基于VISSIM的环形交叉口信号控制仿真分析

成。 ２）流量为４ ２００ ＰＣＵ／ｈ 时，交叉口Ｂ的延误比交叉口
Ａ 高出１５％，而交叉口Ａ 的停车次数比交叉口Ｂ高出５７％。 让行控制时的运行效率与左转两步信号控制时的接近；
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路口总流量／（ｖｅｈ／ｈ） 指标
交叉口 Ａ 交叉口 Ｂ
基于 ＶＩＳＳＩＭ 的环形交叉口信号控制仿真分析·学术研究
表２ 评价指标输出：平均延误（ｓ／ｖｅｈ），平均停车次数（ｔｉｍｅｓ／ｖｅｈ）
关键词：环形交叉口；信号控制；仿真
环形交叉口是在交叉口的中央设置中心岛组织渠化 断增多导致车辆进行合流、交织、分流的时间增加，速
交通的一种交叉形式。其特点是进入交叉口不同方向的 度下降，此时到达交叉口的车辆无法及时通过，致使整
交通流，均按照逆时针方向绕中心岛作单向行驶，并以 个路口拥堵和混乱。
较低的速度连续进行合流与交织，直至所要去的路口分
图 １ 让行控制环形交叉口（交叉 Ａ）
１．２ 仿真方案
剖口式左转两步信号控制交叉口（以下简称交叉口 Ｂ）如图２所示，延东西向直行车道将环岛从中间剖开供 干道直行车流通行。在交叉口各进口道、环道设置停车 线和信号灯。东西向进口内侧设置 ２ 条直行车道，外侧 依次为左，右转车道。左转车辆经两次停车通过。
道路交通与安全·第 ８ 卷第 ３ 期 ２００８ 年 ６ 月
基于 ＶＩＳＳＩＭ 的环形交叉口信号 控制仿真分析
■ 刘一然，马 骏，乔 俊
中国人民公安大学交通管理工程系，北京 １０２６２３
摘 要：通过在环形交叉口进口道和环道上设置信号灯，控制左转车辆两次停车通过交叉口的信号控制 方法，是对负荷较大的让行控制大型环形交叉口较好的改善措施。运用微观仿真软件ＶＩＳＳＩＭ仿真 一定流量条件下设置左转两步信号控制环形交叉口和让行控制环形交叉口的运行状况，并进行 比较分析，得出两种控制方式各自的优缺点和流量适用范围。
信号配时详细情况见图 ３ 和图 ４。
组成，由于 ＶＩＳＳＩＭ 软件中延误检测段由 １ 个或多个行 程时间检测段组成，故将每个进口道的直行和左转车 的行程时间检测段组合为１个延误检测段，组成延误检 测段的行程时间检测段的长度均为 ２６０ ｍ（路口均包括 在内）。
表 ２ 列出的是评价指标的仿真输出结果，图 ５、６ 分 别比较了交叉口 Ａ、Ｂ 的各进口道的平均延误和停车次 数情况。
３ ６００ ４ ２００ ４ ８００
１５／７０／１５，２０／６０／２０ １５／７０／１５，２０／６０／２０ １５／７０／１５，２０／６０／２０
设计 １ 设计 １ 设计 ２
因仿真开始时，车辆到达路口需要一定时间，此时 仿真的情况与实际偏差较大，故交叉口Ａ延误检测从仿 真时钟 ３００ ｓ 起，止于 ７００ ｓ，记录时间段为 ４００ ｓ，交 叉口Ｂ存在信号周期，所以延误检测的记录时间段均为 从仿真时钟 ３００ ｓ 起后的 ４ 个周期。
图２ 剖口式左转两步信号控制环形交叉口（交叉口Ｂ）
４５ ｍ 至 ５５ ｍ 之间为宜。相交道路为双向 ６ 车道的干道 与双向 ４ 车道的次干道，干道进口拓宽为 ４ 条车道，直 行 ２ 条，左右转各 １ 条，次干道进口拓宽为 ３ 车道，直、 左、右各 １ 条。仿真的让行控制交叉口（以下简称交叉 口 Ａ）如图 １ 所示。
运行效率较高，节省燃料，减少噪声、污染和磨损等优 动车类型也仅限于小汽车和公共汽车，有一定的局限
点得到充分体现。剖口式左转两步信号控制方式适合的 性。所以更深入的研究工作还有待开展。 （下转第 ３８ 页） ２７
道路交通与安全·第 ８ 卷第 ３ 期 ２００８ 年 ６ 月
求，均可选用适合的模型。 现有的出行路径选择模型或基于出行距离最短，或
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道路交通与安全·第 ８ 卷第 ３ 期 ２００８ 年 ６ 月 图 ３ 信号配时设计１（交叉口Ｂ 信号周期为８０ｓ）
图 ４ 信号配时设计１（交叉口 Ｂ周期为１００ｓ）
表１ 仿真方案
预设流量
左、直、右比例 交叉口 Ｂ 信号配时
（整个路口／（ＰＣＵ／ｈ）） （东西向，南北向）
设计
方案 １ 方案 ２ 方案 ３
３ 结语
的避免了采用优先规则定义时带来的问题。 综上所述，虽然本次仿真较为直观的验证了剖口式
对于剖口式左转两步信号控制交叉口而言，由仿真 左转两步信号控制方式可以提高让行控制交叉口的运行
评价指标的比较分析可知：让行控制适合的流量条件为 效率，扩大了环形交叉口的适用范围；然而，本文进行
路口总流量小于４ ２００ ＰＣＵ／ｈ；此时交叉口车辆行驶连续， 仿真的过程中并没有考虑非机动车、行人影响因素，机
由于受中心岛环形车道上交织段的影响，不论环形 第１相位中，延主干道方向上将环岛从中间剖开供主干
交叉口各进口道有多少条车道，其直行车辆与左转车辆 路直行方向车流通行，第２相位中，次干道的直行车流
都要在环道上交织行驶，当交织段长度小于最小允许交 延环道通行。主干路方向的左转车辆和次干道的左转车
织段长度 ２倍时，其通行能力只能达到１条车道的最大 辆均在对应环道上候驶，分别利用第 １ 与第 ２，第 ２ 与
高出 ２８０ ％ 和 ４５０ ％，说明由于流量的增加，让行控制 间，此时左转两步信号控制方式可以明显的改善让行控
环形交叉口的运行效率出现较大的下降。
制交叉口的运行状况，是一种节约成本、易于操作、具
３）流量为 ４ ８００ ＰＣＵ／ｈ，５ ４００ ＰＣＵ／ｈ 时，交叉口 Ａ 的延误比交叉口 Ｂ 分别高出 ７１ ％ 和 ５５ ％，停车次数分 别高出 ２２５ ％ 和 ２４０ ％，左转两步信号控制时的运行状 况明显优于让行控制时的。此时由于流量增大，交叉口 Ａ 环道内绕行车辆数量增多导致车辆进行合流、交织、 分流的时间增加，速度下降，致使不断到达路口的车辆 无法及时通过，因而运行效率大大降低。同时让行控制 环形交叉口的延误和停车次数的增长速度也大于左转两 步信号控制时的，当流量大于 ５ ４００ ＰＣＵ／ｈ 时，仿真时 可以直观的看出让行控制环形交叉口环道内车辆运行缓 慢、混乱，进口车道上车辆排队长度不断增加直至整个 路口陷于瘫痪。
流量相对较大，转向流量较小；东西进口与南北进口流 量均比较均衡。所以本文不考虑路网流量对该路口的影 响，暂且忽略某些转弯或某进口流量较突出的因素。仿 真过程中东西向与南北向总的流量比为 ６０／４０，东西向 进口道预设流量中左转、直行、右转按 １５／７０／１５ 分配，
南北向进口道预设流量中左转直行按 ２０／６０／２０ 分配。
收稿日期：２００８－０１－１１ 基金项目：中国人民公安大学校级科研资助项目（０７ＬＧ００６） 作者简介：刘一然（１９８３—），男，安徽合肥人，硕士研究生，研究方向：交通管理与控制。Ｅ－ｍａｉｌ： ｖａｎｂａｓｔｏｗ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
流量条件下交叉口的运行状况，较为直观、简便。因此 本文通过设置４组不同流量，分别比较在每组相同流量 条件下让行控制与左转两步信号控制环形交叉口的运行 状况，从而得出两类控制方式各自的优缺点和适用的流 量范围。
在仿真中发现，当流量路口总流量在 ４ ０００ ＰＣＵ／ｈ
及以下时，交叉口 Ａ 运行状况良好；当路口总流量为
５ ５００ ＰＣＵ／ｈ及以上时交叉口Ａ 几乎陷于瘫痪状态。故
仿真方案中各进口流量共设 ４ 组，路口总流量分别为
３ ６００ ＰＣＵ／ｈ，４ ２００ ＰＣＵ／ｈ，４ ８００ ＰＣＵ／ｈ，５ ４００ ＰＣＵ／ｈ，
基于 ＶＩＳＳＩＭ 的环形交叉口信号控制仿真分析·学术研究 第二停车线位置
１ 仿真方案设计
１．１ 仿真交叉口设计
第一停车线位置
由于左转两步信号控制中各个方向的左转车辆须在
内侧环道停车候行，环道需提供一定的排队空间，所以
路口中心环岛的直径不能过小；此外，一般情况下中心
环岛直径若大于 ６０ ｍ，则整个路口占据的空间过大，现 已不提倡修建。故本文仿真的交叉口中心环岛直径在
续通过环道，避免了一般交叉口内信号控制产生的周期 叉口设置信号灯控制，不失为一种较好的缓解交通拥挤
性交通阻滞，在一定程度上提高了交叉口的运行效率； 状态的途径。
３）车辆连续行驶通过交叉口节省燃料，减少噪声、
文献［２］针对让行控制环形交叉口提出剖口式左转两
污染和磨损。
步信号控制的改善方案。其基本思想是：设置 ２ 相位，
由仿真结果可得出如下结论： １）流量为 ３ ６００ ＰＣＵ／ｈ 时，交叉口Ｂ的延误和停车 次数比交叉口 Ａ 分别高出 ２３３％ 和 ２３５％，让行控制
２ 仿真结果分析
时的运行状况优于左转两步信号控制时的；左转两步 信号控制时的延误和停车主要是由信号周期的更迭造
仿真采用 ＶＩＳＳＩＭ ４．０，仿真文件中路口以 ＡＵＴＯＣＡＤ 图为底图描绘而成，由于 ＶＩＳＳＩＭ 中环形交叉口构建方 法不同于路段，所以环形交叉口的尺寸会与设计数值稍 有偏差。
理论值［１］。对于中心环岛直径大于 ５０ ｍ，进口道与环道 第 １ 相位之间的绿灯间隔时间通过交叉口。
车道数均多于 ３ 条的大型环交路口，由于交织点较多，
运用仿真软件进行仿真评价时，评价指标直接由仿
所以当各进口道流量不断增大，环道内绕行车辆数量不 真检测器实时检测生成，并且可通过流量设置评价各种
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该类孤立路口各流向的流量较典型的分布为：直行
仿真方案分为 ４ 组，每组方案分别在一定的设置条 件下仿真交叉口 Ａ 和交叉口 Ｂ 的运行情况并进行评价， 方案总体情况见下表：
交叉口 Ａ：双向 ６ 车道干道与双向 ４ 车道次干道相 交，东西向道路进口拓宽为 ４ 车道，南北向道路进口拓 宽为 ３ 车道，环岛直径 ４５ ｍ，环道 ３ 条。
完全改为平交信号控制或立交桥这两种方案虽都可
流驶出。环形交叉口一般具有以下的特点：
以满足需要，但完全拆除环岛必然带来景观上的破坏，
１）与一般平交路口相比，没有冲突点，提高了车辆 建立立交则造价高、对城市干扰大，且这两种方案均需
行驶的安全性；
要较大的工程量，鉴于环形交叉口面积较大，环道较
２）进入环道的车辆不受信号灯管制，以一定速度连 长，在合理的平面和交通设计改造基础上对现有环形交
方案 ４
５ ４００
１５／７０／１５，２０／６０／２０
设计 ２
仿真的评价指针主要由车辆平均延误和停车次数
交叉口 Ｂ：双向 ６ 车道干道与双向 ４ 车道次干道相 交，东西向进口道拓宽为 ４ 车道，内侧 ２ 条直行车道， 往外依次为左、右转车道各 １ 条。中心环岛直径 ４５ ｍ， 延东西向将环岛剖开供干道直行车辆通行，环道 ３ 条； 进口道上设置第１停车线，专用左转车道及专用左转相 位；另外，在环道上各进口道左转交通流与对向进口道 左转交通流冲突点前，分别设置第 ２ 停车线，并配以相 应的专用信号灯。左转交通流经过两次通行信号后通过 交叉口。
延误 ７．６ ２５．３
３ ６００ 停车次数 ０．２６ ０．８７
４ ２００
延误
停车次数
２８．９
１．４３
３３．１
０．９１
４ ８００
延误
停车次数
６５．４
３．０９
３８．２
０．９５
５ ４００
延误
停车次数
９６．２
４．３２
６２．３
１．２７
图５ 平均延误对比
图６ 平均停车次数对比
但是此时交叉口 Ａ 的延误和停车次数比 ３ ６００ ＰＣＵ／ｈ 时 流量范围是路口总流量在 ４ ２００ ＰＣＵ／ｈ 至 ５ ４００ ＰＣＵ／ｈ 之
有较高效益的方法；当流量大于 ５ ４００ ＰＣＵ／ｈ 时，由于 信号控制方式下路口总通行能力的限制，左转两步信号 控制方式所产生的延误也大大地增加，此时将考虑取消 路口修建立交桥。
仿真过程中须注意 ＶＩＳＳＩＭ 的版本问题。本文使用 的是４．０版本，定义环形交叉口进出的通行规则是优先 规则，需要对每条车道进行设置，这样的方法对于进口 道和环道数低于３条的交叉口尚可以保证精确度。但是 当车道数等于或大于３条时，由于设置的停车线和冲突 标志过多，且两者之间的距离难以得到较为准确的保 证，从而影响到仿真的结果。最新的 ４．３ 及以上版本已 经使用冲突区域代替优先规则的方法，从 ４次仿真，每１流
量条件下进行 ３ 次后取平均值。
交叉口Ｂ采用的左转两步信号控制配时设计方法主
要参考文献［３－４］，路口总流量 ３ ６００ ＰＣＵ／ｈ，４ ２００ ＰＣＵ／ｈ
时信号周期为 ８０ ｓ，４ ８００ ＰＣＵ／ｈ，５ ４００ ＰＣＵ／ｈ 时为
１００ ｓ。信号配时图如下：