基于VISSIM仿真的济南二环南路匝道通行效率对比研究

陈勇恒

摘 要：随着城市快速路网的建成和完善，跨区长距离交通拥堵的情况可以极大地缓解。在此基础上的高架路入口处的交通组织优化也同样重要，可以在解决有无问题后对问题进一步优化，从而进一步缓解跨区长距离交通拥堵。本文以济南市二环南路与衔接交叉口普遍采用的立交形式为例进行VISSIM仿真对比，对比入口匝道无信号控制、ALINEA控制、和匝道-交叉口协调控制的通行效率，得出快速路入口匝道协调控制的现实意义。

关键词：入口匝道；VISSIM；区域交通

0引言

入口匝道是快速路与地面交通连接的重要节点，车辆通过匝道口与快速路合流时，由于车辆的交通行为较为复杂，合流时容易发生交通事故或导致这一区域交通堵塞，影响车辆的合流以及快速路车辆的行驶，严重时导致匝道车辆外溢。应对这些问题，保丽霞[1] 提出了分层协同优化的思想，构建了匝道的控制模型。本文在现有模型的基础上继续优化，对比协调控制优化方案仿真前后通行效率，分析优化方案是否适用于济南市南二环高架，得出改进措施。

1.匝道协调控制的现状情况

通过实地调查调查，二环南路在匝道区域存在以下问题：

（1）当快速路车流量过大时，进入快速路的车辆会在匝道处产生排队现象，当排队车辆过多时，将会阻碍地面交通的正常行驶。

（2）当车辆通过入口匝道与快速路车辆汇合时，由于两者之间并没有有效的协调控制办法，两股车流会产生显著的合流冲突。

（3）由于车辆合流时车速较慢，在合流时，从入口匝道进入的车辆会影响到快速路上车辆运行，导致快速路后方车辆出现排队现象。

（4）地面交通的信号控制只研究了地面交通的车流量，而没有分析快速路带来的影响，所以当排队车辆过多时，原有信号控制方案加重了匝道入口处的交通压力，增加了排队长度。

（5）排队长度过长时，会导致快速路车道的运行效率降低，这时必须依靠交警手动指挥引导车辆通过，以快速恢复快速路的正常通行。

根据现有的交通调查，结合匝道交通流理论，二环南路的运行状态基于第二种与第三种之间，较为稳定。

2.匝道控制协调控制模型

2.1匝道单点控制的ALINEA控制模型

1991年 Papa Georgiou教授经过论证提出ALINEA控制算法，通过是利用经典自动控制理论建立起来的一种反馈控制方法[2]。：

ALINEA控制算法可以在多种交通状况下进行模拟。即使变换系数变动很大，其仍然保持了一个很好的性能指标，所以ALINEA控制算法是匝道控制理想的模型。

2.2匝道-相邻交叉口协调控制模型

本文通过运用基于入口匝道排队调节的ALINEA优化控制模型来模拟入口匝道控制模块[3]。

（1）ALINEA控制模

只用一个检测器放在车道下游，由实测到的占有率-流量曲线中得到参数（期望目标占有率）就能实现该控制算法。

3. 实例验证分析

3.1现状参数

仿真选取的交叉口为济南市二环南路与舜耕路交叉口，其中快速路路段长度为800m，入口匝道长度为150m南北向停车线之间的距离為50m，仿真时间为15min。设未经优化的入口匝道定时控制的匝道调节率为800veh/h。

（1）交叉口流量数据如下图所示

（2）信号配时

根据现场调查的交叉口流量以及交叉口与衔接的入口匝道实际情况，我们把信号周期定为四相位，如图为配时方案：

根据得到的交通量数据，我们根据上文的公式，可以算出交叉口的信号配时周期，因此得到绿灯时间。为了方便计算，把绿灯等为绿灯有效时间，省略了黄灯时间。

3.2仿真结果分析

通过调查取得的数据，对其运用了以下的三种控制方式分别做了仿真实验：

①入口匝道无控制，衔接交叉口采用原配时方案，即单点信号定时控制；

②入口匝道采用ALINEA控制，相邻交叉口采用原配时方案，两者无协调；

③入口匝道控制与相邻交叉口控制采用基于排队调节的优化控制算法。

在仿真实验中，我们运用以上的三种控制方法对车辆的总的行程时间来进行评价。其中总的行程时间，分别由快速路行程时间和地面上道路行程时间和入口匝道上的行程时间的总和。

根据我们从仿真实验中得到的结果，第②种在匝道处运用了ALINEA控制，第③种运用了入口匝道的协调控制控制方式，虽然在匝道的行程时间比第①种控制方式多了一些，影响了通行能力，但是，我们能够看到它在快速路行程时间和地面道路的行程时间分别比原先无控制的情况下改善了不少，并且，它在总的行程时间上得到了很大的提升。

4.结论

本文通过分析交通流的特性，入口匝道的运行机理，运用入口匝道与其衔接的交叉口协调控制理论，对现有匝道与相邻交叉口进行VISSIM仿真，得出协调控制可以提高通行效率，缓解交通拥堵。进一步证明了入口匝道与衔接交叉口的优化控制对于解决快速路拥挤问题具有重要现实意义。

参考文献：

[1]保丽霞，杨晓光.快速路进口匝道及其衔接交叉口的协调优化控制模型[J].中国公路学报，2009， 22 （2） ：82-87

[2]刘伟铭.高速公路系统控制方法[M].北京：人民交通出版社，1998

[3]张苗. 城市快速路入口匝道与衔接交叉口协调控制方法研究[D].长安大学，2011.