金宏意
重庆交通大学 交通运输学院，重庆 400074
摘要：交织区内车辆的交织变道极易引发交通流紊乱、导致交通拥挤、降低交通流稳定性和安全性，而信号控制设计是规范交通运行秩序，缓解交通拥堵的重要手段之一。因此本文以重庆市四公里立交一个交织区为研究对象，针对交织区流量过饱和的特点，提出一种基于最大流率比的周期试算法来对信号控制方案进行研究。本文首先通过实际调查数据建立适合于交织区运行的仿真模型，然后将周期试算法得到的6种配时方案导入模型进行仿真，通过比较选择出最优控制方案，为饱和的交织区的信号控制设计提供方法和支撑。
关键字：过饱和交织区；信号控制；VISSIM仿真；周期试算
Design of Oversaturated Interleaver Signal Ccontrol Based on VISSIM
JIN Hong-yi
(School of Traffic & Transportation., Chongqing Jiaotong University, Chongqing, 400074, China)
Abstract: It is easy to cause traffic flow disorder, lead to traffic congestion, reduce the stability and safety of traffic flow when vehicles change lanes in weaving area. Signal control design is one of the important means to regulate traffic operation order and alleviate traffic congestion. Therefore, this paper takes a weaving section of Chongqing 4km interchange as the research object, and proposes a cycle trial algorithm based on the maximum flow rate ratio to study the signal control scheme according to the characteristics of flow oversaturation in the weaving section. In this paper, a simulation model suitable for weaving section operation is established based on the actual survey data, and then six timing schemes obtained by cycle trial algorithm are imported into the model for simulation. The optimal control scheme is selected through comparison, which provides method and support for the signal control design of saturated weaving section.
Key words: Oversaturated weaving section; Signal control; VISSIM simulation; Cycle trial
0引言
交织区作为道路交通瓶颈，是造成交通拥堵的重要原因，具有车流量过饱和、交织距离短和变道次数多等特点，在交织变道时车辆运行更加紊乱，拥堵程度提高，显著影响了道路的通行能力。以四公里立交为例，其车流在交织区区域集散，区域内车流大、交织比例高、交通组成复杂。交通控制设计可以规范车辆在交织区的驾驶行为和秩序，减少因停滞和冲突造成的交通延误和交通拥挤，提高交织区通行效率和通行能力，是改善交织区运行秩序和安全问题的重要手段之一。在此背景之下，以重庆市四公里过饱和交织区为研究对象，结合现状调查数据，通过最大流率比周期试算法对交织区进行
交通控制算法研究，并通过VISSIM进行仿真，构建多指标评价体系，选择出最优控制方案。
1 过饱和交织区车辆运行特征
拥挤的交织区内车辆跟驰和换车道的需求并存，车头间距和横、纵向空间变小，车辆的运行特征有别于普通道路和自由流状态下的交通。
（1）过饱和的特点是车流量大，匝道上游的车流量和主线上游车流量过饱和，不能采用一般的信号配时算法进行信号控制。
（2）受交织区长度的限制，交织车辆必须在交织区内行驶过程中找到变换车道的可能性并实现其操作，否则，就只好在交织区内被迫减速等候这种可能性的出现，从而造成交织区拥堵，车道变换如图1所示。
（3）非交织车辆期望尽可能避免与交织车辆相互影响，追求尽可能大的直行速度。
（4）交织区内的车辆变换车道时，操作约束性较强。交织车辆必须在交织区内行驶过程中找到变化车道的可能性，否则就会在交织区内被迫减速，从而造成交通拥堵。
（5）交通流进入交织区，表现为平均速度的降低、跟车距离减小、平均车头时距增大和交通量的减小。
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Fig.1 vehicle lane changing process
2 过饱和交织区信号控制设计
交织区车流量已经是过饱和状态，两个相位最大流率比之和显然已不满足韦伯斯特法的计算条件，加上交织区地理条件限制，已经不能够通过渠化设计和公式计算来确定信号配时方案。因此，考虑在现状渠化设计（如图2）的基础上对信号配时算法进行研究。
不妨让两个相位的最大流率比的比值不变，使最大流率比之和在0.8-0.9之间变化，通过韦伯斯特法对周期时长进行反算，到有效绿灯和绿灯显示时间，从而得到多种信号配时方案。其中，为了减少交织区冲突点的影响，将受交织运行影响较小的主线外侧车道2不受信号灯控制，但行驶在这条车道的车辆不允许变道，其他车道的车辆可以插空进入该条车道，即车道2的标线渠化为虚实合用（左实右虚）标线，如图7中红色线段所示。令周期步长为10s，得到了如6种不同周期时长的方案。
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控制最大流率比之和在0.8-0.9区间内变化，虽然比实际计算的最大流率比之和（1.019）偏小，但是基本满足了交织区的饱和状态。事实上，因为交织区车流量太大，实际多出的那部分流率已经不能够采用信号控制方法解决。因此，在这6种信号配时方案中，能够得到一种最优的信号配时方案。
针对这6种信号配时方案，用VISSIM进行仿真评价，按照信号控制方案中车道渠化情况铺设路网，设置路径，设置新信号灯，设置冲突区和检测器，仿真得到的延误、车流量和排队长度数据如表1所示。
表1 六种方案的VISSIM仿真结果
Table 1 simulation results of six schemes
序号 周期时长 最大流率比之和 进口道 延误 LOS 流量 排队长度
1 50 0.8 匝道 44.5 B 1467 269.5
主线 9 4002 83.6
全部路网 18.5 5469 -
2 60 0.83 匝道 48.3 C 1454 269.7
主线 10.1 3998 226.5
全部路网 20.3 5452 -
3 70 0.86 匝道 50.2 C 1421 270.7
主线 9.5 4006 79.2
全部路网 20.2 5427 -
4 80 0.88 匝道 54 B 1346 271.7
主线 7.5 4001 115.3
全部路网 19.2 5347 -
5 90 0.89 匝道 56.4 B 1325 271.8
主线 7.6 4000 81.1
全部路网 19.7 5325 -
6 100 0.9 匝道 62 C 1278 272.6
主线 10.7 3996 299.4
全部路网 23.7 5274 -
为了验证提出的配时方案具有优化效果，利用相同的交通流数据对交织区现状进行了仿真，得到的结果如表2所示。通过与现状比较，6种配时方案整体上的延误较现状有所减少，通过的车流量也有所增加，服务水平处于B和C之间，排队长度也在可接受的范围内，具有较好的优化效果。
表2 现状的延误和流量
Table 2 status quo delays and flows
进口道 延误 流量 LOS 排队长度
匝道 78.1 1248 D 302.2
主线 23.5 4029 123.4
全部 36.4 5277 -
通过比较延误、通过的车辆数和排队长度，方案一的延误最小，排队长度最短且通过的车辆数最多，可以作为最优控制方案。
3 结论
本文以重庆市四公里过饱和交织区为研究对象，结合现状调查数据，通过最大流率比周期试算法对交织区进行交通控制算法研究，并通过VISSIM进行仿真，通过比较延误、通过的车辆数和排队长度，选择出了最优控制方案。经实验数据证明，本文中所标定的VISSIM模型适用于交织区仿真，提出的周期试算法能规范交通流秩序，提高交织区的通行能力，可以为交织区的信号控制设计和评价提供方法和支撑。
参考文献：
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