基于VISSIM仿真技术的交通瓶颈研研究

北京理工大学珠海学院16届本科生毕业设计绪论1.1研究背景、目的和意义1.1.1研究背景交通是国民经济和社会发展的中流砥柱，经济建设和社会发展均离不开交通。由于道路设施的改造更新和优化跟不上日益增加的交通需求量的步伐，导致原有道路的基础设施不再满足现有的交通出行需求，导致道路路网供不应求，从而引发交通拥堵[1]。若可以很好地缓解并改善交通问题，将大大减少国家因交通拥堵带来的巨大的资源浪费和社会经济损失。2012年，中林公司的一项公益性项目表明，2010年北京市的市民出行由于交通拥堵受影响，其人数每日平均高达1382.7万人次，平均每日每个人的延误时间为一个小时以上，根据当年职工的年平均工资，因为交通拥堵而造成的经济损失每日高达32286.2万元，若每年工作日天数按250天来计算，每年的损失高达809.9亿元[2]。该项目的评估报告还显示：由于堵车，每年仅在燃油方面整个北京市就浪费了721.9万升，市值高达211.1亿元，平均每辆车每个月仅燃油一项的损失就达到了378.4元[2]。图1-12010年9月17日北京交通拥堵状况北京大学国家发展研究院在2014年发布了《中国经济生活大调查》，该报告显示当年北京市因为交通拥堵而造成的损失金额达700亿元[3]。高德地图在2016年发布的《中国城市交通分析报告》显示，全国有将近一半的城市，其高峰期的交通服务水平受高峰通勤影响而明显降低，有32个城市的高峰期延时值超过了1.7(延时值指的是实际出行时间与自由流出行时间的比值)[3]。报告还显示全国在2016年有3成的城市的交通拥堵在加重，45个主要城市中有3/4的城市交通拥堵在加重[3]。高德地图在2017年发布了《2017年度中国主要城市交通分析报告》，报告中罗列了中国年度堵城排行榜，报告中以延时值[3]（延时值是指拥堵时所花的时间与畅通时所花的时间的比值），以珠三角地区中的广州、深圳、珠海为例，广州的延时值为1.892，珠海的延时值为1.805，深圳的延时值为1.751。而且，广州的平均车速为24.13km/h，珠海的车速为26.19km/h，深圳的车速为27.08km/h；广州的人均年拥堵成本为249小时，珠海为235小时，深圳为226小时；广州的人均年经济损失为10501元，珠海为8123元，深圳为7053元。其中，珠海的延时值为1.805，也就是说，每当珠海市民在路上被堵的时候，比起路网畅通的的时候，要花上将近1.8倍的时间才能走完相同的路程[4]。总的来说，解决交通拥堵问题的关键是解决路网交通的瓶颈问题，分析路网并找出瓶颈，从工程更新改造和信号配时方案上解决瓶颈问题，逐步达到缓解拥堵，使交通畅通的目的。故本文采用珠海市南湾北路-珠海大道交叉口作为本文中的分析案例，对文中研究的路网瓶颈进行识别和分析并提出改善方案。1.1.2研究目的和意义研究的目的：通过分析找出城市路网中的瓶颈，采取信号配时方案的调整来降低瓶颈对路网的约束，使其具有更好的通行效率。因此只有分析出路网中的瓶颈，才能采取针对性的对策来改善交通状况。如果将交通路网的通行能力比作木桶效应，那么瓶颈就是木桶中的短板，长板是闲置状态的路网。交通路网通行能力的容量有多大，瓶颈这块短板影响也会彼此增加，因此研究交通瓶颈具有不可或缺的现实意义。研究的意义：解决高峰期间交叉口车流方向分布不均匀，车道资源不足的问题。提高高峰期间车辆的通行效率。通过改善交通瓶颈可以有效减轻交通压力，提高交通系统服务水平。对设计方案建立微观仿真模型，并进行仿真评价，通过检测的参数分析设计的改造方案在实际道路上的可行性。通过仿真模拟改进后的效果，可验证该改进方案可以在一定程度上解决交通拥挤、延误等问题，同时也保证了道路交通安全、畅通。减少交通事故：事故高发路段通常出现在交通瓶颈路段，若针对瓶进行研究和改善则可以降低事故发生率。有利于环境保护和节约能源。1.2研究对象和研究目标1.2.1研究对象本文的研究对象是以珠海市南湾北路-珠海大道交叉口为例，南湾北路位于珠海大道交南湾北路口北段，该路口最北侧连接南屏钢便桥，最南侧连接珠三角环线，东西向为珠海大道，属珠海市区最繁忙的路口之一，路段日均车流量高达7万辆，平日高峰时期路段的车辆通行能力已接近饱和，属于非常容易发生交通拥堵路段。而且现在南湾北路华发商都路段受施工影响，封闭靠近华发商都的一侧两条车道，只剩两条车道可供车辆通行，通行能力大大减弱。1.2.2研究目标现今计算机仿真技术在科技生产生活的各个方面得到了广泛的认可和应用，本论文将通过使用交通仿真软件VISSIM对珠海市金琴快线北段交叉口、金琴快线中段交叉口和深圳彩田-福华路口进行仿真模拟。熟练运用CAD和交通仿真软件VISSIM画出并模拟仿真研究路段。深入了解各个存在交通瓶颈路段的瓶颈产生原因和解决方案。对于城市内部路网的通行能力水平，和城市间的联系路网有更深层次的分析。研究改造前后的信号控制方法的变化，研究设计改造后的交通通行能力能否改善该交叉口的交通瓶颈现象。通过使用交通仿真软件对以上路段路网进行仿真模拟和评价，结合仿真结果对比论证改进后的路网通行能力是否达到预期效果，以及是否可以在改进的基础上提出建议和不一样的改进方案。若研究的交叉口仍然出现瓶颈现象，就要分析改进方案是否可以快速消散这种由随机波动或扰动而引起的瓶颈，并且能够最大限度的保持路网交通流的整体运行效率。并且同时记录出由瓶颈拥堵状态消散成正常的交通流状态的时间，以便更好地调整改进方案。1.3研究的基本思路和技术路线1.3.1研究的基本思路简要介绍交通瓶颈的概念和形成过程，并论述交通瓶颈在现今城市路网中对路网通行能力的重要性。上网查阅工程的建设方案和概念图，对研究路段的相关数据和文献资料进行收集分类。根据收集的资料和相关数据信息，绘制研究路段的CAD底图，导入VISSIM中建立研究路段的路网模型，并导入数据。实地调查金琴快线北段(金唐路-金凤路交叉口)和金琴快线工程中段(南湾北路-珠海大道交叉口）的基本情况，记录交叉口的运行相位，交叉口信号灯方案，并统计研究路段交叉口的社会车流量。根据实地调查的基本数据，输入已经建好的路网模型中，并结合实际优化现状的路网模型。对已建好的现状路网模型进行模拟仿真，并记录仿真后该现状模型的延误时间、排队长度、服务水平评价、行程速度以及饱和度。分析总结现状模型的通行能力，然后结合研究路段的建设方案和改善方案，在现状模拟上修改成改善后的模型。计算出改造后交叉口的信号配时方案，再次进行仿真模拟，得出的数据和现状模型的数据加以对比，对产生的结果进行合理化分析。编写并修改论文。1.3.2研究的技术路线本文的技术路线如下：利用Google地图测量路段距离并截图，建立研究路段的交叉口模型。根据现状实际情况，在路网中绘制好信号灯，设置好交叉口信号灯组以及现状配时方案。数据统计分析设备设置。根据需求指标，在正常情况和封路施工情况中分别设置好道路行程时间、延误的时间、排队长度和数据采集点等工具。计算出改造后交叉口的信号配时方案，分析出改造前后的通行能力的对比情况，算出交通通行能力。根据改进前后的数据对比，绘制数据对比图，分析研究路段的路网通行能力在改进前后的变化，总结改进前后对于交通瓶颈的缓解和解决是否取得更好的预期效果。在分析过后，按照改进方案的原理和思路，对珠海市市中心的拥堵路段进行尝试性改进。1.4论文的主要内容和拟解决的关键问题1.4.1论文的主要内容本文针对交叉口的瓶颈展开研究。文章在确定了交叉口的基础上，根据研究归纳出瓶颈的成因和特征分析，对交通瓶颈的种类和状态进行划分，分类瓶颈交叉口的判别方法，产生交通瓶颈的原因分析，提出改善方法。通过VISSIM交通仿真技术和评价文件研究和分析瓶颈交叉口，目的是力求把交叉口的路网模拟得尽量贴近现实，评价分析的数据更加贴合实际中的复杂因素和各种情况。主要内容包括：（1）定位分析交通瓶颈。针对瓶颈交叉口，运用下文提出的通行能力法、行程时间法、延误法、车速法和排队长度法五种方法。通过VISSIM仿真模拟得出数据，分析并整理各个相位各个车道的数据，用于描述路段的交通流状况，从而体现路段拥挤的状态，以此分析路段瓶颈特征。（2）交通瓶颈的仿真模拟。运用VISSIM仿真软件，对珠海市南湾北路-珠海大道交叉口的正常情况和封路施工两种状态进行建立模型，结合收集到的车辆数据和配时方案，模拟出交叉口的两种状态的运行情况，对存在的瓶颈现象进行分析，合理设计和改造封路施工中的交叉口的信号配时方案，提出针对该瓶颈的解决方案，目的使交叉口不要因为出口道的封闭施工而丧失交叉口的分流功能。（3）瓶颈形成原因分析和改善方法研究。在现状VISSIM模型上，分析交通瓶颈的产生原因，并结合金琴快线的建设方案，在VISSIM中模拟出缓解交通瓶颈的方案并加以比较分析，总结出改善前后对交通瓶颈的影响。1.4.2拟解决的关键问题对金琴快线工程中段(造贝立交-珠海大道)进行VISSIM模型建立，合理设置并调整仿真模型中的参数指标，合理设计改造后的交叉口的信号配时方案。在对比改进前后的仿真模拟后，对仿真结果进行分析评价。研究现状分析早晚高峰交通流特征，初步得到现状的信号配时方案。根据建设施工方案在模拟改造后的VISSIM模型上，通过对研究路段进行交通流分析，设计相位放行顺序并设计相位信号控制方法。运用VISSIM建立路网模型，对设计方案进行可行性分析。将改造前后的信号配时方案进行对比，算出交通通行能力是否得到提高，从而缓解交通瓶颈。通过对现有改进方案的分析和整理，尝试对珠海市中心路口路段进行尝试性模拟改善，并对比改善前后的仿真结果。1.5国内外研究1.5.1国外研究概况美国公路使用者联盟于1999年发布了《疏通美国的大动脉：良性公路方略》的报告，该报告主要分析了美国路网中严重程度最高的交通瓶颈[7]。报告将瓶颈进行了排序，并且分析如不进行交通改善措施，瓶颈将会产生严重后果，预测若采用相应措施将会带来的效益，如事故减少和时间节省等[7]。报告说在25年的期限内，由于交通瓶颈的缓解，二氧化碳排放量减少七成，有机烟尘减少四成，一氧化碳减少四成。报告指出每年交通延误时间在75万小时以上的瓶颈由1999年的168处增加到了2005年的234处，增长了四成[7]。通过对最严重交通瓶颈的排序发现，五年前18处最严重的交通瓶颈中的7处由于采取措施，其排名已甩出队列之外[7]。1.5.2国内研究概况（1）对交通瓶颈进行识别预测针对引起交通瓶颈的因素，邓瑞用通行能力匹配度、设施影响系数、拥挤上溢率等不同参数来识别固定瓶颈和动态瓶颈，分析出影响交通瓶颈的确定因素和不确定因素[11]。李妙君、孙全欣等从路网规划和道路设计角度出发，分析了瓶颈路和断头路对城市路网通达性以及拥堵程度的影响[12]。焦海贤、胡迎鹏考虑路网供需关系，以交通流量和道路通行能力比值为指标识别路网中的真实瓶颈点[13]。张石石与向红艳用交通分配的想法，利用现代信息技术、车载电子标签、车辆识别数据等智能化的方式来识别城市道路网拥堵状态[14]。(2)对交通瓶颈进行特征分析2003年，吴正通过比较瓶颈问题与激波问题，建立交通流模型，研究出定量变化规律[15]。史新生通过分析路网可靠性瓶颈，设计路网模糊条件下的算法模型[16]。王巧鸣等对双入匝道进行分析，基于NS模型，研究双入匝道的动态特征，并得到流量最优分配比例[17]。判别交通拥挤状态的技术戴红用平均速度法、时间占有率法、停车延误法等参数进行识别和判别交通状态，将交通状态分为通畅、正常、拥挤、堵塞四个等级[1]。张毅和任江涛研究了城市路网和高速中的瓶颈特性，结果表明交通状态可重复出现[19]。付婷基于设施的静态瓶颈和基于敏感的动态瓶颈，研究了瓶颈的分类和特性，并分类瓶颈方法，将瓶颈分为主要瓶颈和次要瓶颈[20]。城市交通瓶颈的成因及其特征分析2.1交通瓶颈的概念界定及种类划分2.1.1固态交通瓶颈概念固态交通瓶颈是由于路网不合理、道路短期施工、路边停车影响、大型活动等，进而导致交通需求增大造成的，产生拥堵的时间和空间较为固定。但瓶颈的产生不仅和道路条件有关还与交通流量有关，由于交通流量变化随机造成交通需求突增，引发交通瓶颈，这种情况在短时间内的特征参数变化是具有规律性的。因此在不变的道路条件下，固定交通瓶颈会随着交通流量的变化而转移、扩散或者消散。2.1.2动态交通瓶颈概念动态交通瓶颈是随着交通流的变化，路网的通行能力与交通流量不匹配而引发的交通拥堵。动态交通瓶颈的主要形成原因是由于交通流量的变化。动态瓶颈产生的原因具有不确定性和可变性，对于整个路网，动态瓶颈还具有传播能力。随着交通流量的实时变化，瓶颈还可能出现延伸和消散的现象。动态交通瓶颈和固定交通瓶颈是相对的，在一定条件下可相互转换。2.1.3交通瓶颈的种类划分本文从路网、路段、设施三个种类将交通瓶颈的类型进行划分：（1）瓶颈路网研究对象是整个路网，在瓶颈定位时，路网内全部可能的瓶颈位置都应该纳入考察范围和计算范围，在瓶颈排序时，所有瓶颈都要按照统一的指标进行比较和排队。（2）瓶颈路段研究对象是一段路段，在瓶颈定位时，只需要对路段内可能存在的瓶颈位置进行考察和计算，在排序时，只对路段内的瓶颈进行比较和排队。（3）瓶颈设施瓶颈设施是指因道路施工改造而造成的通行能力大小存在较大差距的部分。瓶颈设施要考虑路段通行能力，而不考虑服务交通量。在现状通行能力条件下，正常路段部分车辆行驶速度较快，服务水平较高，而设施瓶颈部分车辆行驶速度较慢，服务水平不高，所花费的通过时间较长，所以设施瓶颈是潜在的交通瓶颈。2.2交通瓶颈的成因分析和状态划分2.2.1交通瓶颈的成因分析交通瓶颈的产生原因大多属于不合理的前期路网规划，不规范的道路设计导致路段通行能力大打折扣，施工路段引发道路通行不顺畅也是导致交通瓶颈的原因之一，本质上都可归纳成为路网的节点交通量供需失衡的问题，也就是常说的交通需求量大于交通供给量。所以下面从交通供需平衡的角度来归纳分析引发路网中交通瓶颈的因素。产生交通瓶颈的因素可以分为确定因素和不确定因素两大类。确定因素道路规划和设计的不合理：由于不同等级的干道直接连接在一起却没有过渡段，这样会容易导致交叉口处出现不同程度的交通瓶颈。道路通行能力不足从而引发交通瓶颈的情况还包括：车道功能划分不明确、车道宽度过窄、交叉口间距过长或过窄，以及路段中车道数的变化。现状过大的交通流：通常情况下，城市空间布局相对固定，故产生的交通需求量相对稳定。因此由于产生的交通需求量过大，且部分城市道路设施无法跟上其步伐，从而造成交通供需失衡，引发瓶颈。重大交通事件：交通事件导致道路通行能力急剧下降诱发交通瓶颈。这种交通事件一般产生的交通瓶颈是固定的且相对稳定。比如:演唱会、封路施工、路面养护等。不确定因素驾驶员的人为因素交通瓶颈的产生与人为因素息息相关。在车速高而且车流量大的交通环境下，驾驶员的以下操作行为可能会引发交通瓶颈的产生，如：(1)路侧事物的吸引：道路边上的特殊事物或事件吸引驾驶员的注意力，使其降速行驶。(2)净空受限：路侧的障碍物距离车道过近或者路旁有车辆停车时，驾驶员通常会减速行驶。车流汇合由于车道封闭，车道数减少，原本的车流量必须汇流行驶，进而慢慢产生交通瓶颈。汇流的车流量大小决定了该瓶颈类型对交通流的影响，车辆排队的长短和汇流车流路段的长度。自然交通事件自然交通事件一般包括难以预料的天气状况、车辆行驶过程中突发故障、驾驶员不可预测的特殊突发情况等。由于这些事件的发生率极低，而且难以预测得到，因此只能使用识别自然交通事件的方法发现这些不确定因素。2.2.2交通瓶颈的状态划分本文把路网交通状态划分为四个等级，分别是畅通、正常、拥挤、堵塞四种状态。畅通的通行能力是最高的，以下各等级通行能力依次降低。畅通：其通行能力很高。畅通的最高境界是自由状态，驾驶员可以不受其他车辆和驾驶员的影响，有充分的时间选择自己想要的行驶速度。最低境界为每位驾驶员开始注意到其他车辆和驾驶员对他的影响，但仍然可以自由选择行驶速度。正常：正常水平的通行能力仍在稳定的通行能力范围内，车辆之的影响程度逐渐变大，而且其他车辆的存在也影响车辆的行驶速度，行驶舒适度和畅通相比有明显的下降。拥挤：拥挤水平下的通行能力由稳定流过渡到不稳定流的状态，行车速度和驾驶感受都受到了严格的控制和约束，在交叉口会产生较长的排队车龙。堵塞：当某交叉口的交通量已经达到或超过该交叉口的承受范围时，就会引起交通堵塞。这时队列中的车辆长龙出现走走停停的现象，车辆在交叉口有很长的停车延误，有些车辆甚至需要等两到三个周期才能顺利通过交叉口。2.3交通瓶颈定位方法2.3.1通行能力法通行能力法可以主要体现瓶颈交叉口的通行能力。通行能力法不仅可以计算出各交叉口的通行能力，还可以比较得出相邻交叉口之间通行能力的差异，同时数据对比确定瓶颈交叉口的位置。图2-1通行能力法确定交通瓶颈图2-2通行能力法分析服务交通量用通行能力法进行定位瓶颈交叉口的时候，需要把通行能力表和各个交叉口的分布顺序罗列对齐，从左往右通行能力表上的每个节点依次对应下方各自的交叉口，就如图2-1中a，b两幅图所示，收集路段上a，b，c，d，e处对应的交叉口的通行能力，标在图a再连接成线，由图看出，b处的通行能力最低，然后是d和e。所以交叉口按影响大小排序应该是b，d和e。再看图2-2中的实际流量和通行能力的对比，可以看出b处和d处的实际流量明显高于其通行能力，说明b，d已经是过饱和交叉口，而a出的通行能力和实际流量基本上持平，说明a已经是饱和交叉口，e出的通行能力和实际流量较为接近，说明e即将变成饱和交叉口。综上所述，b处,d处和a处对应的交叉口已经成为约束路网通行能力的交叉口瓶颈，而e处则是潜在的交叉口瓶颈。2.3.2行程时间法行程时间法在VISSIM中的评价文件是rsz文件，评价内容包括行程时间和车辆数。通常行程时间法和延误法并用。用行程时间法定位交叉口瓶颈，其基本方法是：把通过交叉口的行程路径进行编排，以珠海市南湾北路-珠海大道交叉口为例，行程路径分为8个方向，分别是北-南、南-北、东-西、西-东、东-南、西-北、北-东、南-西。把收集到的期望到达时间和实际到达时间编排成线形图，如图2-3所示，横坐标为路程（km），纵坐标为行程时间，曲线的斜率为车速。交叉口瓶颈可按两种方法进行定位分析。方法一：分析实测行程时间和期望到达时间，差距巨大的交叉口即为瓶颈交叉口。方法二：分析线型的变化，以图2-3为例，从A点到B点内的延误一直累积并增加，B点到C点相对缓和，C点到D点也呈现出增加趋势，而且斜率比AB段更大，由此可认为：A点到B点的路段与C点到D点的路段为交通瓶颈路段，而B点到C点的路段相对通畅。图2-3运用行程时间法确定交通瓶颈2.3.2延误法延误法是判断交叉口通行能力的重要参数。VISSIM中的延误评价文件为vlz文件，评价的主要内容包括：最大排队延误时间（s）、平均排队延误时间（s）、车辆总延误的平均值(s)、每辆车的平均停车时间(s)、每辆车的平均停车次数，这三个指标可以还可间接分析出瓶颈交叉口的燃油消耗及车辆尾气排放量的大小。延误法需要事先划分分析交叉口的范围，先调查最大排队延误时间（s）、和平均排队延误时间（s）并进行相应的计算，用上述五种方法对同一交叉口进行数据处理，得到如图2-4的内容，图中只是计算了三个交叉口的平均排队延误时间（s）的大小，用填充的色块进行展示可以清晰明了的看出交叉口瓶颈延误的情况，这只是上述五种评价数据中的一种，当把每辆车的平均停车时间(s)、车辆总延误的平均值(s)、平均排队延误时间（s）、最大排队延误时间（s）。每辆车的平均停车次数五种数据计算出结果，用不同的色块填充合并之后，就可以综合分析出哪一个交叉口瓶颈的严重程度最高。图2-4瓶颈的延误表示方法2.3.3车辆速度法路网中的行驶车速是出行者最为关心和最容易为他们所理解的交通参数，因为速度的大小可以直观反映路网的通畅程度，同时也是最影响他们计划出行决策的重要因素，还是以珠海市南湾北路-珠海大道交叉口为例，把该交叉口的沿途速度用图示法表示出来，连接成线。横坐标为路程和距离（km），纵坐标为车速（km/h）。如图2-5所示，由图可知，C点处的车辆速度最低，与之相比，其余的A点、B点、D点、E点也不高，因此可以得出结论：A点、B点、D点、E点就是瓶颈，因为速度比正常车速都要低很多，同时A点到B点的车辆速度最高，也表示路段非常通畅，B点到E点的车辆速度比A点到点B明显降低了几个层次。图2-5用车辆速度法确定交通瓶颈2.3.4车辆排队长度法VISSIM仿真软件中的车辆排队评价文件是stz文件，主要评价内容包括：平均排队长度(m)、最大排队长度(m)、排队车辆的停车次数。用这些数据作为判断和分析交通瓶颈的指标，分析的思路和方法与延误法具有十分相似的地方。采用车辆排队长度法，首先需要实地调查交叉口各个进口道高峰时期的车辆排队情况，然后将调查数据进行统计分析，做好数据处理工作。运用VISSIM交通仿真软件建立交叉口路网，力求还原实际情况，输入数据，设置相位和信号灯配时方案，模拟仿真得出评价文件（如图2-6所示），再将文件中的数字进行处理，整理成表格（如图2-7所示），通过仿真数据和设计预测的排队长度作对比，就可看出交叉口各个进口道的车辆排队长度情况，可以把各个进口道的瓶颈程度从轻微到严重进行排序和定位。图2-6VISSIM交通仿真软件中南湾北路-珠海大道交叉口的车辆排队场景正常情况4相位车辆排队长度Avgmaxstop编号方向平均排队长度(m)最大排队长度(m)排队车辆的停车次数1东直271112652东左2885488平均值27.598.0376.53南直191033514南直左251142715南左1667307平均值20.094.7309.76西左22924057西直左+西直2484416平均值23.088.0410.58北直19723079北直左238422010北左1958325平均值20.371.3284.0图2-7车辆排队长度数据表格南湾北路-珠海大道交叉口的正常情况和封路施工3.1正常情况交叉口的基本情况南湾北路-珠海大道交叉口位于珠海市香洲区华发商都附近，珠海大道的下穿隧道在交叉口正下方。其中南湾北路北端连接南屏大桥钢便桥和在建的南屏大桥，南端连接昌盛路和港珠澳大桥珠海连接线，交叉口的东北侧是华发商都。珠海大道是珠海市几条重要的城市快速路之一，珠海大道东端连接前山大桥，西端连接G4W广澳高速南屏收费站入口。正常情况交叉口的CAD总图图3-1正常情况交叉口的CAD总图图3-1中玫红色线段表示珠海大道通过交叉口的下穿隧道，黄色区域为停车区，绿色区域为市政绿化，在正常情况下，只有南湾北路-珠海大道交叉口设置了信号灯，上图中北端的小交叉口并没有设置信号灯。（2）正常情况交叉口的车道功能图图3-2正常情况交叉口车道功能图由正常情况交叉口车道功能图可看出，东进口车道数为3，南进口车道数为5，西进口车道数为4，北进口车道数为5，其中南西和北三个方向的进口道都设置了直行左转车道。此交叉口作为城市快速路珠海大道分流的重要组成部分，所以每个进口道都设置了2条左转车道，来满足较大的左转交通量的需求。3.2正常情况下交叉口的信号配时方案3.2.1Webster配时计算方法和公式（1）最佳周期C=（3-1）式中：Y——组成该交叉口周期的所有相位的最大流量比，或整个交叉口各相位关键车道流量比的总和；L——周期内的总损失时间，s。（2）车辆的损失时间L=（3-2）式中：lsiri（3）最大流量比Y=（3-3）式中：yi——第i个相位的最大流量比q——第j条车道实际交通量，pcu/h；S——设计饱和交通量，pcu/h。（4）有效绿灯时间GeG（3-4）（5）绿灯显示时间gg=（3-5）式中：A——黄灯时间，s。（6）绿信比λ=（3-6）3.2.2正常情况交叉口信号配时方案的计算原始的高峰时期交通量数据正常情况交叉口-4相位-交通量数据进口道转向车道序号一小时交通量y东进口左转13230.21523230.215直行32990.199小计945南进口左转12230.14922230.149直左32990.199直行42220.14852210.147小计1188西进口左转12290.15322290.153直左32690.179直行42290.153小计956北进口左转12020.13522030.135直左32270.151直行42030.13552030.135小计1038Y=0.744图3-3正常情况交叉口-4相位-交通量数据从交警部门得到的原始高峰交通量数据可得知，东方向的原始交通量为945辆，南方向原始交通量为1188辆，西方向原始交通量为956辆，北方向原始交通量为1038辆，可以计算出最大流量比Y=0.744。由此可见，东西方向的交通量明显较少，相对来说南北方向的交通量较多，因此南北方向的通行能力压力较大，车辆排队长度也会相对较长。正常情况交叉口的信号灯配时方案正常情况交叉口-4相位-周期数据相位Y周期(s)车损Lsi(s)黄灯时间(s)方向有效绿灯时间Ge(s)绿灯显示时间g(s)绿信比10.74413755东全放34340.252南全放31310.233西全放28280.204北全放24240.18图3-4正常情况交叉口的周期数据（3）配时图和相位图图3-5相位图图3-6正常情况交叉口的相位图3.2.3正常情况交叉口的瓶颈分析综合上述数据和配时计算结果可看出，平日里高峰时期交叉口的一个小时车流量就已经达到了4127辆，因此可以预计交叉口的日均车流量将高达7万辆，车辆通行能力已接近饱和，属于极易发生交通拥堵，形成瓶颈交叉口，大大降低交叉口的通行能力。通过VISSIM仿真软件，搭建好交叉口车道和路径，输入原始交通量和配时方案，再结合上文中提及的通行能力法、行程时间法、延误法、车辆速度法和车辆排队长度法五种分析方法，来分析交叉口中的交通瓶颈情况：通行能力法和车辆速度法正常情况-4个相位数据采集点数据编号方向占有率(%)最大排队延误时间（s）平均排队延误时间（s）速度(km/h)车辆数东东直4112.842.740.8317东左4109.440.940.9318东左3.7111.842.240.2294小计3.9111.341.940.6929南南直3.1101.441.637.6218南直2.8103.240.735.7194南直左3.6110.244.939.6280南左2.810440.835.5191南左2.799.833.836.3191小计3.0103.740.436.91074西西直3105.640.637.4224西直左3.410944.339.5266西左3.210745.637.3233西左3.1104.643.238.1238小计3.2106.643.438.1961北北左2.7110.646.533.7182北左2.9110.848.235198北直左3.2110.851.937.5235北直2.7111.446.334.7181北直2.7110.851.235.2187小计2.8110.948.835.2983图3-7正常情况交叉口的通行能力分析车辆数（辆）方向东南西北原始数据94511889561038仿真结果9291074961983变化率-1.7%-9.6%0.5%-5.3%图3-8正常情况交叉口原始数据和仿真结果的对比由整理的数据可得知，在VISSIM仿真软件的模拟仿真下，正常情况的仿真结果比原始的高峰交通量有所下降，其中东进口同比下降1.7%，南进口同比下降9.6%，北进口同比下降5.3%，但西进口的通行能力同比上涨0.5%；对比仿真结果中的最大排队延误时间可看出，四个进口道的最大排队延误时间全线破百，且平均排队延误时间均在40秒之后；和交叉口设计车速的60km/h相比，各个进口道的速度都明显下降较多，下降到35km/h至41km/h的范围内。行程时间法和延误法正常情况4相位行程时间延误DelayStopdStops编号方向行程时间(s)车辆数车辆总延误的平均值(s)每辆车的平均停车时间(s)每辆车的平均停车次数1北-南101.248753.746.10.842南-北97.369252.640.20.993东-西80.131448.940.10.884西-东82.233648.640.90.825东-南76.16126西-北97.562550.740.80.867北-东105.34965446.30.868南-西72.838245.634.10.88图3-9行程时间法和延误法由整理数据可得知，交叉口行程时间的范围大致在70秒至105秒之间，结合图3-7得知的平均车速，分析得知各个方向的行程时间都相对较长，车速缓慢导致通过交叉口的时间变长；另外，由延误的评价文件可发现，车辆总延误的平均时长均在45秒以上，每辆车平均停车时间至少34秒以上，这就说明了交叉口存在程度较大的交通瓶颈现象。车辆排队长度法正常情况4相位车辆排队长度Avgmaxstop编号方向平均排队长度(m)最大排队长度(m)排队车辆的停车次数1东直271112652东左2885488平均值27.598.0376.53南直191033514南直左251142715南左1667307平均值20.094.7309.76西左22924057西直左+西直2484416平均值23.088.0410.58北直19723079北直左238422010北左1958325平均值20.371.3284.0图3-10车辆排队长度法由图3-10可知，各个进口车道的平均排队长队均在20米以外，也就是平均有4到5辆车在排队，而最大排队长度均达到了70米以上的长度，其中东进口几乎达到了100米的排队长度，直接影响排队车辆中的启停次数，可见交叉口的拥堵情况之严重。综合以上五种分析方法，从不同的分析数据中都体现出，南湾北路-珠海大道交叉口即使在正常情况下，出现了较为明显的拥堵现象，直接说明了该交叉口存在严重的交通瓶颈现象。在前文提及的交通瓶颈状态划分中，该交叉口的通行能力在高峰时期已经达到饱和状态或已经超过了交叉口的通行能力，在排队车辆长龙中出现了走走停停的现象，在交叉口的各个方向均存在很长的停车延误，部分车辆可能需要等待两到三个周期才能顺利通过交叉口，因此该交叉口可划分为堵塞级别。所以，南湾北路-珠海大道交叉口在正常情况下存在交通瓶颈现象。3.3封路工情况下交叉口的基本情况3.3.1南湾北路-珠海大道交叉口的施工封路背景广东省珠海市为了缓解珠海市现有道路交通压力，满足城市对外联系的需要和推进横琴的开发建设，珠海市于2017年年底开始全线开工建设金琴快线工程。金琴快线工程经过南湾北路-珠海大道交叉口，工程计划在交叉口南北方向上搭建高架桥，最终形成三层的立体交叉口，底层是城市快速路珠海大道的下穿隧道，中层是南湾北路和珠海大道用于交通量分流的交叉口，高层为金琴快线南湾北路段的高架桥。因此，施工队为了建设高架桥，对交叉口的北出口进行全面封路，划分为施工用地使用。图3-11珠海大道高架桥效果图3.3.2封路施工情况下的交叉口CAD（1）封路施工交叉口的CAD总图图3-12封路施工交叉口的CAD总图由于金琴快线的建设，需要完全封闭交叉口北出口和部分封闭南进出口进行施工，即图3-12中红色填充区域，因此南北方向的车道数明显减少，这使得原本在正常情况下就存在交通瓶颈的交叉口的通行能力超出负荷，需要设计一套合理有效的方案来缓解更加严重的交叉口交通瓶颈。（2）封路施工交叉口和正常情况交叉口的车道功能图对比图3-13封路施工交叉口和正常情况交叉口的车道功能图对比通过封路施工交叉口和正常情况交叉口的车道功能图的对比可得知，北进口由正常情况的5条进口道变成3条进口道，而且由于北出口因施工完全封闭，所以北进口必须作为出入交替行驶的路段才能有效保证交叉口的正常运行；南进口由正常情况的5条进口道也变成3条进口道，南出口由正常情况的3条出口道变成2条出口道。由此可见，南北方向的通行能力将大打折扣，需要合理设计配时方案才能有效改善这种情况。由于封闭施工的缘故，整个交叉口的车道数严重减少，在交通量一定的前提下，就必须对封路施工情况下的进口道的相位和标志进行调整：东进口的中间车道由正常情况的左转变成直行左转，南进口的中间车道由正常情况的直行变成直行左转，西进口的第三条车道由正常情况的直行左转变成左转，北进口的中间车道由正常情况的直行变成直行左转。3.3.3封闭施工后出现的交通瓶颈封路施工的交通管制从19年8月31日早上9点钟开始，由于交叉口北出口已经开始封路施工，因此封闭了南往北方向的北出口机动车道，使用交叉口的北进口作为交替通行路段。（1）图3-14的南湾大道，车辆排队长度长达一公里。图3-14南湾大道图3-15南湾大道-钢便桥图3-16南湾北路：南往北向车流已经完全堵死，行驶速度几乎为0。图3-17南湾大道-珠海大道交叉口：东西向车流受南北向车流的堵塞影响，车流的车速很低，交叉口的通行能力大打折扣。图3-16南湾北路图3-17南湾北路-珠海大道交叉口3.3.2瓶颈交叉口成因分析和特征分析（1）成因分析：瓶颈路段就位于南湾北路-珠海大道交叉口，由于工程施工的原因，南湾北路-珠海大道交叉口的北出口需要全封闭施工，而且原本北进口的5车道变成了狭窄的3车道，因此北进口成为了交叉口北端唯一的路口，从单向行驶路段转变为南北向交替通行的路段，这样就导致路口通行能力严重受阻，进而出现交通瓶颈，在上下班高峰期非常容易发生交通拥堵。另外，在北进口的后方，靠近珠海市南屏宏兴工贸股份合作公司的附近，其停车场出入口车辆出行对交替车流有影响。小路口旁边的壳牌加油站处斑马线行人往来频繁，车辆通行易受阻。（2）特征分析：依据上文中提及的特征分析方法：南湾北路-珠海大道交叉口的瓶颈，属于固态交通瓶颈，因为它取决于道路自身的天然条件，其产生拥堵的时间和空间相对较为固定。从因素上判断，属于路段中车道数发生变化等不合理的情况，由施工路段封闭导致车道数减少引发道路通行不畅这个确定因素可以判断瓶颈的潜在发生率大大增加，交通量供需失衡，也就是交通需求明显大于交通供给。从交通瓶颈的中的路网、路段、设施进行种类划分，该交叉口属于路段瓶颈，主要产生瓶颈的路段就是交叉口的北进口，也是交替通行的路段。交通瓶颈的状态划分畅通、正常、拥挤、堵塞四个等级中划分，该路段属于堵塞路段，排队的车龙中经常出现走走停停的现象，每个交叉口的进口道都有很长的停车延误，有些车辆甚至需要等待两到三个信号周期才能勉强通过交叉口。缓解交叉口交通瓶颈的方法南湾北路华发商都路段受施工影响，封闭靠近华发商都一侧三条车道，只剩北进口的两条车道可供车辆通行，因此需要通过增设壳牌加油站处的临时信号灯与珠海大道交南湾北路口信号灯协调控制，采取“高峰期南北向交替通行、平峰期恢复双向通行”的控制模式，保障该交叉口的正常运行。4.1针对交叉口南北向交替通行车道的设计VISSIM仿真软件中交替通行路段的设置（1）正常情况交叉口和封路施工交叉口的VISSIM总图正常情况交叉口VISSIM封路施工交叉口VISSIM图4-1正常情况交叉口和封路施工交叉口的VISSIM总图由图4-1中可见，在VISSIM仿真软件上针对交叉口的北进口做了设计，用了两条长度和形状完全相似的路段重叠在一次，各自代表南北方向不同的路径，同时路段上的信号灯也需要重新设计和放置。VISSIM软件中封路施工交叉口的南进口直行路径和西进口左转路径图4-2封路施工交叉口的南进口图4-3封路施工交叉口的西进口由图4-2和图4-3可以看出针对交叉口南北向交替通行路段的设计，其中图4-2是南进口的车辆通过交叉口进入北出口的路径显示，而图4-3是西进口的车辆通过交叉口进入北出口的路径显示。VISSIM软件中临时信号灯的设置和交替通行路段的运行情况下图中的地理位置位于交叉口北进口的末端，是北进口320米后的一个原本无信号控制的小路口，图中为其他方向进入北出口的来车借道北进口交替通行的情况呈现。图4-4交替通行路段CAD图4-5交替通行路段VISSIM图4-4CAD图中标识出了配时设计南北向交替通行路段的临时信号灯，用于控制进入交替通行路段的车辆，信号灯与南湾北路-珠海大道交叉口的信号灯是一体协调控制的；图4-5的VISSIM仿真截图体现了南北向交替通行路段的最大用处，当西进口或者南进口使用交替通行路段时，临时信号灯的作用就是防止北方向的车辆进入交替通行路段以免发生交通事故。4.1.2设计临时交通灯的清空时间计算（1）《交通仿真实践》课程设计中左转逆向可变车道的设计临时交通灯的清空时间计算是根据2019年6月份的《交通仿真实践》课程设计中，对左转逆向可变车道的开启时间来重新设计和优化得出的新的计算方法。在《交通仿真实践》课程设计中，对于梅华路-敬业路的南进口设置了左转逆向可变车道：左转逆向可变车道设置在交叉口的同侧出口道，可变车道的车道数的设置需要根据交通量的实际情况进行调整，车道的使用功能需要根据交叉口信号灯的周期变化而变化。另外，在车道中央分隔带设置进入左转逆向可变车道的岔口，岔口出设置临时信号灯，临时信号灯的设置应当作为交叉口的辅助信号灯共同协调控制，临时信号灯的绿灯信号应当比交叉口的左转信号提早开放。在交替通行的出口道路段没有被占用的前提下，临时信号灯需要提前开启，使车辆进入左转逆向可变车道，等到交叉口的左转信号灯亮起时，左转逆向可变车道上的车辆跟随正常左转车道的车辆同时左转。图4-6课程设计中可变逆向一车道和二车道的设置《交通仿真实践》课程设计中设计的清空时间如下：清空南出口中东进口左转车辆的时间：t因此可逆车道开启的时间点为东西直行绿灯开始后4s，既周期中的第73秒为开启时间。借鉴课程设计中左转逆向可变车道的设计，将瓶颈交叉口中的北进口设计成交替通行路段，该北进口可作为进口车道使用，也可作为出口车道使用。这就需要保障安全的前提下，开放临时信号灯，在一个信号周期内快速改变该车道的车道功能。为了确定临时信号灯的时间设置，需要对南进口进北出口的来车和本身北出口的来车计算各自的清空时间，只有清空了使用过后的交替通行车道，才能保证安全地放行北进口的车辆进入交替通行车道，安全通过前方交叉口。得益于《交通仿真实践》课程设计中左转逆向可变车道的成功设置和良好的结果反馈，本论文将借鉴上述清空时间的计算方法，重新设计和优化得出的新的计算方法，公式将在分子的车道长度上添加车道长度系数，使得设计优化后的公更加适用于珠海市南湾北路-珠海大道交叉口的封路施工情况。车道长度系数曲线图和公式数据来源于尚春琳的《潮汐车道清空与下游路口信号协同控制方法研究》[21]图4-7车道长度系数曲线图确定清空时间所需调查数据：北进口相关数据西进口相关数据南进口相关数据交替通行车道度北进口交替通行车道长度南进口交替通行车道长度南进口340m35.76m/s247m51.6m/s167m42.47m/s设计优化后的清空时间公式：代入车道长度系数曲线图的公式得：340m的车道长度系数为2.6，167m车道长度系数为7.6，129m车道长度系数为6.3计算各个进口的清空时间：由此可知：北进口的清空时间为25s，即在北相位绿灯停止时间前25s开始由绿灯变红灯，控制路口不在放车进入交替通行路段，利用25s的时间清空北进口上的行驶车辆。南进口的清空时间为30s，即在南相位的绿灯加黄灯走完后，加25s清空南相位的车辆走完交替通行路段。西进口的清空时间为30s，即在西相位的绿灯加黄灯结束后加20s清空时间，清空交替通行路段上的车辆。4.2配时方案的设计4.2.1信号配时设计流程如下图4-6所示图4-6流程图4.2.2方案1：封路施工交叉口的4相位方案（1）方案1交通量数据封路施工交叉口-4相位-交通量数据进口道转向车道序号一小时交通量y东进口左转13230.215直左23230.215直行32990.199小计945南进口左转13960.264直左23960.264左转33960.264小计1188西进口左转12390.15922390.159直行32390.15942390.159小计956北进口左转13460.231直左23460.231直行33460.231小计1038Y=0.868图4-7方案1-交通量数据方案1依旧沿用正常情况交叉口的4相位，不过相位顺序作出了相应的调整，南北方向的交通量因为车道数的减少需要重新分配，得出新的最大流量比为Y=0.868，相比起正常情况交叉口的Y=0.744，更加接近饱和状态，因此交叉口通行能力的压力会更大。（2）方案1的信号灯配时方案封路施工交叉口-4相位-周期数据相位Y周期(s)车损Lsi(s)黄灯时间(s)方向有效绿灯时间Ge(s)绿灯显示时间g(s)绿信比10.86826555南全放75750.282东全放60600.233北全放65650.254西全放45450.17图4-8方案1周期数据（3）方案1的配时图和相位图图4-9方案1配时图方案1配时图中，对于临时信号灯的设置尤为关键，绿灯开启前30s负责清空南进口的车辆，而在北进口的绿灯结束前25s负责切断进入交替通行路段的车流，并且清空路段上准备通过交叉口的车辆。图4-10方案1相位图（4）方案1仿真数据与正常情况仿真数据的对比封路施工-4相位数据采集点数据编号方向占有率(%)最大排队延误时间（s）平均排队延误时间（s）速度(km/h)车辆数东东直3.3214.486.545287东左3.6225.6100.346.4338东左3.3216.49345.6299小计3.4218.893.345.7924南南直3401.2199.145.9282南直左3464.4195.146280南左2.8504197.645.3254小计2.9456.5197.345.7816西西直2.5215.895.843.8222西直2.5216.898.143.7226西左2.6217.896.944.3239西左2.7209.493.844.1239小计2.6215.096.244.0926北北左3.6199.282.745.9335北直左3.5200.480.846.1330北直3.1250.482.845.7289小计3.4216.782.145.9954临时交通灯直行13.3241.878.644.2304直行23.8192.879.744.3346直行33.8192.680.445346小计3.6209.179.644.5996图4-11方案1的数据采集点数据封路施工4相位占有率（%）速度（km/h）车辆数（辆）方向东南西北东南西北东南西北正常情况3.93.03.22.840.636.938.135.29291074961983封路施工

4相位3.42.92.63.445.745.744.045.9924816926954变化率-12.8%-2.2%-18.9%19.7%12.4%23.8%15.5%30.3%-0.5%-24.0%-3.6%-3.0%图4-12方案1的数据对照由图4-11和图4-12可看出，方案1对于封路施工交叉口的交通瓶颈有明显的改善效果:作为交替通行的北进口的道路占有率增长19.7%；东南西北各方向的车辆速度全线提速，速度增长说明交叉口可以通过更多的车辆。作为评价方案1最重要的数据，交叉口通过的车辆数决定了方案1对于交叉口的交通瓶颈是否做出来改善。由图4-12的对比数据可以看出，对比正常情况的车辆数数据，东进口同比下降0.5%，南进口同比下降24.0%，西进口同比下降3.6%，北进口同比下降3.0%，除南进口外，东西北三个方向通行能力的下降程度保持在5%以内，南方向通行能力的下降程度保持在25%以内。封路施工

4相位车辆排队长度Avgmaxstop编号方向平均排队长度(m)最大排队长度(m)排队车辆的停车次数1东直542092782东直左742093613东左62209315平均值63.3209.0318.04南直直1561721873平均值154.7171.01863.77西左471264348西直49141452平均值48133.54439北直39814910北直左210711711北左392139平均值2.799.0135.0图4-13方案1的车辆排队时间由此可见，方案1对于交叉口的交通瓶颈的影响是积极的，虽然车辆排队长度（如图4-13）会不可避免地增加，但是总体来说对于交通瓶颈来说是改善方案，对于交叉口通行能力来说是止损方案，方案1有效保证了在封路施工条件下交叉口的通行能力，并且尽可能地维持原有通行能力的水平。4.2.3方案2：封路施工交叉口的6相位方案（1）方案2交通量数据方案2是在方案1的基础上，在配时设计和相位设置上作出了优化，因此方案2的交通量数据与方案1的一致，车道数不变，车道流量分配也不变。（2）方案2的信号灯配时方案方案2的配时方案是从珠海市交警部门获取，并且在方案1配时方案的基础上增加相位，从4相位增加至6相位，结合参照收集到的配时方案进行优化设计得出的方案。封路施工交叉口-6相位-周期数据相位Y周期(s)车损Lsi(s)黄灯时间(s)方向有效绿灯时间Ge(s)绿灯显示时间g(s)绿信比10.86824455南全放35350.142东全放43430.183北全放33330.144西全放33330.145东全放30300.126北全放40400.16图4-14方案2的周期数据方案2的配时图和相位图图4-15方案2配时图方案2配时图中，对于临时信号灯的两段绿灯时间的设置尤为关键，绿灯开启前30s负责清空南进口的车辆，而在北进口的绿灯结束前25s负责切断进入交替通行路段的车流，并且清空路段上准备通过交叉口的车辆。图4-16方案2相位图方案2仿真数据与正常情况仿真数据的对比封路施工-6相位数据采集点数据编号方向占有率(%)最大排队延误时间（s）平均排队延误时间（s）速度(km/h)车辆数东东直3.978.428.339.9290东左4.37827.340.7342东左3.977.825.540298小计4.078.127.040.2930南南直3399.4250.744.5267南直左3384.2242.644.2266南左3411.424444.7273小计3.0398.3245.844.5806西西直2.7219.699.443.6239西直2.7242103.942.9234西左2.8228.498.643.7246西左2.9210.896.743.4252小计2.8225.299.743.4971北北左3181.643.951333北直左2.919760.151.4328北直2.6174.858.650.7289小计2.8184.554.251.0950临时交通灯直行13.7174.858.638.9289直行24.119760.140.1328直行34.2181.643.939.9333小计4.0184.554.239.6950图4-17方案2的数据采集点数据对照正常情况的仿真数据：占有率（%）速度（km/h）车辆数（辆）方向东南西北东南西北东南西北正常情况3.93.03.22.840.636.938.135.29291074961983方案2

6相位4.03.02.82.840.244.543.451.0930806971950变化率2.6%0.0%-11.8%-1.4%-1.1%20.5%14.0%44.8%0.1%-25.0%1.0%-3.4%图4-18方案2的数据对照由图4-18的对比数据可看出，方案2的速度和正常情况相比，提速效果明显，南进口速度同比上升14.0%，西进口速度同比下降14.0%，北进口速度同比上升44.8%，但是东进口的速度同比下降1.1%。总体来说，方案2对封路施工情况下交叉口的车辆速度有显著的提速效果。方案2与正常情况的车辆数数据作对比，东进口同比上升0.1%，南进口同比下降25.0%，西进口同比上升1.0%，北进口同比下降3.4%，除南进口和北进口外，东西两个方向通行能力居然比正常情况有微小的提升，南方向通行能力的下降程度保持在25%以内，而作为交替通行的北进口通行能力同比下降仅仅3.4%。因此得出结论：方案2对于封路施工交叉口的交通瓶颈也体现出积极的影响，达到了缓解瓶颈的效果，部分交叉口的通行能力与正常情况相当，且个别进口道还有略微的提升。数据对比的结论5.1方案1仿真评价数据与方案2仿真评价数据的对比评价文件数据采集点的数据对比占有率（%）速度（km/h）车辆数（辆）方向东南西北东南西北东南西北方案1

4相位3.42.92.63.445.745.744.045.9924816926954方案2

6相位4.03.02.82.840.244.543.451.0930806971950变化率17.6%2.3%8.7%-17.6%-12.0%-2.7%-1.3%11.1%0.6%-1.2%4.9%-0.4%图5-1车辆数的对比车辆数（辆）车辆数（辆）方向东南西北方向东南西北正常情况9291074961983正常情况9291074961983方案1

4相位924816926954方案2

6相位930806971950变化率-0.5%-24.0%-3.6%-3.0%变化率0.1%-25.0%1.0%-3.4%图5-2结论：方案1和方案2对于封路施工的交叉口的交通瓶颈缓解都起到了积极有效的作用，但作用的方式和效果各有千秋。在车辆速度上方案2和方案1相比，东南西三个方向都出现了不同程度的下降，但下降程度非常低，但作为交替通行路段的北进口，车辆速度却出现11.1%的同比增长，从45.9km/h上升到51.0km/h，车辆速度的提升可以带动更多的车辆通过交叉口，使整体通行能力逐步靠近正常情况的水平。在通行的车辆数方面，东进口同比上升0.6%，南进口同比下降1.2%，西进口同比上升4.9%，北进口同比下降0.4%。正常情况交叉口为东南西北4相位的设置，方案1为南东北西4相位的设置，方案2为南东北西东北6相位的设置。方案1为4相位，但东南西方向上的车辆速度比方案2有一定的提升，在通过交叉口的车辆数中，南北方向上通过的车辆数要略胜一筹但差距很小。该方案适用于交替通行路段中北进口的车流较大，且南北方向交通量需求较大的时间段。方案2为6相位，但作为交替通行能力的北进口的车辆速度比方案1提升不少，在通过交叉口的车辆数中，东西方向上通过的车辆数要稍微多一些。该方案适用于南北方向交通量需求较少的时间段，得益于6相位的设置，方案2的调理和顺序相比较方案1更加清晰。车辆数（辆）方向东南西北方案1

4相位924816926954方案2

6相位930806971950变化率0.6%-1.2%4.9%-0.4%行程时间的对比行程时间（s）方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西方案14相位133.9252.7130.7136.1128.6148.3134.2213.4方案2

6相位110.9236.662.7141.360152.2105.320.46前后变化-17.2%-6.4%-52.0%3.8%-53.3%2.6%-21.5%-90.4%图5-3车辆总延误的平均值的对比Delay-车辆总延误的平均值（s）方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西方案14相位0207.199.9102.699.8101.283.9186.1方案2

6相位0190.831.9107.731.3105.155177.1前后变化0.0%-7.9%-68.1%5.0%-68.6%3.9%-34.4%-4.8%图5-4每辆车的平均停车时间的对比Stopd-每辆车的平均停车时间(s)方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西方案14相位0158.99093.990.492.268.1147.1方案2

6相位0172.624.998.424.695.745.1162.4前后变化0.0%8.6%-72.3%4.8%-72.8%3.8%-33.8%10.4%图5-5每辆车的平均停车次数的对比Stops-每辆车的平均停车次数方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西方案14相位04.050.940.910.91方案2

6相位01.760.70.960.670.950.971.53前后变化0.0%-56.5%-25.5%5.5%-28.0%5.6%21.3%-55.1%图5-6车辆排队长度封路施工

4相位车辆排队长度Avgmaxstop编号方向平均排队长度(m)最大排队长度(m)排队车辆的停车次数1东直542092782东直左742093613东左62209315平均值63.3209.0318.04南直直1561721873平均值154.7171.01863.77西左471264348西直49141452平均值48133.54439北直39814910北直左210711711北左392139平均值2.799.0135.0图5-7封路施工6相位车辆排队长度Avgmaxstop编号方向平均排队长度(m)最大排队长度(m)排队车辆的停车次数1东直171062142东直左181112333东左1577199平均值16.798.0215.34南直左19923417506南直1992351765平均值190.7234.01672.77西左501524548西直51146476平均值50.51494659北直00010北直左00011北左000平均值0.00.00.012临时交通灯541421047图5-85.2正常情况交叉口的仿真数据与方案1仿真数据的对比数据采集点的数据对比占有率（%）速度（km/h）车辆数（辆）方向东南西北东南西北东南西北正常情况3.93.03.22.840.636.938.135.29291074961983封路施工

4相位3.42.92.63.445.745.744.045.9924816926954变化率-12.8%-2.2%-18.9%19.7%12.4%23.8%15.5%30.3%-0.5%-24.0%-3.6%-3.0%图5-9车辆数的对比车辆数（辆）方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西正常情况487692314336611625496382封路施工

4相位444424440448483478495392前后变化-8.8%-38.7%40.1%33.3%-20.9%-23.5%-0.2%2.6%图5-10行程时间的对比行程时间（s）方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西正常情况101.297.380.182.276.197.5105.372.8封路施工

4相位133.9252.7130.7136.1128.6148.3134.2213.4前后变化32.3%159.7%63.2%65.6%69.0%52.1%27.4%193.1%图5-11车辆总延误的平均值的对比Delay-车辆总延误的平均值（s）方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西正常情况53.752.648.948.647.150.75445.6封路施工

4相位0207.199.9102.699.8101.283.9186.1前后变化-100.0%293.7%104.3%111.1%111.9%99.6%55.4%308.1%图5-12每辆车的平均停车时间的对比Stopd-每辆车的平均停车时间(s)方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西正常情况40.938.940.846.334.1封路施工

4相位0158.99093.990.492.268.1147.1前后变化-100.0%295.3%124.4%129.6%132.4%126.0%47.1%331.4%图5-13每辆车的平均停车次数的对比Stops-每辆车的平均停车次数方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西正常情况0.840.990.880.820.820.860.860.88封路施工

4相位04.050.940.910.91前后变化-100.0%309.1%6.8%11.0%13.4%4.7%-7.0%287.5%图5-14车辆排队长度正常情况4相位车辆排队长度Avgmaxstop编号方向平均排队长度(m)最大排队长度(m)排队车辆的停车次数1东直271112652东左2885488平均值27.598.0376.53南直191033514南直左251142715南左1667307平均值20.094.7309.76西左22924057西直左+西直2484416平均值23.088.0410.58北直19723079北直左238422010北左1958325平均值20.371.3284.0封路施工

4相位车辆排队长度Avgmaxstop编号方向平均排队长度(m)最大排队长度(m)排队车辆的停车次数1东直542092782东直左742093613东左62209315平均值63.3209.0318.04南直直1561721873平均值154.7171.01863.77西左471264348西直49141452平均值48133.54439北直39814910北直左210711711北左392139平均值2.799.0135.0图5-155.3正常情况交叉口的仿真数据与方案2仿真数据的对比数据采集点的数据对比占有率（%）速度（km/h）车辆数（辆）方向东南西北东南西北东南西北正常情况3.93.03.22.840.636.938.135.29291074961983封路施工

6相位4.03.02.82.840.244.543.451.0930806971950变化率2.6%0.0%-11.8%-1.4%-1.1%20.5%14.0%44.8%0.1%-25.0%1.0%-3.4%图5-16车辆数的对比车辆数（辆）方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西正常情况487692314336611625496382封路施工

6相位454406433473477488496400前后变化-6.8%-41.3%37.9%40.8%-21.9%-21.9%0.0%4.7%图5-17行程时间的对比行程时间（s）方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西正常情况101.297.380.182.276.197.5105.372.8封路施工

6相位110.9236.662.7141.360152.2105.320.46前后变化9.6%143.2%-21.7%71.9%-21.2%56.1%0.0%-71.9%图5-18车辆总延误的平均值的对比Delay-车辆总延误的平均值（s）方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西正常情况53.752.648.948.647.150.75445.6封路施工

6相位0190.831.9107.731.3105.155177.1前后变化-100.0%293.7%104.3%111.1%111.9%99.6%55.4%308.1%图5-19每辆车的平均停车时间的对比Stopd-每辆车的平均停车时间(s)方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西正常情况40.938.940.846.334.1封路施工

6相位0172.624.998.424.695.745.1162.4前后变化-100.0%329.4%-37.9%140.6%-36.8%134.6%-2.6%376.2%图5-20每辆车的平均停车次数的对比Stops-每辆车的平均停车次数方向北-南南-北东-西西-东东-南西-北北-东南-西正常情况0.840.990.880.820.820.860.860.88封路施工

6相位01.760.70.960.670.950.971.53前后变化-100.0%77.8%-20.5%17.1%-18.3%10.5%12.8%73.9%图5-21车辆排队长度正常情况4相位车辆排队长度Avgmaxstop编号方向平均排队长度(m)最大排队长度(m)排队车辆的停车次数1东直271112652东左2885488平均值27.598.0376.53南直191033514南直左251142715南左1667307平均值20.094.7309.76西左22924057西直左+西直2484416平均值23.088.0410.58北直19723079北直左238422010北左1958325平均值20.371.3284.0封路施工6相位车辆排队长度Avgmaxstop编号方向平均排队长度(m)最大排队长度(m)排队车辆的停车次数1东直171062142东直左181112333东左1577199平均值16.798.0215.34南直左19923417506南直1992351765平均值190.7234.01672.77西左501524548西直51146476平均值50.51494659北直00010北直左00011北左000平均值0.00.00.0图5-22第六章总结与展望6.1总结本文通过设置交替通行的控制模式，最大程度挖掘该路段的通行能力，缓解施工带来的交通拥堵，减少对周边居民出行影响，提升车辆通行效率。但受干扰因素较多，需安排较多警力对该区域严格管控，才能发挥交替通行的最大作用。平峰期恢复双向通行，需安排人员设置雪糕筒，分离对向车辆。本文设计的方案1为4相位，但东南西方向上的车辆速度比方案2有一定的提升，在通过交叉口的车辆数中，南北方向上通过的车辆数要略胜一筹但差距很小。该方案适用于交替通行路段中北进口的车流较大，且南北方向交通量需求较大的时间段。本文设计的方案2为6相位，但作为交替通行能力的北进口的车辆速度比方案1提升不少，在通过交叉口的车辆数中，东西方向上通过的车辆数要稍微多一些。该方案适用于南北方向交通量需求较少的时间段，得益于6相位的设置，方案2的调理和顺序相比较方案1更加清晰。本文的意义：通过本次设计，在韦伯斯特配时法的基础上，研究并设计了交替通行路段清空时间的计算，并设置控制南北双向交替通行的临时信号灯，使得传统的韦伯斯特配时法得到更好的优化和改良，更加匹配该瓶颈交叉口。通过临时信号灯的设计，封路施工情况下交叉口的通行能力得到了改善，重新设计的配时方案保持了一定的通行能力，初步达到了维持交叉口作用的目的，有效防止交叉口因为施工造成通行能力大幅度的下降。（3）通过方案的设计成功将该交替通行路段的通行能力进行提升，提高了此方法在实际路网中应用的可能性。6.2展望本设计仅仅是基于VISSIM的交通瓶颈分析，忽略了车辆驾驶员对车速影响，也忽略了现实生活中真实的车辆损失时间和总损失时间等复杂因素。希望本文提出的方案可以做到抛砖引玉的效果，往后可以在其他瓶颈交叉口上看到更加成熟和有效的实施方案。为解决城市路网中的瓶颈问题，拿出更好的方法和更巧妙的智慧去缓解甚至解决瓶颈。参考文献宁建标.城市道路网瓶颈判别研究及其应用.华东交通大学.2018.王尧.城市道路交通拥堵评价与判定方法研究.北京工业大学.2014.赵顗.面向城市道路网交通瓶颈预警的信号控制关键技术研究.东南大学.高德地图.中国社会科学院社会学研究所.未来交通与城市计算联