第1期(总第268期）山西交通科技No.l 2021 年 2 月SHANXI SCIENCE &TECHNOLOGY of COMMUNICATIONS Feb. 杨建国
(山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032)
摘要：运用VISSIM对无信号环形交叉口以及有信号十字交叉口的通行延误情况进行模拟 仿真。以车均运行延误时间、车均停车延误时间、车均停车次数以及排队长度为评价指标，分析
对比两种不同形式的交叉口在不同输入交通量水平下的通行状况，最终确定两种不同形式交
叉口的输入交通量的临界值。
关键词：仿真技术；环形交叉口；十字交叉口
中图分类号=11491.51 文献标识码:A文章编号=1006-3528(2021)01-0099-04
〇引言
我国早期为避免交通冲突，在进行交叉口设计 时优先考虑使用环形交叉。由于我国早期机动车保 有量较少，因此在相当长的一段时期内，环形交叉口 设计在城市道路交叉口运用较多。但随着我国经济 的迅速发展，城市的机动车保有量急速上升，交通需 求急剧增长。环形交叉口通行能力不足的弊端逐渐 显露，因此全国各地开始环形交叉口一信号环形交 叉口—般平交口的改造热潮。但环形交叉口有其 消灭冲突点以及在一定交通量条件下增加交叉口的 通行效率的优点，因此国内外很多学者开始研究在 多大的交通量情况下可以采用环形交叉口形式以提 高通行效率。
目前国内外大多数研究都是基于间隙-接受理 论u i对环形交叉口的通行能力进行分析，也有部分采 取经验回归公式121以及仿真模型[M]进行研究。本文 通过VISSIM对无信号的环形交叉口与有信号的十 字交叉口进行仿真模拟，根据仿真所得到的数据分 析对比无信号环形交叉口与有信号十字交叉口的通 行延误情况。研究以三车道环形交叉口为例，十字交 叉口的大小参考环形交叉口进行设置，提出两种不 同形式的交叉口所适应的交通量大小。为环形交叉 口的设计与改造提供参考。1交通特性分析
1.1无信号环形交叉口交通特性分析
无信号环形交叉口车辆无间断驶人环岛，因此 进出口处在交通量较大时，在各个进口道处易发生 拥堵。为了解决这一问题，国际上制定了环内车辆以 及出环车辆优先行驶的规则，人环车辆需要等待环
内车辆的可接受间隙排队入环。但多车道环形交叉 口内车辆行驶的优先权并不明显，且国内真正遵守 上述规则的车辆并不多，因而造成在无信号环形交 叉口车辆相互争抢通行权，使得环岛的交通运行状 况变得更加复杂，增加车辆的延误时间，尤其是在高 峰时段，还可能造成环岛“锁死”导致交通瘫痪。而在 环岛内侧车道，车流跟驰行驶，一般只有合流与出环 车辆提前分流，一般情况下内侧车道不会造成车辆 大面积延误或者拥堵。
1.2环形交叉口交通特性分析
环形交叉口未进行信号控制时，车辆无间断地 进人环岛与环岛内部车辆发生交织运行。
根据赵小辉w的研究成果，内侧车道无车流交织 区域，车流运行相对顺畅，更加接近自由流状态，而 中间车道与外侧车道受到进、出环岛的交织车流的 影响。随着环岛车辆趋于饱和，环岛内车流运行受到 车辆交织影响越来越大。
环岛内交通状态变化分析如下：
收稿日期：2020-09-16；修回日期：2020-1丨-13
作者简介：杨建国(1982—），男，山西应县人，高级工程师，大学本科，2006年毕业于西南交通大学土木工程专业。
•100-山西交通科技2021年第1期
200400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
单入口道输入交通S/pcu • h -1
•东-；!匕 ■东-西 * 东-南---多项式（东-北）…•…多项式（东-西）一多项式（东-南)图4
无信号控制下各方向车均停车延误时间图
人口道输人交通量均相同。观察两种不同形式的交
叉口在不同的输入交通量的条件下车流运行会呈现
什么特性。选取车均延误时间、车均停车延误时间、 排队长度以及车均停车次数作为交叉口通行状况的
评价指标。并将车均运行延误时间作为主要评价指 标与《交通工程手册》[61中规定的交叉口车均运行延 误时间与交叉口服务水平之间的关系进行对比。评 价不同形式的交叉口的服务水平，见表1。
表1
交叉口通行能力等级
通行能力等级
车均延误时间
s/veh
通行能力等级
车均延误时间
s/veh
A 0〜10D 25-35
B 10-15E 35-50C
15-25
F
《艋舺》大于50
2.2无信号控制下延误时间随输人交通量的变化
通过VISSIM 仿真后得到无信号控制的环形交 叉口各方向车均运行延误时间图(图3)，各方向车均
停车延误时间图（图4 )，各方向车均停车次数图（图 5)以及排队长度图（图6)，由于假定各方向的输入交 通量均相同，因此本研究选取东方向为人口道。
♦东-北 ■东-西 *东-南
—•多项式（东-北）.……多项式（东-西)一多项式（东南)图3
无信号控制下各方向车均运行延误时间图
30 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
单入□道输入3S l*/p u c • h-i
东-北 ■东-西 ▲东-南多项式（东-北）…•…多项式（东-西）一多项式（东-南)图S
无信号控制下各方向车均停车次数图
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我眼中的冬天〇 c r \r \a )
当交通状态处于畅通状况下时，环岛内交通 流相互干扰较小，内外侧车道车流均接近自由流状
b )
当交通状态处于拥堵状况下时，环岛内侧车 道交通流所受干扰较小，接近自由流状态，此时内侧 车道车流连续稳定运行，而外侧车道受到交织运行 的干扰较大。
C )当交通状态处于拥堵状况下时，环岛内侧车 道交通流受到干扰较小，但外侧车道受到交织运行 的干扰较大，且环岛外侧车辆由于交通堵塞进出环 岛困难。
2 VISSIM 仿真数据分析
2.1 VISSIM 仿真参数及评价指标确定
本文仿真模型中心岛半径取55 m ，各入口道均 为双向六车道城市道路。假设各入口道输入交通量 均相同，确定人环让行，环内优先的行驶规则，主要 测试环岛内侧车辆运行延误时间，环岛具体仿真模 型见图1。输人车辆车型为小型车、货车以及大客车， 3种车型的比例为8 : 1 : 1。设定小型车期望速度 40 km /h ，货车期望速度30 km /h ，大客车期望速度 30 km /h ，符合城市环岛路段大部分车辆的运行倩况。
设定Wiedemann 模型作为仿真研究的跟驰模 型。Wiedemann 模型是德国Wiedemann 教授提出的基 于驾驶员心理-生理的跟车模型，其中Wiedemann 74 适用于城市道路车辆的运行特性。
因缺乏实测数据，研究模型假定环形交叉口各
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2021年第1期杨建国：基于
VISSIM 的
上海市政府信息公开规定
无信号环形交叉口与有信号十字交叉口通行延误情况对比.101-延误时间、车均停车延误时间以及车均停车次数的 规律基本相同，东-北方向（右转）的车均运行延误 时间、车均停车延误时间以及车均停车次数基本上
呈线性增长，且增长速度缓慢，车均运行延误时间基
本低于1.5 s ，车均停车延误时间基本低于0.2 s ，
车均
停车次数低于0.05次。这是由于在十字信号交叉口 右转车辆不受到信号灯的控制，运行过程中只有当 直行车辆在等信号灯时的排队长度过长导致专用右 转入口堵塞时才会造成延误。因此，在有信号控制的 十字交叉口右转行驶的车流时可以顺畅运行。而东- 西方向(直行)，在单人口道输入交通量小于500 pcu/h 时，车均运行延误时间呈上升趋势；当单人口道输人 交通量大于500 pcu/h 时，车均运行延误时间基本稳 定在12 ~ 15 s 之间，车均停车延误时间基本上低于 10 s ，车均停车次数少于0.7次。可见在有信号控制的 十字交叉口直行方向车辆运行主要受到信号灯的影 响，当交通流趋于稳定时，每次放行的交通量和输人 的交通量之间达到一个相对的平衡，运行延误时间 基本稳定。而东-南方向(左转），车均运行延误时间 随着单人口道输入交通量的增长呈现明显的快速上 升趋势。当单人口道输人交通量达到2 000 pcu/h 时, 车均运行延误时间为34 s ，通行能力为D 级，左转车 辆与直行车辆之间的交通冲突是主要致因。可预想 当交通量继续增大时左转车流溢出导致直行以及右 转等待车道堵塞，最终导致奴口的瘫痪。3
结论
根据《公路通行能力手册〉中的相关规定，我国 交叉口的设计服务水平为二级，即通过交叉口的车
均延误时间为15~3〇s 。由图3及图7中的数据所示, 无信号环形交叉口当单个入口道的输入交通量小于 1 200 pcu /h 时，车均延误时间是低于20 8的，即当整 个环形交叉口的输人交通量为4 800 pcu /h 时，无信 号环形交叉口可以达到二级服务水平。对应表1中的 服务水平为C 级；对于有信号控制的十字交叉口，考 虑延误时间最长的左转车道，当单个人口道的输入 交通量为1 500 pcu /h 时，左转延误时间小于30 s ，可 以达到设计的二级服务水平。
对比分析无信号环形交叉口与有信号十字交叉 口的延误时间可以发现，当单个人口道的输入交通
^ 100
觉
50
200 400 600 8001000 1200 1400 1600 1800 2000
单入口道输入交通置/puc • h -1 ♦排队长度/m _多项式（排队长度/m )图6
无信号控制下排队长度图
2.3有信号控制下延误时间随输人交通量的变化
通过VISSIM 仿真后得到有信号控制十字交叉 口各方向车均运行延误时间图（图7 )，各方向车均停 车延误时间图（图8 )，各方向车均停车次数图（图9) 以及排队长度图（图10)，由于假定各方向的输入交 通量均相同本研究选取东方向为入口道。
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0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
单入口道输入交通ft/puc • h -1
运行延误/s ■运行延误/s ▲运行延误/s ••线性(运行延误/s ) •……多项式(运行延误/s ) —多项式(运行延误/s )图7
有信号控制下各方向车均运行延误时间图
图8有信号控制下各方向车均停车延误时间图
线性（东-北）•……多项式（东-西）一多项式（东-南）
图9
有信号控制下各方向车均停车次数图
由图中可看出东-北方向（右转)交通车均运行单入口道输入交通置/pcu • I t 1
•排队长度/m ••…•…多项式(排队长度/r a )图10有信号控制下排队长度图
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•102-山西交通科技2021年第1期
量小于1 000 pcu/h时，即整个交叉口的输入交通量 小于4 000 pcu/h时，无信号环形交叉口的通行延误 时间相对来说优于有信号控制的十字交叉口（剔除 不受信号控制的右转车流)。但随着输入交通量的增 加，无信号环形交叉口的车均延误时间呈现2次方增 长，当整个交叉口的输人交通量到达8 〇〇〇pcu/h时，车均延误时间超过了70s，达到了F级的服务水平，这时环形交叉口已处于堵塞状态。反观有信号控制 的十字交叉口，车均延误时间随着输入交通量的增 长相对均衡，当单个人口道的输入交通量在1 〇〇〇~ 1 500 PcWh时，车均延误时间增长得最快；而当单个 人口道的输入交通量为2 000 pcu/h时，交叉口的车 均延误时间为34 s(最不利左转运行），服务水平为D 级。此时交叉口延误较大，但依然可以通行。
由此可见，当整个交叉口的输入交通量小于 4 000 pcu/h时，选用无信号控制的环形交叉口可以 充分发挥其减少冲突、增加运行效率的优点。而当交 叉口的输人交通量远远超过4 000 pcu/h时，应考虑将无信号的环形交叉口改为有信号的十字交叉口以
减少车辆的运行延误时间。
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Comparison of Traffic Delays between Unsignalized Roundabouts
and Signalized Crossroads Based on VISSIM
YANG Jian-guo
(Shanxi Transportation Survey &Design Institute Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi030032, China)
Abstract：In this paper,the traffic delays between unsignalized roundabouts and signalized crossroads were simulated using VISSIM.The evaluation indexes were the average running delay time,the average stopping delay time,the average stopping times and the queue length.The traffic conditions between the two types of intersections under different levels of input traffic loads were analyzed and compared to determine the critical value of input traffic loads.
Key words:simulation technology;roundabout;
crossroad
