城市道路环形交叉口车辆排队及行车延误研究

第20卷第3期2004年9月北京建筑工程学院学报

JournalofBeijingInstituteofCivilEng.andArchitectureVol.20No.3Sep.2004

　　文章编号:1004-6011(2004)03-0054-05

城市道路环形交叉口车辆排队及行车延误研究

王震远

(测绘工程系,北京　100044)

Ξ

摘　要:随着国民经济的快速发展,城市机动车保有量持续增加,由此引起了一系列的交通问题.结合北

京市东四十条桥环形交叉口的交通状况,采用VISSIM交通微观仿真系统,对环形交叉口车辆排队及行车延误进行了分析研究,得出了车辆排队及延误与通行能力影响因素之间的关系.关键词:城市道路;交通仿真;车辆排队;行车延误中图分类号:U491.1　　　　文献标识码:A　　随着国民经济的快速发展,城市机动车保有量逐年上升,而城市道路交通设施以及交通管理的发展却相对滞后,由此造成交通拥堵和混乱.环形交叉口作为一种城市交通组织形式曾经发挥出重要的作用,但随着交通流量的急剧增加,环形交叉口已经越来越不适应城市道路交通体系的要求,有必要对其结构设施以及交通管理重新进行设计和改造.为此,我们需要对影响环行交叉口通行能力的各种因素进行分析研究,找出其中的规律和影响程度,作到有的放矢.交通微观仿真系统作为交通优化设计的一个重要手段,可以从环形交叉口的设计、交通流的组织和渠化以及信号控制等方面来对现状交通和设计方案进行仿真分析,得出评价结果,做出最优决策.

的设施以及交通法律规章等.环境是指交叉口所处位置的景观、地貌、自然状况、附近车辆停靠情况、行人及非机动车的干扰等情况.气候条件是指气温、雨、雪、雾和冰等状况和程度.另外,机动车车辆性能以及驾驶员身体素质、技术水平、心理状态和对交通动态应变能力等对环形交叉口车辆排队及行车延误也有一定的影响.在研究过程中,选取了一些权重较大的影响因素,包括交通量、交通组成、车种比例和冲突交通量等.

112　Vissim交通微观仿真模型

在研究过程中,采用的交通微观仿真系统为德国PTV公司的Vissim3.6交通仿真软件,该软件微观交通仿真模型的核心是车辆跟踪模型,是德国Karl2sruhe大学的Wiedemann教授于1974年总结了交通

1　环形交叉口车辆排队、行车延误的

影响因素及Vissim交通微观仿真模型

111　环形交叉口车辆排队、行车延误的影响因素

工程在微观仿真方面的研究成果,发表的“心理-物理学跟车模型”.这个模型将跟车状态通过六个阈值分为四个区域[8],在四个区域中驾驶员有不同的跟车特性.环形交叉口模型以北京市东四十条桥环形交叉口为基础建立,并对交叉口结构进行了适当的调整.其中,环道为4车道,南北进口为2车道,东进口为3车道,西进口为4车道.图1为模拟模型的简易示意图.模型中车辆运行状况以实地交通调查资料为准,包括车种组成、车速分布、交通流向等车辆运行要素.并用以上要素对微观仿真模型进行标定,

环形交叉口车辆排队及行车延误的影响因素主要有道路状况、交通条件、交通控制措施、汽车性能、环境、驾驶员技术水平和气候等[5].道路状况是指道路的几何线形组成.交通条件是指交通量的大小、交通组成、交通流向、车道分布以及超车等运行状况.交通控制措施是指交通管理与控制措施、交通控制

收稿日期:2004-07-05

　基金项目:北京建筑工程学院青年教师科学基金资助项目.

),男,工学硕士,助理研究员.　作者简介:王震远(1973年—

Ξ

使其符合现状交通

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212　左转比例对排队长度的影响

对于环形交叉口,由于内环车流为优先车流,而

左转车流对内环车流的影响较大.因此,模拟当中只考虑左转车流混入率对交叉口排队长度的影响.在此情况下小型车比例参数、大型车比例参数给定确定的值,固定交叉口交通总流量,调整整个环形交叉口左转车所占比例,模拟计算出相应的排队长度.模拟结果图3.分析模拟结果可以得出:随着左转交通流量的增加,路口平均排队长度逐步增加.对图3流量为5500v/h和4500v/h时的排队曲线进行回归分析可以得出,排队长度随着左转比例的增加而增

图1　环形交叉口模拟模型简易示意图

加,可以拟合为二次非线性方程

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2　环形交叉口车辆排队研究

车辆排队是研究环形交叉口的机动车排队等候

现象,来分析交叉口处影响车辆排队的因素.排队长度从交叉口入环处起算.本文主要从交叉口交通量、交通流转向比例、车辆组成和冲突交通量等因素来分析研究.

211　交叉口交通量对排队长度的影响

固定环形交叉口各入口的流量比例,逐步增大交叉口各入口处的交通流量(给定总量,按比例分配到各入口),研究路口总流量与路口排队长度之间的关系.通过模拟得到路口总流量与平均排队长度之间的线形关系如图2所示.可以得出以下结论:随着环形交叉口交通流量的线形增加,路口平均排队长度呈线性增加,路口平均排队长度大小与环形交叉口交通总量大致上呈正比关系,其关系式可拟合为:L=0.14V-496.L为路口平均排队长度,V为交通总量

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图3　环形交叉口左转车比例与路口平均排队长度

213　车辆组成对排队长度的影响

当交通流中的车型不一致时,由于不同车型具有不同的车辆行驶特性,它们所产生的交通压力不一样,因此对交叉口的车辆排队的影响也就不相同.固定交叉口交通量不变,给定不同的大型车的比例参数数值,通过模拟,得出相应交通流量下不同车型比例时路口排队长度,如图4所示.对图4中2条曲线进行线性回归,得出车种组成与路口平均排队长度之间的关系曲线图,从图上可以看出,大型车比例对路口排队长度影响不明显,尤其是交通流量较小时影响更小,路口排队长度随着大型车比例的增加而呈线性增加,其关系式可拟合为L=2.51S+289(交通量为5500)、L=1.17S+108(交通量为4500).其中S为大型车比例系数.

图2　环形交叉口交通总量与路口平均排队长度

图4　环形交叉口大型车比例与路口平均排队长度

214　冲突交通量排队长度的影响

环形交叉口冲突交通流是与已知交通流产生冲

突点的流量.模拟当中,固定研究方向的交通流量,逐步调整冲突交通流的大小(冲突交通流所在交叉口交通量保持不变),计算路口处的排队长度.模拟结果如图5所示.随着冲突交通流的逐步增加,车辆行驶当中车辆之间的交织、交汇、冲突等交通现象进一步增多,车辆行驶的自由度降低,相互干扰加大,造成车速降低,路口排队车辆逐步增多.对路口排队曲线进行线性回归分析,可以得出以下结论:排队长度与冲突交通量之间呈递增关系,可拟合为二次非线性方程(见图5,公式中A=V/1000)

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叉口不存在时,车辆按路段行驶的条件.车辆在通过交叉口时,由于受交叉口内车辆之间的交汇、冲突、分流等干扰因素影响,使车辆驾驶员会产生一个安全预防心理的反应.造成车辆通过交叉口时速度降低.另外,对于环形交叉口来说,车辆排队同样会令进入交叉口的车辆以低于正常路段的车速行驶.排队长度过长时,车辆通过交叉口的时间将大幅度增加.

环形交叉口上车辆的延误主要有两部分组成:几何延误和交通延误[2].几何延误是由交叉口的几何尺寸和交通控制条件引起的,即使车辆单独通过,也会产生此项延误.交通延误则是由交叉口上车辆之间相互影响而引起的,它可以导致车辆的停车排队或在冲突区域内车速降低、交通混乱,排队延误研究的即是交通延误.即:交叉口交通量大小、车辆组成以及左转车辆的混入率对环形交叉口延误大小的影响,通过研究,确定以上影响因素与延误之间的线性关系.311　交叉口交通量对延误的影响

固定交叉口交通流向比例、车种组成、车速等交通因素不变,仅改变环形交叉口交通流量的大小,分析交通量与延误之间的关系.模拟结果如图6所示.整个交叉口交通量与交叉口平均延误的关系十分明显.交叉口交通流量的增加使得通过交叉口车流平均等待时间增加.对延误曲线进行回归分析,可以得出如下结论:随着环形交叉口交通量的增加,整个交叉口车辆平均延误与交叉口总流量呈正比例关系.其关系可拟合为:T=0.12V-390.6(左转)、T=0.12V-448.8(直行)

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图5　环形交叉口冲突交通量与路口平均排队长度

3　环形交叉口车辆延误研究

行车延误是指运行车辆不能以期望的速度运行而产生的时间损失,是实际运行时间与理想条件下运行时间的差值.此处所指的理想条件是指假设交

图6　环形交叉口交通量与行车延误

312　交叉口左转比例对延误的影响

对同一环形交叉口模拟模型,让进入交叉口交通流的流向比例发生变化,进而模拟交通流左转车混入率与车辆平均延误之间的关系.模拟结果如图7.整个交叉口车辆平均延误随着交通流左转比例的增加而急剧增加,线性回归分析可以得出:行车延误与交叉口左转比例之间呈递增关系,可以拟合为二次非线性方程:T=0.09S2+1.20S-26.

03.

4　结论

采用Vissim交通微观仿真系统对环形交叉口车辆排队及行车延误进行模拟研究,对影响车辆排队及行车延误的因素进行了分析研究,得出了以下主要结论:

1)环形交叉口车辆排队长度受交叉口交通量、车辆组成、左转车混入率以及冲突交通流的影响.排队长度的大小与交叉口交通总量、大型车比例呈正比例关系;与左转车比例和冲突交通量之间呈二次非线性递增关系.其中,车辆组成对排队长度的影响不显著.冲突交通流较小时,对交叉口排队长度影响不大,随着冲突流量的增加,排队长度急剧增加,影响显著.

2)环形交叉口行车延误受到交叉口交通量、车辆组成以及左转车混入率的影响.行车延误的大小与交叉口交通总量、左转车比例之间呈二次非线性递增关系.车辆组成对车辆行车延误的影响不显著,幅度较小.

3)根据所得研究结论,对北京市东四十条桥环形交叉采用了三相位灯控模式,使得南北左转车辆分两步通过交叉口.方案实施后与两相位简单灯控交叉比较起来,路口排队长度以及行车延误分别降低了49%和41%,极大地提高了通行效率.参考文献:

[1]　[日]饭田恭敬编,邵春福译1交通工程学[M]1北京:

图7　环形交叉口左转比例与行车延误

313　车辆组成对延误的影响

在交通量以及交通流向不变的情况下让进入环

形交叉口的车辆构成发生变化进而模拟环形交叉口平均延误与车辆构成之间的关系.模拟结果如图8.整个交叉口的平均延误随进入交叉口交通流大型车混入率的增加而增加

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图8　环形交叉口大型车比例与行车延误

人民交通出版社,1994年10月

[2]　王炜,过秀成1交通工程学[M]1南京:东南大学出版

社,2000,321～338[3]　任福田1北京环形交叉口通行能力分析[J]1北京:公

路交通科技,2001,(3):64～66[4]　邹智军1城市道路交通仿真研究[C]1同济大学博士

论文,2000[5]　李娟1平面交叉口综合治理[C]1西南交通大学硕士

论文,2001[6]　张国华1微观交通工程技术在城市交通改善中的应用

探讨[J]1北京:道路交通与安全,2001,(5):24～27[7]　StaffanAlgers,ReviewofMicro-simulationModels[J]

1reportofSMARTESTproject,1998[8]　Hans-ThomasFritzsche.AModelforTrafficsimulation[J]

1TrafficEngineeringControl,May1994,317～321

ResearchonMicrocosmicSimulationofTrafficinCityRoad

WangZhenyuan

(Dept.ofSurveyingandMappingEngineering,Beijing　100044)

Abstract:Theproblemoftrafficisveryimportantastheincreaseofvehiclesincity.Thearticlewiththeactualityofcitytrafficexpoundedthetechnology,theuseandtheprocessofthetrafficmicrocosmicsimulationofcityroad.Itdiscussedtheforegroundofdevelopingofthemicrocosmicsimulationincity.Keywords:citytraffic;trafficsimulation;microcosmicsimulation

科研信息

2004年9月15日,在建设部科技项目成果鉴定会上,我院张大玉副教授主持

的《西部大开发建设中宜宾市城市可持续发展战略研究》通过鉴定。与会专家认

为,该项目立论具有重要理论和现实意义,研究成果符合当地实际情况,既具有较高的理论水平,又具有较强的针对性和可操作性,并对西部地区其它城市的可持续发展建设具有一定的借鉴意义,研究成果达到国内同类成果的先进水平。