【《基于微观仿真软件VISSIM的福州市某环岛交叉口优化设计》8700字（论文）】

———基于微观仿真软件VISSIM的福州市某环岛交叉口优化设计目录TOC\o"1-3"\h\u11290基于微观仿真软件VISSIM的福州市某环岛交叉口优化设计 18708摘要 2148671.引言 3241732.畸形交叉口组织优化的基本思路 3240593.案例分析 4171343.1交叉口区位 4115023.2现状交通问题 564863.3现状交通分析 7138504.改善方案 7220894.1保留环岛，各进口道信号控制 7319934.2保留环岛，局部进口道信号控制 9294694.3拆除环岛，各进口道信号控制 1046825.VISSIM仿真 12121355.1仿真模型构建 12107065.1.1导入地图 12164445.1.2绘制路网 13151505.1.3设置车辆构成 15251405.1.4设置驾驶行为参数 15282275.1.5停靠时间分布参数设置 16114285.1.6车流量输入 17225355.1.7设置路径决策 18142675.1.8设置冲突区 19293695.1.9设置让行区 20297885.1.10设置减速区 20217065.1.11公交站点与线路设置 21194365.1.12信号灯设置 2210165.1.13设置行程时间检测器 2339485.1.14设置数据采集器 24282785.1.15设置排队长度检测器 24144925.1.16设置仿真运行参数 2487185.2评价指标输出 25217535.2.1延误评价指标输出 25229485.2.2数据采集器评价指标输出 26291335.2.3排队长度评价指标输出 27316216.方案评价 28229616.1优缺对比 28141756.1.1方案一 28141286.1.2方案二 28104616.1.3方案三 2934346.2方案综合指标评价 29195117.结束语 30摘要在城市道路演变的历史长河中，近郊区道路随着城市的发展，逐渐演化成城市道路，多路交叉口是其多数城市道路网演化中常见的道路相交类型。为降低城市多路交叉口的延误时间、缓解多路交叉口的道路交通拥挤问题，以平面畸形多路交叉口为研究对象，研究信号控制、交叉口形态改造等可行的治理方法，并对于常见的畸形交叉口治理方法进行系统的描述。本设计以福州市马尾区君竹环岛交叉口为设计实例，运用微观仿真软件VISSIM，设置三种不同的信号控制与交叉口形态改造方案，对比分析在不同的治理方案与现状交通状况之下，仿真运行得到各方案的交叉口延误、平均占有率、平均排队等待时间、平均最大排队长度、每车平均停车时间、每车平均停车次数等评价指标，综合比较各个方案的优缺点与评价指标并总结方案评比结果。关键词：畸形交叉口；交通治理；信号控制；VISIIM交通仿真1.引言由于社会历史进步、科学经济快速发展等客观因素，早期线路规划的不合理等主观因素，使得畸形交叉口形成了其自有的特殊性，往往给城市道路发展带来一定的交通问题。一个良好的交叉口组织管理，不仅能够提高周边路网车辆运行的顺畅，还能够给乘车员带来较好的驱车体验，但对于城市中四路以上相交的畸形交叉口而言，由于其在形态上的复杂性，不仅增加了交叉口内部的冲突点数，也使得对多路交叉口发生的交通事故次数较常规交叉口多。然而，如何有效的通过缩小交叉口原有面积减小车辆通过交叉口的行程距离与时间或是通过信号控制优化配时、交叉口形态改造等合理、有效的交通治理途径来提高车辆通行效益，减少延误，提升行车安全性，给出合理的改善方案，便是国内外在这一方面上探讨较为颇多的ADDINNE.Ref.{3B8B687F-BE6E-49D9-B69D-151A45B496F5}[1]。对此，本文基于福州市马尾区君竹环形交叉口，从信号优化配时、交叉口形态改造等治理方法出发，有针对地设计多方案并进行综合比选，最终进行方案的归纳总结。2.畸形交叉口组织优化的基本思路纵观国内外多个改善案例，归纳总结得到常用于治理畸形交叉口的设计思路，多是进行交叉口的形态改造以及时空资源的优化分配：交叉口形态改造交叉口形态改造就是依据现有交通流，对交叉口现状几何进行工程实体改造，包括改变道路横断面形式、缩小交叉口面积、拆分合并交叉口多余道路等措施，从而满足现状交通需求，提高交叉口车辆通行效益，改善交叉口车辆运行状况ADDINNE.Ref.{ECB3E129-D838-4354-93BA-6213927877EC}[1,2]。交叉口时空资源优化分配空间资源优化分配就是在交叉口范围内部根据车辆行驶的轨迹，对多余的用地利用标志标线或渠化岛进行设计，使得车辆有序行驶，以达到交叉口各进口各流向车辆行驶方向明确，空间上通行权分配合理，提高车辆通过安全性；时间资源优化分配就是通过设置交叉口信号灯，根据现状分析的交通流配套合理的信号控制方案，对交叉口各进口道各流向的车辆进行在时间上分配通过交叉口的通行权，已然提高交叉口的通行能力。3.案例分析3.1交叉口区位君竹环岛始建于上世纪八十年代，至今仍是马尾片区重要的交通节点，在其路网中发挥着不可替代的作用。君竹环岛衔接着沈海高速、G104国道、福马路、君竹路、青洲路，承担该地过境交通、城市交通以及沿线片区交通的转换功能，兼顾客运交通与货运交通。交叉口地形图见图3-1，路网图见图3-2。图3-1交叉口地形图3-2交叉口路网3.2现状交通问题现状介绍（1）现状采用环岛组织交通的形式，环岛内部车辆交织现象严重，通行较为混乱、无序，见图3-3。图3-3（2）该交叉口大货车比例较大，缓慢绕环岛行驶加剧冲突，对整体交通流影响较大，极易造成拥堵，存在较大安全隐患，见图3-4。图3-4（3）现状未采用信号控制进行对交通流的组织，以致于五个不同方向的进口道车辆随意穿插行进环岛，导致环岛内部车流量较大，见图3-5。图3-5（4）非机动车随意行驶，未在非机动车道行驶，缺少必要的管制，存在较大的安全隐患，干扰机动车行驶严重，见图3-6。图3-62）问题产生的原因（1）环形交叉口的先天性缺陷：环形交叉口的通行能力一般不超过每小时两千辆，且其通行能力的大小取决于环岛内的交织区域大小。当进入环岛区域内的交通流量接近于其通行能力时，将会发生严重的冲突交织或是进一步发展为环死锁现象，由此可导致严重的交通拥堵。（2）货车影响：大货车在环岛区域内的交织、合分流行为较小汽车困难，当大货车占比较高时，环岛区域内的冲突交织将进一步加剧，环形交叉口的通行能力将急剧下降。（3）无信号控制：君竹环岛连接着七条道路，五个进口道车辆，尤其在晚高峰期间，福马路下匝道与君竹路车流量大，车辆无序穿插，更进一步加剧环岛内交织冲突。（4）非机动车管理：部分非机动车违规从机动车道通行，由此造成环岛区域内的各种车辆混行，环岛区域内的冲突交织将进一步加剧，环形交叉口的通行能力将明显下降。3）解决对策（1）拆除环岛，改为平面交叉口，并进行相应的进口道拓宽和交叉口渠化，从而免去车辆绕行环岛距离，大幅度地提高交叉口的通行能力，从根本上解决交通拥堵问题ADDINNE.Ref.{AA671B44-8E24-475C-93CE-C8BDE683579B}[3]。（2）禁止大货车在该交叉口内通行，但该措施将增大货车绕行距离，对周边工厂企业产生一定影响，其方案的可行性需要与交警部门进行详细论证。（3）加强在空间上或者时间上对非机动车车辆和行人的管理，以便减少不同交通类型的冲突。（4）设置交通信号灯，并设置停车线、车道转向标线、车道转向标志等配套标志标线，从时空上分离冲突交通流，提高交通安全，减少交通拥堵。3.3现状交通分析基于安全考虑，现状交通调查，采用视频定点录制，录制时间为晚高峰期间，视频处理结果如下，详细交通量见表3-1：福马路下匝道进入环岛的大车比例较高，交叉口大车率占比为40%；君竹路与青洲路行人流量较大，平均450人/小时；一小时观测时间内，统计各进口道进入环岛车辆数大致为：4080pcu，其中大车按2.5辆标准车辆换算。表3-1各进口道交通量详见表进口道君竹路青洲路G104沈海高速下匝道福马路下匝道统计标准车辆数（veh）1000720720520112040804.改善方案4.1保留环岛，各进口道信号控制保留原有的环岛组织方式，并分别对进入环岛的5个进口道进行信号控制，同时对环岛内部多余用地利用导流线等标志标线进行渠化，引导车辆行进，方案一示意图见图4-1。图4-1方案一示意图根据实际调查的交通流量流向数据以及韦伯斯特配时法对于该方案进行精确的配时设计，得出该配时方案应采用三相位，总的信号周期周长为100秒，黄灯时长为5秒。具体配时参数可见表4-1，配时相位时刻仿真示意图见4-2，相位分配如下：一相位为福马路下匝道进口道、G104国道进口道、青洲路人行过街横道，绿灯时长45秒；二相位为君竹路进口道、沈海高速下匝道进口道、G104国道人行过街横道，绿灯时长21秒；三相位为青洲路进口道、君竹路人行过街横道，绿灯时长18秒。

表4-1方案一配时方案各参数直观表C100Ge91相位三相位二相位一相位gej2023.2047λj0.200.230.47gj182145gmin181618图4-2配时相位时刻仿真示意图4.2保留环岛，局部进口道信号控制保留原有的环岛组织形式，在局部进口道增设信号灯，控制车辆分时进入环岛通行。三处进口道（君竹路、青洲路、104国道）增设交通信号控制，其余进口道不设，并对环岛内部多余用地利用导流线等其他标志标线进行渠化，引导车辆行进，方案二示意见图4-3。图4-3方案二示意图根据实际调查的交通流量流向数据以及韦伯斯特配时法进行精确的配时设计，得到该配时方案应采用三相位，总周期周长90秒，黄灯时长5秒。具体配时参数可见表4-2，配时相位时刻仿真示意图见4-4，相位分配如下：一相位为君竹路进口道、G104国道人行过街横道，绿灯时长30秒；二相位为G104国道进口道、青洲路人行过街横道，绿灯时长23秒；三相位为青洲路进口道、君竹路人行过街横道，绿灯时长22秒。表4-2方案二配时方案各参数直观表C90Ge81相位一相位二相位三相位gej322524λj0.360.280.26gj302322gmin161818图4-4配时相位时刻仿真示意图4.3拆除环岛，各进口道信号控制拆除环岛，合并福马路下匝道进口道与沈海高速下匝道进口道，合并福州方向上匝道与沈海高速方向上匝道出口道。G104国道进出口道、青洲路进出口道、君竹路进出口道前移，缩小交叉口面积。青洲路、君竹路、G104国道设置右转专用车道，福马路与沈海高速下匝道进口道设置掉头车道；交叉口范围内部其余用地使用矮丛植物种植加以渠化，君竹路、青洲路、G104国道交叉处设置安全岛以供行人过街等待驻足。君竹路、青洲路进出口道前设置人行过街横道，G104国道修改原有两处路段过街人行横道为一处路段人行过街横道。修改后交叉口为五路交叉，并对福马路下匝道与沈海高速下匝道合并进口道、君竹路进口道、青洲路进口道、G104进口道进行信号控制，方案三示意图见图4-5。图4-5方案三示意图根据实际交通流量流向数据以及韦伯斯特配时法进行精确的信号配时设计，得到该配时方案应采用四相位，总周期周长为115秒，黄灯时长为3秒。具体配时参数可见表4-3，配时相位时刻仿真示意图见4-6，相位分配如下：一相位为君竹路左转、G104国道左转，绿灯时长25秒；二相位为君竹路直行、G104国道直行、青洲路人行过街横道，绿灯时长22秒；三相位为青洲路进口道、G104人行过街横道，绿灯时长21秒。四相位为福马路与沈海高速下匝道合并进口道（右转不设控）、君竹路人行过街横道，绿灯时长35秒。表4-3方案三配时方案各参数直观表C115Ge103相位一相位二相位三相位四相位gej25222135λj0.220.190.180.31gj25222135gmin-181616图4-6配时相位时刻仿真示意图5.VISSIM仿真5.1仿真模型构建5.1.1导入地图打开vissim4.30版本点击View（视角），其后依次选择Background（背景）→Edit（编辑）→Load（加载），在文件夹中选择本次设计需要仿真的交叉口路网地图，具体操作如图5-1。图5-1当vissim界面中加载出底图后，再次打开背景底图编辑的窗口点击Scale，输入事先在地图下载器中标定的距离，点击ok，此时仿真的底图便已经导入完成，具体操作如图5-2。图5-25.1.2绘制路网选择路段&连接器，鼠标右键点击路段起点，按住不放沿道路行车方向拉取直至路段终点放开弹出窗口，根据现状道路尺寸，选择车道数、车道宽度以及车道类型，见图5-3。图5-3在分别绘制完路段、路口导向车道后，在路段&连接器编辑器激活状态下，根据车辆行径鼠标右键点击路段拉取至路口到向车道放开弹出窗口，编辑连接段属性，见图5-4。图5-4整体路网绘制成果图，见图5-5、5-6。图5-5现状、方案一、方案二仿真路网图5-6方案三仿真路网5.1.3设置车辆构成点击Traffic编辑器选择Compositions→New弹出TrafficCompositions编辑窗口，选择New设置仿真的车辆类型并设置对应车辆类型所占比重与仿真行驶速度，本文仿真模拟车辆类型采用Car与HGV各车辆类型所占比例依据各道路交通流实际情况取决，具体操作见图5-7。图5-75.1.4设置驾驶行为参数点击BaseData选择DrivingBehaviour弹出驾驶行为编辑窗口，左侧窗口划分为Urban（motorized）、Right-siderule（motorized）、Freeway（freelaneselection）、Footpath（nointeraction）、Cycle-Track（freeovertaking），各项又分别有跟车行驶行为、车道变换行为、横向行驶行为、信号控制四种驾驶模型，其中可以根据实际情况设置Footpath（nointeraction）的Lateral栏中Desiredpositionatfreeflow修改为Any，这样在仿真模拟过程中，行人行进方向是无序的，不会形成一字队列，具体操作见图5-8、5-9。图5-8图5-95.1.5停靠时间分布参数设置点击BaseData→Distributions→Dwelltime，设置路网中各公交站点的公共车辆停车时间分布数值。如图5-10，设置公交车停靠时间平均值为20，误差值为2，也可以根据实际情况同时设置多个公交车停靠时间分布值。图5-105.1.6车流量输入点击VehicleInputs，选择需要输入车流量的路段起点，双击该路段弹出车流量输入窗口，见图5-11。图5-11其次，可在该窗口设置仿真车辆生成周期时长、车流量数值以及车辆构成类型，见图5-12。图5-12也可根据不同要求同时创建不同车辆构成类型的车流量数据，具体操作见图5-13。图5-135.1.7设置路径决策点击Routes，通过鼠标左键选取需要进行决策的路段，右键在适当位置设置路径决策起点，弹出决策起点编辑设置的窗口。在该窗口下，根据实际情况，选择不同类型的路径决策，见图5-14。图5-14当出现红色线条表明起点设置完成，当红色线条颜色鲜艳说明处于激活状态，可编辑该路径决策器激活状态下的路径决策，当红色线条为暗色则表明处于待激活状态，不可编辑该路径决策器下的路径决策。在路径决策器激活状态下，按照交叉口现状或者渠化的方案，根据实际情况鼠标左键点选决策终点路段，右键确认。同样，在Routes编辑器处于激活状态下，鼠标右键点击路网外围其他区域，可弹出路径决策设置窗口，见图5-15。图5-15同时，可在路径决策设置窗口设置各路径决策下的车流量流向所占比例以及路径决策仿真运行时长，见图5-16。图5-165.1.8设置冲突区点击ConflictAreas，鼠标左键选择路网中冲突点区域，相应路段区域颜色变更为黄色，鼠标右键点取该路段区域可更改冲突通行优先权，见图5-17。图5-17鼠标右键点击空白区域弹出冲突区编辑窗口，可在该窗口查看、编辑已设置的冲突区，见图5-18。图5-185.1.9设置让行区点击选择PriorityRules，鼠标左键选择需要设置让行的路段（该次仿真中让行设置均在人行横道前后处设置车辆让行行人过街的让行区），右键在适当位置点击出现红色线条，在红色线条激活状态下，可通过鼠标左键选择被让行路段（过街横道），右键点击确定出现绿色线条，此时弹出参数设置窗口，可设置相关参数见图5-19。图5-195.1.10设置减速区点击选择ReducedSpeedAreas，根据实际已经实际的让行规则，通过鼠标左右键设置减速区，当生成绿色矩形长条边框时，会弹出参数设置窗口，可设置相关参数，见图5-20。图5-205.1.11公交站点与线路设置点击选择TransitStops，鼠标左键选择需要设置公交站点的路段，右键点取站点起点按住不放拉至站点终点松开，此时生成红色长条线框弹出公交站点参数设置窗口，可以根据实际站点类型选择路边型公交站点或是港湾式公交站点并设置相关参数，见图5-21。图5-21点击选择Bus/TramLines，根据实际调查的公交线路在软件中通过鼠标左右键设置，一旦出现红色线条，说明起点设置完成。其后，在该红色线条处于激活状态下，方可继续设置公交线路，当出现黄色线条并弹出编辑窗口时，可在该窗口下设置车辆类型、期望速度等参数，见图5-22。图5-225.1.12信号灯设置点击Signcontrol→Editcontoller，弹出窗口，在窗口左侧右键新建一个配时方案，在窗口右侧中下方右键新建多个相位，根据已经设计好的配时方案，输入周期时长、黄灯时间、各相位绿灯时长等参数，见图5-23。图5-23点击选择SignalHeads，根据配时方案，在各进口道的停车线设置，鼠标左键选择路段，右键点击设置，此时出现红色线条并弹出编辑窗口，设置相应的相位相序等参数，见图5-24。图5-245.1.13设置行程时间检测器点取选择TravelTimeSections，鼠标左键选择行程时间检测器起点路段，右键确定位置，出现红色线条，在该红色线条处于激活状态下，设置行程时间检测器终点，出现绿色线条弹出编辑窗口，可设置需要检测的车辆类别以及其他参数设置，见图5-25。图5-25

5.1.14设置数据采集器点取选择DataCollectionpoints，在各交叉口出口道适当位置设置，鼠标左键选择需要设置的路段，右键设置检测器，见图5-26。图5-265.1.15设置排队长度检测器点击选择QueueCounters，在各进口道停车线附近设置，鼠标左键选择需要设置的路段，右键设置检测器，见图5-27。图5-275.1.16设置仿真运行参数点击选择Simulation→Parameters，弹出参数设置窗口。在该窗口可以设置仿真运行时长、仿真精度、仿真速度、仿真开始时间、仿真结束时间等参数ADDINNE.Ref.{020FB93B-4BFD-42E3-A0B9-76FE85B50C6C}[4]，见图5-28。

图5-285.2评价指标输出5.2.1延误评价指标输出点击选择Evaluation→Files，勾选Delay，点击Configuration，弹出延误评价指标参数设置窗口，点击New，选择行程时间检测器并选择文件输入数据格式为统计数据，见图5-29。图5-29运行仿真，仿真结束后在保存的路径文件夹中主动生成vlz格式的文件，双击打开，可查看本次仿真延误指标，见图5-30。图5-305.2.2数据采集器评价指标输出点击选择Evaluation→Files，勾选Datacollection，点击Configuration，弹出数据采集器指标参数设置窗口，点击New，选择已经设置的数据采集器并选择文件输入数据格式为统计数据，见图5-31。图5-31运行仿真，仿真结束后在保存的路径文件夹中生成mes格式的文件，双击打开，可查看本次仿真数据采集器输出的相关指标，见图5-32。图5-325.2.3排队长度评价指标输出点击选择Evaluation→Files，勾选Queuelengh（排队长度）前的复选框，点击Configuration，弹出排队长度指标参数设置窗口，可在该窗口设置仿真时排队长度定义参考值，见图5-33。图5-33运行仿真，仿真结束后在保存的路径文件夹中生成stz格式的文件，双击打开，可查看本次仿真输出的排队长度评价指标，见图5-34。图5-34

6.方案评价6.1优缺对比方案一优点（1）减少同一时间进入环岛内的车辆数，有效减少环岛内交通冲突数；（2）进入环岛的车辆在时间上分离，有效减少环岛的交通事故次数；（3）增加五个进口道信号控制和相配套的交通设施，造价不高。缺点（1）当福马路下匝道和沈海高速下匝道交通量较大的极端状况发生时，排队长度过长，容易溢流影响上游主线交通流；（2）君竹路交通量增大时，信号控制会导致君竹路出现较长的排队长度。方案二优点（1）减少同一时间进入环岛内的车辆数，有效减少环岛内交通交织量；（2）沈海高速下匝道与福马路下匝道路段当发生交通量较大的极端状况发生时，排队长度有所改善；（3）增加三个进口道信号控制和相配套的交通设施，造价不高。缺点（1）沈海高速下匝道、福马路下匝道车辆未受控，增大环岛内交通量，仍存在一定数量的冲突，且福马路下匝道仍然存在溢流现象；（2）君竹路进口道交通量较大，信号控制后会产生较长排队现象，且如果沈海高速下匝道、福马路下匝道车辆增多，会影响君竹路车辆驶入环岛的顺畅性，导致绿灯时长的浪费。

方案三优点（1）减小交叉口面积，免去车辆绕行环岛行驶的距离，大大缩短车辆通过交叉口的距离，提高了交叉口的通行能力ADDINNE.Ref.{66AF1D9D-E181-4861-A09B-87B1E3076FF3}[5]；（2）沈海高速下匝道与福马路下匝道在交通量较大的极端状况发生时，不会出现排队长度过长，出现溢流影响上游主线交通流的情况；（3）设置行人过街安全岛，满足晚高峰行人过街等待空间需求，提高行人过街安全性。（4）减小车辆的交织，在信号控制下，分配各进口道各流向在时间上的通行权，能够有效减少的交通事故发生的次数。缺点（1）沈海高速下匝道与福马路下匝道进口道、福州方向上匝道与沈海高速方向上匝道出口道改建工程量大，工程耗资大；（2）沈海高速下匝道与福马路下匝道交织路段车辆行驶速度较低，只能通过法规强制车辆运行速度维持在20Km/h，当车流量较大时，合流段处交织情况复杂，较易发生交通事故。6.2方案综合指标评价通过VISSIM仿真运行，输出交叉口平均总体延误、交叉口车辆通过数、交叉口平均占有率、交叉口平均排队等待时间、交叉口平均最大排队长度、交叉口平均每辆车停车等待时间、交叉口平均每辆车停车次数评价指标ADDINNE.Ref.{3342F2E5-9F23-4534-90BD-B62419FE3C20}[6]。现状以及各方案评价指标直观图与对比表见图6-1、表6-1。图6-1表6-1各方案评价指标对比表平均总体延误（S）车辆通过数（Veh）平均占有率平均排队等待时间（S）平均最大排队长度（M）平均每车停车时间（S）平均每车停车次数现状152223232.40%140.920079.95.43方案一90.3269335.40%77.915463.91.79方案二76.8287741.90%62.413641.12.35方案三51.0307144.80%43.77836.31.25由上表各指标对比可知，方案一、二、三综合比较上都明显优于现状，而单从方案一、二、三相互之间比较而言，方案三的各项指标明显优于方案一