交叉口是路网中的关键因素，是容易产生交通拥堵的关键节点，对其交通流进行合理分析和控制，是缓解城市交通拥堵的重要途径^[1-2]。近年来，众多学者对公路信号交叉口优化问题做了大量的研究，包括基于可变车道提出信号交叉口时空资源优化配置方法，针对小区域交叉口群过饱和状态提出了基于模糊控制的信号协调优化方案等^[3-6]。本文在实地观测数据的基础上，采用VISSIM进行了公路交叉口的信号控制配时方案的仿真分析，提出改善。

1          交叉口基本情况

1.1 情况简介

本文以国道G104与发展大道交叉口为研究对象。该路段位于长兴县城区北侧，向北对外连通夹浦互通立交，与长深高速公路相连，向东连接长兴火车站，向西、向南通往长兴县中心城区。交叉口东西两侧分布有大量企业驻地，是连接城区与城际的重要连接枢纽，也是104国道重要的交通节点，如图1所示。

1.2 现状调查

1）调查内容

①现状交叉口渠化。对交叉口形式，各进出口车道分布、车道功能、拓宽段、渐变段等位置进行现场测绘。

②高峰交通流量采集。分别对周末、工作日早晚高峰进行流量统计调查。

③现状信号控制。对现状运行的相位、相序、信号周期、绿灯时间等信号控制参数进行调查。

④交通设施调查。对交叉口信号灯、标志、隔离护栏等交通基础设施进行调查。

⑤运行速度调查。对交叉口现状车辆运行速度进行采集。

⑥其他调查内容。周边土地利用、交通管理等内容进行调查。

2）调查方法

本调查采取实地调查的方式，利用视频、图片采集、计时统计和现场测绘的手段，重点调查了交叉口影响范围内的各项内容。

3）调查结果

根据当地交通出行时间特性，确定早高峰时段为7:30—9:00，晚高峰时段为16:30—18:30。经调查统计，观测交通流量折合成标准小汽车如下表所示。

图1 路段现状图

表1  G104与发展大道交叉口高峰小时交通流量统计（单位：pcu/h）

经统计分析，G104主线上南北直行交通量大中型货车较多，主要为过境交通及物流园区对外交通，其他方向交通量以小型车为主。现状信号配时调查结果显示，周末高峰、工作日早高峰和工作日晚高峰信号配时采用同一方案，具体如下表所示。

表2  G104与发展大道交叉口现状信号配时方案表（单位：s）

现状交叉口车道布局为东口双向4车道，进口2车道拓宽为3车道，车道功能为左转、直行、右转；西口双向4车道，进口2车道拓宽为3车道，车道功能为左转、直行、直行和右转；南口为双向6车道，进口3车道拓宽为4车道，车道功能为左转、直行、直行、直行和右转；北口为双向6车道，进口3车道拓宽为4车道，车道功能为左转、直行、直行、直行和右转。各进出口机非分隔带为绿化带，东西进口中央分隔为双黄线，南北进口中央分隔带为绿化带。交叉口东、西、南、北各进口左转车道前均设置有左转待转区。

对G104主线直行车速进行调查，通过G104与发展大道交叉口时，速度在20km/h~30km/h之间，现状调查速度统计数据平均测速取值为25.4km/h。

1.3 现状问题分析

1）交叉口信号配时方案单一，缺乏按照实际流量流向精细化分配时间资源；

2）交叉口采用信号周期短，车辆频繁制动、启动，车流连续性较差；

3）国道104上南北向大型车比例较大，车辆起步速度较慢，影响通行效率；

4）交叉口空间较大，停止线位置较靠后，交叉口缺乏合理的渠化设计，同时车辆在单个信号周期内通过路口的时间长，整体通行效率较低；

5）交叉口非机动车及行人过街距离较远，所需时间较长，对信号放行时间有一定影响；

6）交叉口渠化与信号配时方案不协调，东西进口左转直行合放，左转待行区无法有效利用；

7）交叉口中央绿化带高度较高，影响驾驶员安全视距，间接降低了通过交叉口的运行速度；

8） 交叉口停止线距出口信号灯位置较远，不满足超过50m应设置远近灯的交叉口信号灯设置相关规范要求。

2          完善方案

根据对该路段的现状分析，考虑到渠化设计须与给定的信号配时相一致，根据流量流向的变化做局部调整，给出候选方案。

表3 信号配时方案对应时段

表4 信号配时A方案

表5 信号配时B方案

表6 信号配时C方案

    除考虑优化配时外，还可从以下方面进行完善提升。

1）交叉口各进口道进行渠化改造。

（1）东进口停车线在现状基础上前移4.5m，借用对向车道2.7m，拓宽为4车道，车道功能分别为左转、直行、直行、右转，车道宽度均为3m，拓宽段长度为65m，渐变段长度为25m；出口道占用绿化带80m，其中包含渐变16m，出口车道保持两车道并同步向南移3m；

（2）西进口停车线在现状基础上前移4.5m，拓宽为4车道，车道功能改为左转、直行、直行、右转，车道宽度均为3m；拓宽段共占用机非绿化带和非机动车道2.4m，拓宽段长度为50m，现状基础上二次渐变段长度为10m；

（3）南进口停车线在现状基础上前移11m，车道数和车道功能保持现状，最内侧绿化带端口设置提前掉头口；

（4）北进口停车线在现状基础上前移9.5m，车道数和车道功能保持现状，最内侧绿化带端口设置提前掉头口。

2）在各进口设置左转待转区，南进口左转待行区设置为10.7m和16m，北进口左转待行区为12m和17m，西进口内侧车道待行区设置为12m，东进口内侧车道待行区为14m，东西直行放行时，东西左转的车辆可进入待行区等待放行，南北直行放行时，南北左转车辆可进入待行区。

3）各进出口采用斜线型或“V”型标线进行重新渠化，规范行车流线。

慢行方面的改造：各进口人行横道均设置于停车线前2m；各进口人行横道宽度均为5m。施划非机动车过街横道，各进口非机动车过街横道宽度均为5m；各口人行横道连接后并与人行道相接，各进口非机动车停止线比机动车停止线后移2m，保证与右转车辆安全距离。

4）考虑到拓宽时占用西出口绿化带和非机动车道，东出口绿化带，为保证快慢交通有序通行，建议机非分隔带采用隔离栏。

3          仿真模型构建与评价分析

借助VISSIM交通仿真平台，建立G104与发展大道交叉口交通仿真模型，通过交通流量及信号配时运行参数的录入，并设定检测器采集相关评价指标数据，分别对现状和设计方案进行模拟，对比优化设计方案实施前后的行程时间、停车次数、延误时间以及排队长度等相关数据，计算交叉口运行速度，并对本次优化提升改造效果进行综合评价。

3.1 模型构建过程

1）仿真路网搭建

在VISSIM仿真平台中，按照1:1的实际道路比例铺设道路网，相连路段采用路段连接器连接，构建基础路网。

2）仿真数据输入

根据现状调查基础数据进行统计，将实际交通量，按照车辆车型比例导入VISSIM路网中。

3）路径决策设置

根据交通预测数据，将各个车道的实际交通量输入到路网中。车辆在路网中按照行驶路径，到达目的路段。路径根据决策点的动静态可以分为以下几种：

（1） 静态路径：车辆从一个开始断面到一个定义的目的地断面，每个目的地使用一个固定的比例分配。

（2）局部路径：定义一个区段，由一个或多个静态路径构成，所有相关的车辆的路径在该区段根据局部路径的定义重新分配。离开局部路径后，车辆将继续按照原来的路径行驶。局部路径也影响公交线路。为防止公交线路被重新定义，需要严格限制相应的该路径只针对私人交通车辆类别激活，对于公交车辆类别为非激活。

（3）停车场路径：定义一个决策点，自动生成指向每个选定目标停车场的路线，以及从停车场回到路网的路线。决策目的地点是停车场，而不是目的地段面。

（4）动态路径：定义一个行驶路径决策点，交通流根据用户定义的条件和策略选择一个新的路径。

对于本项目，主要采用静态路径进行设置。

4）信号设定

在VISSIM软件中，首先在基于对交通信号配置参数的理解，对信号配时的参数进行设置；然后再根据路网的结构情况，在各个交叉口停车线前设置交通信号灯；通过设置交通信号灯，大大减少了车辆之间的冲突几率，但仍需要对还存在的某些特定的冲突处设置优先权。单个交叉口定时交通信号配时设计，按照不同的流量时段来划分信号配时的时段，在同一时段内确定相应的配时方案。信号配时设计如下图所示。

图2 信号配时参数设置

5）让行规则设定

在VISSIM道路网中运行的交通流，受道路交通设施物理条件的约束、受相邻车辆的行驶约束、以及交通规则和标志标线的约束。由于交通规则随时间和地点的不同会发生变化，因此，在对仿真分析之前，须对各种交通规则进行设定和描述，以决定哪一个方向具有优先权。通过设置冲突区域，对仿真路网各交叉口处的让行规则进行了规定。

6）布设检测器

在VISSIM路网中分别在停止线位置、起终点位置布设行程时间及采集停车次数、延误时间及排队长度的检测器，从模型运行中获取相关评价参数。模型建立完成后，进行仿真测试，根据需要适当优化调整，并取得仿真检测及视频文件。

3.2 仿真结果分析

本项目研究将进入交叉口各个进口的车辆的延误、排队长度、行程时间等参数作为交叉口评价指标进行评价，具体指标数据通过仿真模型检测并统计如下表所示。

根据仿真模型对现状和设计方案模拟并采集数据分析，本文方案对G104与发展大道交叉口延误取得较大改善，各时段分方向延误时间较现状具有明显降低，其中南北直行延误变化最为显著，南进口平均速度44.97km/h，北进口39.91km/h，比现状25.4 km/h的平均速度相比，分别提速77%和57%。因此，本次交叉口渠化设计方案对停止线前移、车道数增加，车道功能调整、信号时间精细化调配和相位相序调整、慢行过街距离缩短以及交叉口时空资源有效提升优化等措施有效减少停车次数，保证车流连续性，从而提高G104整体的运行速度，交叉口配时设计方案效果良好。

4          小结

本文针对国道104湖州段交叉口，进行了定点观测，通过VISSIM仿真分析，提出了完善方案，仿真效果验证方案能够有效缩短工作日早、晚高峰时段和周末高峰时段的延误时间，提高车辆运行速度。

表7  G104与发展大道交叉口仿真延误时间表

表8  G104与发展大道交叉口排队长度

表9  G104与发展大道交叉口运行速度