基于Vissim對(duì)隧道車行橫河的仿真分析

引言

公路交通在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸中具有覆蓋面大、適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，因此受到重視并得到快速發(fā)展。公路隧道作為公路路線的基本組成部分，具有可改善路線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、減少急彎和陡坡、縮短路線里程及加快運(yùn)輸效率、避免路基大填大挖、有利于環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因而通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件綜合比較，對(duì)公路隧道的選擇和建設(shè)日益引起重視，并有很大發(fā)展。

目前，我國(guó)已進(jìn)入公路隧道建設(shè)快速發(fā)展時(shí)期。在本世紀(jì)初開(kāi)工建設(shè)的5~20km的公路隧道近10座，其中亞洲最長(zhǎng)的公路隧道(西安至安康高速公路上穿越秦嶺山脈的秦嶺終南山特長(zhǎng)公路隧道)的長(zhǎng)度達(dá)到18.6km。在中長(zhǎng)公路隧道設(shè)計(jì)中，增設(shè)車行橫洞連通隧左右橫洞，車行橫洞主要是實(shí)現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向、隧道發(fā)生交通事故或火災(zāi)時(shí)為車輛提供快速疏散通道。現(xiàn)今，大多隧道選擇關(guān)閉車行橫洞，僅在發(fā)生交通事故或火災(zāi)時(shí)，作為安全通道實(shí)現(xiàn)車輛的快速疏散，忽略其車輛轉(zhuǎn)向功能。本文利用交通仿真軟件，建立了隧道一種車輛通行模型，并通過(guò)行程時(shí)間、延誤、排隊(duì)長(zhǎng)度等指標(biāo)討論了車行橫洞開(kāi)啟狀況對(duì)隧道的影響狀況。

1Vissim交通仿真軟件

進(jìn)行交通仿真時(shí)，一般采用的交通仿真軟件有Vissim、Paramics、AIMSUN，這些軟件可通過(guò)建模分析實(shí)現(xiàn)交通的分析及優(yōu)化。本文使用Vissim仿真軟件來(lái)建立公路隧道模型，探討車行橫道對(duì)公路隧道左右橫洞的影響因素。

Vissim仿真系統(tǒng)基本原理

Vissim是由德國(guó)PTV公司開(kāi)發(fā)的微觀交通流仿真系統(tǒng)。Vissim是離散的、隨機(jī)的，是以0.1s為時(shí)間步長(zhǎng)的微觀仿真模型。在Vissim中，車輛的縱向運(yùn)動(dòng)采用了心理一生理跟車模型，橫向運(yùn)動(dòng)采用基于規(guī)(rule-based)的算法，并采用動(dòng)態(tài)交通分配進(jìn)行路徑選擇叫

Vissim軟件系統(tǒng)內(nèi)部由交通仿真器和信號(hào)狀態(tài)發(fā)生器兩大程序組成，它們之間通過(guò)接口來(lái)交換檢測(cè)器的呼叫和信號(hào)狀態(tài)。交通仿真器是一個(gè)微觀的交通流仿真模型，它包括跟車模型和車道變換模型。信號(hào)狀態(tài)發(fā)生器是一個(gè)信號(hào)控制軟件，它以仿真步長(zhǎng)為基礎(chǔ)不斷地從交通仿真器中獲取檢測(cè)信息，決定下一仿真時(shí)刻的信號(hào)狀態(tài)并將這信息傳送給交通仿真器。

Vissim仿真系統(tǒng)基本功能

Vissim可以作為許多交通問(wèn)題分析的有力工具，它能夠分析在諸如車道特性、交通組成、交通信號(hào)燈等約束條件下交通運(yùn)行情況，不僅能對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)時(shí)運(yùn)行情況進(jìn)行交通模擬，而且還可以以文件的形式輸出各種交通評(píng)價(jià)參數(shù)[4],如行程時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度等。因此，它是分析和評(píng)價(jià)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中各種方案的交通適應(yīng)性情況的重要工具。

Vissim仿真流程

用Vissim仿真軟件進(jìn)行仿真的流程圖如圖1所示。

圖1  Vissim仿真流程圖

2交通仿真模型的建立

近年來(lái)，隨著汽車排污限制標(biāo)準(zhǔn)提高，公路隧道采用雙洞單向行駛方案，逐漸取代單洞雙向行駛。在模型中，不考慮單向雙車道之間車輛的換道影響，則可建立以下Vissim模型，圖2所示是本設(shè)計(jì)所建立的Vissim模型。

圖2  Vissim仿真模型圖

一般中長(zhǎng)公路隧道中，相鄰車行橫道的間距在20~500m,且車行橫道與隧道左右橫洞的夾角在30°左右。因此，在討論車輛穿梭車行橫道對(duì)隧道左右橫洞的影響時(shí),可在模型中假定相鄰車行橫道的間距為500m，左右橫洞的車輛數(shù)為1000輛/h，小汽車占50%、貨車占30%、大型客車占20%,設(shè)計(jì)車速為70km/h，分別討論進(jìn)入車行橫道的車輛數(shù)占左右橫洞車輛數(shù)5%、10%、15%、20%時(shí),左右橫洞中間路段車輛的最大行程時(shí)間、延誤和車行橫洞中的排隊(duì)長(zhǎng)度。表1和表2給出了圖2所示模型中右洞和左洞中的車輛數(shù)值。

表1右洞數(shù)值

3數(shù)據(jù)分析

由表1的數(shù)據(jù)可得，車行橫道的分流量在5%~20%,對(duì)右橫洞的影響相差不多，則取數(shù)值中最大值，即在該路段車輛行駛的最短行駛時(shí)間為26.5s,對(duì)應(yīng)行駛速度為73.07km/h,最長(zhǎng)行駛時(shí)間為30.9s,對(duì)應(yīng)行駛速度為62.63km/h。在檢測(cè)路段沒(méi)有出現(xiàn)停車現(xiàn)象，故停車時(shí)間和停車次數(shù)為0,最大延誤為4.5s。在車行橫洞內(nèi)排隊(duì)長(zhǎng)度為0,沒(méi)有停車現(xiàn)象。

由表2的數(shù)據(jù)可得，車行橫道的分流量在5%~20%,對(duì)左橫洞的影響基本相同，同樣取數(shù)值中最大值，即在該路段車輛行駛的最短行駛時(shí)間為22.5s,對(duì)應(yīng)行駛速度為73.54km/h,最長(zhǎng)行駛時(shí)間為24.2s,對(duì)應(yīng)行駛速度為68.34km/h。在檢測(cè)路段沒(méi)有出現(xiàn)停車現(xiàn)象，故停車時(shí)間和停車次數(shù)為0,最大延誤為1.5s。在車行橫洞內(nèi)排隊(duì)長(zhǎng)度為0,沒(méi)有停車現(xiàn)象。

4結(jié)語(yǔ)

綜合本文數(shù)據(jù)分析可知，打開(kāi)車行橫洞，在分流量占5%~20%之內(nèi)時(shí)，橫穿車行橫道的車輛對(duì)左右橫洞的車流影響不大，打開(kāi)車行橫洞是可行的。車行橫洞的開(kāi)設(shè)也會(huì)因?yàn)檐嚵魉a(chǎn)生的“活塞”作用，加速隧道內(nèi)的空氣流動(dòng)，對(duì)構(gòu)建良好的隧道環(huán)境是有益的。但與此同時(shí)，打開(kāi)車行橫洞應(yīng)當(dāng)注意以下兩點(diǎn)：

隨著隧道向中長(zhǎng)化的快速發(fā)展，在隧道內(nèi)部，駕駛員的駕駛視野受制約程度大大增強(qiáng)，因此在隧道車行橫道的開(kāi)口處，應(yīng)提前設(shè)置警示燈，提醒駕駛員減速慢行。

中長(zhǎng)化的公路隧道多是在山區(qū)，在建設(shè)時(shí)會(huì)考慮到地形因素，因此可能出現(xiàn)隧道連續(xù)轉(zhuǎn)彎的情況，所以在這種弧度較大的路段盡量不要打開(kāi)車行橫洞，以免出現(xiàn)交通事故。

20211021_61716ef4a2f87__基于Vissim對(duì)隧道車行橫河的仿真分析