高麗梅，程 超

(1．天津市市政工程研究院，天津 300074;2．長江勘測規(guī)劃設計研究院，武漢 430010)

0 引言

在道路交通規(guī)劃和交通管理控制應用中，往往會有多個預設研究方案，如何評估各個方案的優(yōu)劣性需要運用一定的手段和方法．在基礎交通信息充分的情況下，如運用地面固定線圈、視頻攝像機、微波交通檢測器、空中無人飛機[1-2]等獲取交通信息，運用經典的交通工程學理論和方法，可以對研究方案進行評估．然而，在很多情況下，交通信息并不充分，對研究方案的理論評估會缺乏數(shù)據(jù)支持，另外，交通運行狀況的動畫展示難以實現(xiàn)．交通仿真技術可以按照設定的技術方案進行交通運行狀況的模擬，輸出設定的評價指標參數(shù)，再現(xiàn)復雜情景下的交通運行情況，模擬交通流的時間、空間變化特征，從而日益成為交通規(guī)劃與管理項目評價和決策的重要技術方法．

目前，國內使用的微觀交通仿真軟件主要包括VISSIM、PARAMICS、CORSIM、SYNCHRO 等[3-4]．文獻[5]提出了基于PARAMICS微觀交通仿真對ITS項目子系統(tǒng)和交通管理措施進行模擬評價，文獻[6]利用VISSIM軟件對高速公路交通組織方案進行仿真，分析評價結果，并對高速公路施工區(qū)的交通組織方案進行了優(yōu)化．文獻[7]基于VISSIM仿真軟件，提出了構建3D交通環(huán)境的方法．

上述研究要么側重于交通仿真評價，要么側重于單一交通環(huán)境的構建，而較少將3D交通環(huán)境和交通仿真評價結合研究，且對3D交通環(huán)境的素材來源考慮較少．因此，本研究以目前國內應用最為廣泛的VISSIM軟件為基礎，以城市道路交叉口的交通控制優(yōu)化為研究需求出發(fā)點，給出交叉口3D交通環(huán)境的構建方法和交叉口的交通仿真評價方法，并以實際案例開展應用研究．

1 交叉口3D交通環(huán)境構建

1.1 仿真背景

在進行VISSIM軟件交叉口3D交通環(huán)境構建前，需要設定一張交通背景底圖，底圖既可以是位圖，也可以是矢量圖，其中，位圖可為jpg、bmp等常用文件格式，矢量圖可為dwg、dxf、shp等文件格式．當位圖作為背景時，如果放到圖片的比例，那么圖片會出現(xiàn)鋸齒的現(xiàn)象，圖片的清晰度也會降低[7]．在VISSIM軟件中導入交通背景圖后，可以在其基礎上較為準確地畫出道路的結構形式、走向、寬度等，同時，為插入3D交通環(huán)境要素提供相對位置參考．

1.2 3D交通環(huán)境的建立

在VISSIM4.30軟件中，3D交通環(huán)境要素以3D文件形式，即*.v3d文件形式，存放在VISSIM軟件安裝的文件路徑當中(如:安裝盤/PTV_Vision/VISSIM430/Exe/3DModels)，文件包括3種形式:

1)Static文件:靜態(tài)的文件包括房屋建筑、花草樹木、道路指示信號、軌道設施以及道路輔助設施等．在VISSIM軟件5.30版本中，Static文件可以從Google SketchUp網(wǎng)站中下載，skp模型可直接導入VISSIM軟件中．

2)Textures文件:質地文件包括道路的質地背景素材、交通標識素材、草地素材和天空背景素材等．

3)Vehicles文件:車輛文件包括自行車、各品牌小汽車、貨車、客車等車輛素材．

3D交通素材的插入方法為:打開VISSIM軟件的INP文件，該文件包含交通背景底圖和道路，在底圖和道路之外的空白處單擊右鍵，然后選擇需要的交通素材插入*．v3d文件，構建3D交通環(huán)境．某交叉口的3D交通環(huán)境如圖1所示，圖中插入了道路周邊的房屋素材、花草樹木素材、綠燈素材等．

圖1 交叉口的3D交通環(huán)境

2 交叉口交通仿真評價方法

交叉口交通仿真評價主要包括道路與交通信息的調查、交通仿真模型的建立與標定、設置不同的交通仿真方案、輸出仿真評價指標、比選方案得出評價結論，交叉口交通仿真評價方法流程如圖2所示．

圖2 交通仿真評價方法流程

交通仿真模型的建立與標定包括在VISSIM軟件中繪制道路交叉口，設置各進口道的交通路徑及流量，設置道路左轉或右轉減速區(qū)等，根據(jù)交叉口的實際交通運行情況，調整車輛期望車速、加減速參數(shù)等，設置不同的交通信號配時方案．交通仿真方案的差異主要體現(xiàn)在信號周期、相位綠燈時長、相序的不同，道路重新渠化設計，道路重新交通組織管理等．仿真評價指標主要包括平均排隊長度、最大排隊長度、停車次數(shù)、行程時間等，不同的交通方案的仿真評價指標可能部分得到改善，部分惡化，因此，需要結合實際的交通管理需求，進一步綜合比較與分析，確定合適的交通方案．

3 案例分析

3.1 現(xiàn)狀交通方案仿真

某市某交叉口的斷面形式如圖3所示，高峰時段信號配時方案，交通流量、流向分別如表1、2所示．該交叉口位于中心城區(qū)的南北向主干道和東西向主干道的交匯處，交通流量大，交通擁堵現(xiàn)象較為明顯，因此，需要采取交通改善方案進行交通管理．

圖3 交叉口斷面形式

表1交叉口信號配時方案

表2 交叉口流量、流向情況 PCU/h

依據(jù)交叉口的斷面形式、車道功能、流量流向、信號配時等基礎數(shù)據(jù)，在VISSIM軟件中對該交叉口進行建模與交通仿真分析，仿真情景如圖4所示．

經過仿真發(fā)現(xiàn)，交叉口的交通問題主要包括:

1)在第1相位時，從西向東交通流，在交叉口的西向出口道出現(xiàn)了較為明顯的擁擠，究其原因在于，東西向主干道的東邊進口有4個車道，東西向主干道的西邊進口有3個車道，在第1相位時，車流自東向西，由于車道通行能力的不匹配，出現(xiàn)了交通瓶頸．

2)在第2相位，南北向主干道的南進口道的左轉車流和南北向主干道的北進口道的右轉車流，與部分處于清尾階段的東西向主干道從東到西的直行車流，發(fā)生了交織，造成了一定程度的擁擠．

圖4 多相位仿真

因此，在設計交通改善方案時，需要采取有針對性的交通管理措施，即:給予東西向交通流更多的綠燈時間，減少南北向主干道左轉車流與東向西主干道的直行車流的交織狀況．

以各進口道車輛平均排隊長度、最大排隊長度、停車次數(shù)，主要流向的行程時間為評價指標，對現(xiàn)狀交叉口進行3 600s交通仿真，仿真結果如表3、4所示．

3.2 交通方案1仿真

根據(jù)3.1節(jié)中的仿真結果，交通方案1設計為:延長東西向主干道的綠燈時間，延長第3相位的直行和左轉時間，適當壓縮第4相位南北直行時間．方案1的信號配時方案如表5所示．

表3 交叉口交通仿真評價情況表

表4 交叉口交通仿真行程時間表

表5 方案1信號配時方案

依據(jù)交叉口的斷面形式、車道功能、流量流向、優(yōu)化后的信號配時等基礎數(shù)據(jù)，在VISSIM軟件中對該交叉口進行第2次建模與仿真，各進口道的平均排隊長度、最大排隊長度、停車次數(shù)的改善情況如表6所示，各主要流向的車流行程時間改善情況如表7所示．

表6 方案1進口道交通指標改善情況 %

由表6、表7可知，該交叉口信號配時方案優(yōu)化后，各方向進口道的平均排隊長度、最大排隊長度、停車次數(shù)均有一定程度的改善，其中，南進口道改善較為明顯;各主要車流的行程時間均有改善，南向西左轉的車流行程時間改善較為明顯．

表7 方案1各主要車流行程時間改善情況 %

3.3 交通方案2仿真

根據(jù)3.1節(jié)中的仿真結果，交通方案2設計為:將現(xiàn)狀的相位2和相位4對換位置，各相位的綠燈時間仍保持不變．依據(jù)交叉口的斷面形式、車道功能、流量流向、優(yōu)化后的信號配時等基礎數(shù)據(jù)，在VISSIM軟件中對該交叉口進行第3次建模與仿真，各進口道的平均排隊長度、最大排隊長度、停車次數(shù)的改善情況如表8所示，各主要流向的車流行程時間改善情況如表9所示．

表8 方案2進口道交通指標改善情況 %

表9 方案2各主要車流行程時間改善情況 %

由表8可知，調整相序后，東進口、南進口的交通狀況得到改善，其中，南進口的改善程度最好，平均排隊長度下降37.31%，停車次數(shù)下降47.01%．西進口和北進口的整體交通狀況稍有惡化，最大平均排隊長度增加5.77%，最大停車次數(shù)增加3.54%．由表9可知，相序調整后，南向西左轉和北向東左轉車流的行程時間得到了改善，但是，南向北直行車流的行程時間變長，增加了6.88%．通過調整相序，整體上提高了交叉口的通行效率，主要體現(xiàn)在顯著的改善了南進口的交通運行效率，但是在一定程度上犧牲了南北直行的交通通行效率．

3.4 仿真評價與建議

根據(jù)3.1～3.3節(jié)的分析可知:方案1通過改變不同相位的綠燈時長，在整體上改善了交叉口的運行效率，方案2調整交叉口的信號相序可局部改善交叉口的運行效率．因此，從整體來看，方案1相對更適合作為該交叉口的交通改善設計備選方案．

雖然優(yōu)化交叉口的配時方案能改善交叉口的交通運行效率，但是，交叉口的交通運行效率不僅與信號配時相關，它還與行人、車(自行車、電動車)、路(環(huán)境)、信息緊密相關，因此，為更好地保障交叉口的交通運行，建議如下:

1)進一步加強對交叉口的行人、自行車的通行秩序管理，減少行人、自行車闖紅燈、搶黃燈等危險行為，減少機動車與行人、自行車的交通沖突，保障機動車輛的正常通行．

2)由于交叉口兩條相交道路均為城市主干道，交通流量大，而與本交叉口毗連的信號交叉口數(shù)量較多，為進一步優(yōu)化交叉口的通行效率，建議開展區(qū)域內交叉口群的信號協(xié)調控制與交通組織管理工作．

3)由于本交叉口是某市中心城區(qū)的重要交通節(jié)點之一，建議做好交叉口擁堵狀況的信息發(fā)布工作，包括與交通廣播臺合作，及時發(fā)布路況、交通信息等，誘導交通出行，緩解局部交通負荷．

4 結束語

本文闡述了交叉口3D交通環(huán)境的構建方法和交叉口的交通仿真評價方法，并以實際的交通工程應用為例，進行了應用研究，案例分析表明，本文給出的方法可用于道路交通控制、管理的設計評價．需要注意的是，為了使仿真是“真”的，需要提供準備的道路信息、交通信息，同時，交叉口的交通管理方案需要符合實際情況，否則，交通仿真的效果會大打折扣．

[1]劉曉鋒，彭仲仁，張立業(yè)，等．面向交通信息采集的無人飛機路徑規(guī)劃[J]．交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2012，12(1):91-97．

[2]彭仲仁，劉曉鋒，張立業(yè)，等．無人飛機在交通信息采集中的研究進展和展望[J]．交通運輸工程學報，2012，12(6):119-126．

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[6]朱慧芳．高速公路施工區(qū)交通組織方案優(yōu)化及仿真評價[D]．西安:長安大學，2011．

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