1、第 40 卷第 3 期计算机应用与软件Vol.40 No 32023 年 3 月Computer Applications and SoftwareMar 2023基于 VISSIM-Synchro 联合仿真的半苜蓿叶立交匝道分流及协调控制优化王晓军1王家琦1陈海波2杨春霞11(太原科技大学交通与物流学院山西 太原 030024)2(大连海亿丰悦科技有限公司辽宁 大连 116024)收稿日期:2020 06 26。山西省重点研发计划项目(201803D31076);山西省研究生教育改革课题(2019JG163)。王晓军，实验师，主研领域:交通仿真优化。王家琦，硕士生。陈海波，高工。杨春霞，副教
2、授。摘要与全苜蓿叶互通立交相比，半苜蓿叶互通立交单匝道出口及其衔接区易出现交通流混杂、通行能力饱和甚至严重拥堵等问题。为此，在交通冲突分析及现状评价基础上，设计一种主线出口匝道附加左转匝道的分流方案，VISSIM 仿真模拟表明匝道分流后停车延误及排队等交通效益指标有了不同程度改进，交叉口服务水平由D 级升为 C 级，验证了分流设计的合理性。为进一步提高通行能力，将新设计出口匝道与次干道协调控制，联合Synchro 仿真软件依次对各交叉口节点的相位、周期及相位差进行改进。仿真结果表明，在对四组信号灯周期进行优化的基础上，优化有效绿灯时间和相位差，可减少延误，使交叉口服务水平从 C 级提升为 B
3、级，验证了将匝道出口与干线统一协调控制的必要性和有效性。关键词半苜蓿叶互通立交出口匝道协调控制VISSIMSynchro仿真中图分类号TP391 9文献标志码ADOI:10 3969/j issn 1000-386x 2023 03 017OPTIMIZATION OF AMP DIVESION AND COODINATED CONTOL OF HALFCLOVELEAF INTECHANGE BASED ON VISSIM-SYNCHO JOINT SIMULATIONWang Xiaojun1Wang Jiaqi1Chen Haibo2Yang Chunxia11(Department o
4、f Transportation and Logistics，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030024，Shanxi，China)2(Dalian Haiyi Fengyue Technology Co，Ltd，Dalian 116024，Liaoning，China)AbstractCompared with the full cloverleaf interchange，the single off-ramp and its connecting area of half cloverleafinterchang
5、e are prone to the problems of mixed traffic flow，saturated capacity and even serious congestion Therefore，on the basis of traffic conflict analysis and current situation evaluation，this paper designs a diversion scheme of the off-ramp with left-turn ramp VISSIM simulation shows that the traffic ben
6、efit indexes such as parking delay and queuinghave been improved to varying degrees after off-ramp diversion，and the intersection service level has been upgraded fromD to C，which verifies the rationality of the diversion design In order to further improve the traffic capacity，the newlydesigned off-r
7、amp and secondary trunk road were coordinated controlled，and the phase，period and phase difference ofeach intersection node were improved successively by combining Synchro simulation software The simulation resultsshow that on the basis of optimizing the four groups of signal periods，optimizing the
8、effective green time and phasedifference can reduce the delay and improve the intersection service level from C to B，which verifies the necessity andeffectiveness of unified coordinated control of off-ramp and trunk lineKeywordsHalf cloverleaf interchangeOff-rampCoordinated controlVISSIMSynchroSimul
9、ation100计算机应用与软件2023 年0引言半苜蓿叶互通立交是部分互通立交形式的一种1，与全互通相比，具有主线畅通、主线标志简化、用地和工程费用较少、便于分期修建等优点，适合用于主干道与次干道相交、地物限制较严等情况。半苜蓿叶互通立交以减少部分匝道的方式换取空间，相应地会增加相关路段的交通复杂性，以某行车方向环形匝道缺少为例，为实现全互通，左转车辆需先驶入定向匝道再通过干道交叉口掉头，因此，匝道出口及其与干道衔接区的交织、冲突要比全线互通立交复杂，易发生拥堵。因此，解决匝道出口与干道的冲突问题是提高该特殊互通立交形式通行效率的核心环节。目前，国内外学者针对半苜蓿叶互通立交的研究以线形设计
10、和通行能力分析为主，如:陆子文等2 探讨了自由流半苜蓿叶立交线形设计;朱宗余3 分析了半苜蓿叶形互通式立交的应用情况;Molan 等4 设计了一种新型部分互通立交形式，并通过 VISSIM 仿真与传统部分互通立交在交通运行和交通安全两方面进行对比;Sistuk 等5 根据 HCM 手册，利用 VISSIM 仿真对部分互通立交服务水平进行确定。上述研究较少涉及匝道出口与干线的冲突问题，为此，进一步对其他立交形式相关研究进行分析。在匝道与主线衔接研究方面，美国绿皮书 AASH-TO6 指出，出入口控制的延伸距离应结合衔接道路等级及重要性来确定，控制距离设定的总目标是让匝道与进口道间车流“回溢”程度
11、最小化，并为车辆的汇入、交织、排队提供空间。美国国家公路合作研究计划出版的报告NCHP eport 420:Impact of AccessManagement Techniques7 提出衔接段长度包括交织区长度、排队长度及停止线到交叉口中心线的距离。TB 出版的 Access management manual8 给出立交附近的出入口匝道衔接段推荐值一般为 230 800 m。中国的 公路路线设计规范 交通工程手册 等也部分涉及到了匝道设计的内容。在匝道交通组织方面，Meng 等9 结合某市中心区的高架快速路基本情况，分析了高架快速路既有匝道衔接段的交通组织方案。刘忻梅等10 通过仿真模拟
12、，研究了城市快速路菱形立交出口至前方灯控平交路口合理距离。孙丽等11 根据快速路出入口特征，分析了出入口设置存在的问题及其影响因素。朱彤等12 以交通冲突次数为评价参数，通过仿真评价了不同渠化及设施设置条件下快速路出入口的安全水平。针对快速路出口匝道拥堵问题，张楠等13 研究了在出口匝道和地面交叉口设置控制信号，建立双层规划模型优化该区域交叉口的信号控制方案。在研究方法方面，大部分都会依托算法和仿真软件进行，宋俊芳等14 基于车辆之间的实际距离提出一种快速交通状况检测算法。马生涛等15 基于 Any-logic 仿真软件对交通堵塞进行了仿真。上述国内外学者的研究各有偏重，研究内容包括衔接段设计
13、及其交通组织、信号控制或检测评价等，但从研究对象和范畴上，大多关注车流从匝道汇入干道并与干道其他车辆交织、冲突的过程。如引言所述，对于半苜蓿叶互通立交这一特殊形式，部分出口匝道除需承担自身交通流外，还需要承担因同一行驶方向环形匝道缺失而产生的有左转需求的交通流。与现有研究相比，半苜蓿叶互通立交出口匝道及交通流具有以下特点:(1)匝道需承担两股交通流，交通量大;(2)两股交通流驶入干道后，目的行驶方向相反，会加剧交织区的复杂度，进而引发交通堵塞等问题。此情况下，单纯针对衔接段的研究不能满足现实需求。为解决此问题，将从以下几方面开展研究:(1)将研究范围扩大，除了匝道及其衔接区外，为反映匝道两股交
14、通流对干道交通的影响，将干道上前后两个平面交叉口也纳入研究范围;(2)考虑一种新的匝道分流设计方案，即在主线出口匝道设置附加左转匝道，此方式能使车辆在干道入口处直接左转，提高通行效率，缓解干道压力，且因为该方案是平面交叉，造价低、可行性强;(3)附加左转匝道的分流方式使得左转车辆与干道车辆直接冲突，为保证匝道出口车流完整性及干道通行效率，将其视为 T 型交叉口，并与干道上其他交叉口进行协调控制，得到合理的信号控制方案;(4)采用 VISSIM 和 Synchro 联合仿真方法，对本文设计的可行性和有效性进行分析和验证。1问题分析及出口匝道分流方案设计1 1问题分析及交通调查(1)问题分析。图
15、1 为某城市半苜蓿叶互通立交示意图，东西向为主干道，南北向为次干道，主线出口匝道与次干道存在平面冲突点，主线的南面和北面各有一个十字交叉口，形成了一个交通循环。由于该立交为半互通方式，部分车辆需通过右转加掉头的方式实现左转。以主线西向出口为例，车辆通过匝道驶向次干道后，首先进入衔接段，在此处汇入次干道;其次进入交织区，此区域车辆行驶方第 3 期王晓军，等:基于 VISSIM-Synchro 联合仿真的半苜蓿叶立交匝道分流及协调控制优化101向不同，如从北向行驶过来的车需要右转(路径1)，从匝道下来的车需要左转(路径 3)或掉头(路径 4)，相互混杂;再次，由于十字交叉口受信号控制，车辆还可能进
16、入排队段等待。图 1半苜蓿叶互通立交冲突分析示意图由此可知，主线匝道出口到次干道十字路口这一段承载着由出口匝道驶出的右转、直行、左转、掉头等四个路径的车流，状况复杂，当交通流较大时，将会是瓶颈路段。为分析拥堵情况及服务水平，在交通调查基础上，采用仿真模拟方法，给出交通评价指标。(2)交通调查及基本交通参数确定。选择早高峰(7:308:30)进行调查。如图 1 所示，主干道出口匝道直接汇入次干道，此处无交通管控，因此，主要对南侧交叉口进行调查与分析。得到交叉口各进口道方向小时流量为:西向进口道 791 pcu/h、东向进口道 768 pcu/h、北向进口道 2 227 pcu/h、南向进口道 975 pcu/h。交叉口信号控制为两相位，分别为东西直行+左转、南北直行+左转。周期 60 s，黄灯时间 3 s，全红时间 2 s，有效绿灯时间分别为 30 s、20 s。同时调查道路基础参数:车道宽35 m;大车通行率2%;主线行车速度80 km/h;匝道行车速度 40 km/h;次干道行车速度 60 km/h;跨线构筑物坡度 2%。1 2基于 VISSIM 仿真的交通现状评价(1)VISSIM
