量以及成本等原因，此种优化不作考虑。造成目前局面的原因除了环形交叉口自身的局限性外，更多的是缺乏对于交叉口的控制，在缺乏交通管控的情况下，人车混行，驶入环道车辆类型和数量没有受到控制，因此此次优化主要针对于交通控制方面。

优化一：禁止大货车驶入交叉口

大货车对于环形交叉口的影响是巨大的，特别是这种车行道为两车道的小型环形交叉口，交叉口内部空间小，转弯弯度大，大货车驶入环道内，占道面积大且行车速度慢，严重影响其他车辆在环道内部行驶，从而降低了环道行车效率。通过控制大货车绕道而行禁止其驶入环道内部，提高环道通行能力。

优化二：加入信号控制

由于马向路环道周围，交通集散点较多，交通量大，驶入环道内部的车辆没有得到控制，数量过多，导致在环道内部交通拥堵，车行速度下降，行车效率降低。通过加入信号控制，减少环道内部车辆，提高行车速率，增强环道通行能力。

设置信号控制，用最短延迟作为指标，求出信号分配和周期长度。最佳周期见公式（１）式中，L ：相位总损失时间; Y ：交叉口流量比; K ：停车修正系数。

　　　（１）

3.3结果分析

　　禁止大货车驶入环道内让其绕道而行，通过VISSIM仿真模拟，改善后通行能力有效提高，行车延误有所降低。相比于现状,加入信号控制后,驶入环道内部车辆得到控制，行车相对流畅，环道内部交通冲突有所降低,行人车辆安全得到有效保证,优化前后平均延误时间有所下降，车行更加流畅，提高了该环道的通行能力。

第四章 总结与不足

大货车对于环形交叉口内部车辆的干扰巨大，通过禁止大货车驶入环形交叉口有效缓解交叉口的交通拥堵，但同时增加了其他路段的交通压力.对于环形交叉口,加入信号控制，有效减少环道内部车辆，减少环道内部交通冲突数，缓解交通拥堵，提高行车速度，提高交叉口的通行能力，但是可能出现车辆非常大的极端状况（或早晚高峰段内短时间车辆到达多），从而导致车辆在信号口处排队过长，影响交叉口上下游交通流状况。

参考文献

[1] 丰柱林.城市四路环形交叉口交通组织优化设计[J].交通世界,2022(24):139-142.

[2] 王波,周侃,蔡明.基于VISSIM仿真的环形交叉口改善研究[J]. 交通工程,2019,19(02):50-55.

[3] 谷李治. 环形交叉口通行能力及其仿真研究[D].兰州交通大学,2017.

[4] 康雅玲,连培昆,郑似月,江政毅,岳小泉.基于VISSIM仿真的环形交叉口改善方案研究[J].交通工程,2022,22(01):45-50.