石連富(貴州交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究股份有限公司)

探討基于微觀交通仿真的動(dòng)態(tài)交通管理優(yōu)化問(wèn)題研究

石連富
(貴州交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究股份有限公司)

摘要:隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，交通問(wèn)題成為人們關(guān)注的重要問(wèn)題。有效的交通管理能夠有效減少交通擁堵的情況，提高交通路網(wǎng)的通暢性與安全性。利用微觀交通仿真模型，對(duì)交通擁堵等各種交通現(xiàn)象進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)最佳的交通管理。闡述了在微觀交通仿真系統(tǒng)上構(gòu)建的動(dòng)態(tài)交通管理雙層模型，結(jié)合模型介紹了其主要的運(yùn)算方法模擬退火運(yùn)算法，并用案例證實(shí)了雙層模型對(duì)動(dòng)態(tài)交通管理優(yōu)化的最佳效果。

關(guān)鍵詞:微觀交通仿真;動(dòng)態(tài);交通管理

中圖分類(lèi)號(hào):U492

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C

文章編號(hào):1008－3383(2015)07－0199－01

收稿日期:2015－01－19

1　動(dòng)態(tài)交通管理優(yōu)化的雙層模型

優(yōu)化動(dòng)態(tài)交通管理需要交通管理者與車(chē)輛用戶雙方的協(xié)調(diào)努力，因此要構(gòu)建動(dòng)態(tài)交通管理優(yōu)化的雙層模型。交通管理部門(mén)要根據(jù)路網(wǎng)的實(shí)際狀況加強(qiáng)對(duì)交通的管理與控制，對(duì)重要路段的設(shè)計(jì)要保證合理，通過(guò)管理部門(mén)的相關(guān)決策使路網(wǎng)性能得到提升。另外作為車(chē)輛使用者要認(rèn)真遵守交通部門(mén)所制定的規(guī)則，嚴(yán)格遵守交通制度，選擇合理的出行方案，尤其是路徑選擇。從而減少交通擁堵的狀況，提高路網(wǎng)的通暢性。

設(shè)定對(duì)某交通管理項(xiàng)目實(shí)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化，項(xiàng)目措施為ф，利用向量y表示項(xiàng)目措施的參數(shù)變量，利用優(yōu)化函數(shù)F(x (y)，y)對(duì)結(jié)果進(jìn)行衡量，當(dāng)函數(shù)結(jié)果達(dá)到最優(yōu)的情況就是動(dòng)態(tài)交通管理優(yōu)化的最佳結(jié)果。其中路網(wǎng)交通流的參數(shù)變量就是x(y)。根據(jù)項(xiàng)目措施構(gòu)建雙層優(yōu)化模型，在上層與下層模型中分別進(jìn)行優(yōu)化。上層模型與下層模型之間既相互聯(lián)系又相互影響，其中上層模型中的目標(biāo)函數(shù)受到下層模型x的影響，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)解需要對(duì)決策變量進(jìn)行不斷的調(diào)整。而上層模型中的變量y也會(huì)對(duì)下層模型目標(biāo)函數(shù)造成影響，通過(guò)上下兩層的有效調(diào)節(jié)得到最優(yōu)的結(jié)果，從而得出有效的交通管理方案。

雖然通過(guò)雙層模型能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)交通管理的優(yōu)化，但模型中也存在一定的問(wèn)題，在利用模型的時(shí)候存在較多的假定因素，加上交通狀況本省所具有的復(fù)雜性，使模型在運(yùn)用中存在一定的誤差。另外模型是從宏觀的角度對(duì)路網(wǎng)狀況進(jìn)行模擬的管理，對(duì)實(shí)際中的突發(fā)情況以及細(xì)節(jié)處的考慮不全，無(wú)法將管理優(yōu)化到個(gè)體，其結(jié)果只能是大致的參考，缺乏一定的精確性。因此雙層模型的建立需要以微觀交通仿真為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)全面化的動(dòng)態(tài)管理，提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

上層模型: max/minF(y，x(y) )

gi(y，x(y) )≤0，i =1，…，p1

hi(y(x) y)≤0，j =1，…，p2

gi，hi代表外部約束條件，對(duì)于任一項(xiàng)目措施中決策變量y影響下的交通流模式運(yùn)用x(y)表示。它受到下層模型中仿真路網(wǎng)交通流的影響。下層模型如圖1所示。

由此通過(guò)雙層模型的應(yīng)用，對(duì)交通管理進(jìn)行優(yōu)化。但動(dòng)態(tài)交通管理的優(yōu)化，需要在雙層模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的運(yùn)算。針對(duì)模型的具體情況，我們主要運(yùn)用模擬退火方法進(jìn)行計(jì)算。

圖1　雙層模型下層模型圖

2　模擬退火的優(yōu)化算法

雙層模型實(shí)際上就是進(jìn)行雙層規(guī)劃的問(wèn)題，將交通管理分化為管理者與交通車(chē)輛用戶。通過(guò)二層遞階結(jié)構(gòu)，得出系統(tǒng)的最優(yōu)化問(wèn)題實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)交通管理的優(yōu)化。而模擬退火就屬于非線性的雙層規(guī)劃。根據(jù)Metropolis準(zhǔn)則，通過(guò)模擬固體物質(zhì)的退火過(guò)程進(jìn)行運(yùn)算。模擬退火運(yùn)算在接受優(yōu)化解的同時(shí)也接受惡化解，從而改善了算法的局限性，實(shí)現(xiàn)整體的最優(yōu)解。質(zhì)量高、初值魯棒性強(qiáng)是模擬退火算法的重要特點(diǎn)，另外模擬退火算法的實(shí)用性較高，其運(yùn)算方法具體如圖2。

圖2　模擬退火運(yùn)算方法

3　優(yōu)化案例分析

3.1案例介紹

在微觀仿真系統(tǒng)中選取如圖3的路網(wǎng)作為研究路段。

該路段存在嚴(yán)重的車(chē)道堵塞情況，并引發(fā)了交通事故。交通部門(mén)在交通事故上游的2 km處作出相應(yīng)的限速措施，使事故發(fā)生地點(diǎn)2 km范圍內(nèi)的車(chē)速在設(shè)定的下限值以下，有效減輕事故下游的路段，使交通路網(wǎng)保持通暢狀態(tài)。咋制定限速措施時(shí)需要結(jié)合具體的情況作出最優(yōu)的措施，設(shè)置出最合理的限速值，有效縮短交通事故造成的延誤，增加交通管理的有效性。

3.2優(yōu)化結(jié)果

通過(guò)對(duì)實(shí)際情況的調(diào)查，得出最佳的限速值，在進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算中選取75，6，55(km/hr)三組初值，通過(guò)運(yùn)算得出如下表1的優(yōu)化運(yùn)算結(jié)果。

表1　優(yōu)化運(yùn)算結(jié)果

依據(jù)上述優(yōu)化結(jié)果我們可以得知，模擬退火計(jì)算方法時(shí)各初值都具有良好的收斂性。通過(guò)模擬退火算法最優(yōu)解與惡化解的雙向接受特點(diǎn)，使優(yōu)化過(guò)程中的惡化解得到接受。在迭代次數(shù)達(dá)到75次后，表現(xiàn)出都趨向收斂的狀況，其最優(yōu)解為52 km/hr。由于限速值只能去整數(shù)，使結(jié)果不具有唯一性，對(duì)最優(yōu)解產(chǎn)生偏差，但是這種偏差對(duì)實(shí)際的影響較小，依然屬于最優(yōu)解，能夠?qū)崿F(xiàn)交通事故延誤的最短化。因此對(duì)動(dòng)態(tài)交通管理的優(yōu)化具有重要作用。

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，交通運(yùn)輸業(yè)進(jìn)入了全新的發(fā)展階段，路網(wǎng)的通暢性與車(chē)輛數(shù)量之間的矛盾日益突出，做好交通管理顯得尤為重要。在當(dāng)前的交通管理中應(yīng)該積極運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，通過(guò)微觀交通仿真系統(tǒng)，對(duì)交通路網(wǎng)的情況進(jìn)行模擬，從而做好交通管理，提前對(duì)交通路網(wǎng)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題制定相應(yīng)的解決措施。以微觀仿真系統(tǒng)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)交通管理的全面化，提高交通管理的有效性。另外在微觀交通仿真系統(tǒng)上對(duì)動(dòng)態(tài)交通管理進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)建立雙層模型的方式，發(fā)揮交通管理部門(mén)的領(lǐng)導(dǎo)作用，提高自身的管理水平對(duì)交通路段進(jìn)行全面的管理，合理運(yùn)用現(xiàn)代新型技術(shù)，使管理更加有效。另外結(jié)合車(chē)輛用戶，通過(guò)用戶選擇合理的出行方案以及路徑，有效減少交通擁堵情況。加強(qiáng)對(duì)交通制度的宣傳，使駕駛?cè)藛T有效遵守交通規(guī)則以及交通制度，促進(jìn)交通管理的不斷優(yōu)化，提高交通的通暢性與安全性。

4　結(jié)束語(yǔ)

路網(wǎng)交通具有一定的復(fù)雜性，因此對(duì)交通管理的要求較高。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交通管理的優(yōu)化需要各方面的努力，要將微觀交通仿真系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，構(gòu)建優(yōu)化管理的雙層模型，通過(guò)合理的計(jì)算方法得出最優(yōu)的結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)交通管理的優(yōu)化。本文闡述了動(dòng)態(tài)交通管理的優(yōu)化模型以及計(jì)算方法，結(jié)合案例展示了雙層模型的優(yōu)化效果。希望可以推動(dòng)動(dòng)態(tài)交通管理的不斷優(yōu)化，使交通管理更加有效，保證交通的正常運(yùn)行。

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