【文章內(nèi)容簡介】 動(dòng)態(tài)交通分配的研究現(xiàn)狀 交通 配流 問題作為路網(wǎng)規(guī)劃的一個(gè) 有機(jī) 構(gòu)成 部分，對其的研究 向來 是學(xué)術(shù)界感興趣的項(xiàng)目 。交通分配方法 按照平衡準(zhǔn)則可以 分為平衡模型與非 平 衡模型。 非平衡模型又可分為有容量限制分配模型、最短路分配模型及多路徑分配模型等 ， 這些模型 構(gòu)造 簡單、計(jì)算 方便， 但在應(yīng)用時(shí)與實(shí)際 效果 相差較大 。 而平衡模型 作為新發(fā)展起來的 新 式 交通分配模型，這類模型 與非 平衡模型 相比， 具有 條理清晰 、結(jié) 構(gòu) 縝密 、結(jié)果合理 ， 適用于 大規(guī)模 研究 的優(yōu)點(diǎn)。但這類模型常 因?yàn)?維數(shù)太大、變量較多、約束 因素 太多，使得 對這類模型的 建模 比較 麻煩 ，影響了其實(shí)際應(yīng)用的效果。 從對出行者選擇 路徑 方面的假定來看，將 動(dòng)態(tài)交通分配 模型劃分為預(yù)測型和反映型。預(yù)測性模型指的是出行者根據(jù)某一段時(shí)間的交通狀況預(yù)先決定自己的最 優(yōu) 行駛路徑，這條最 優(yōu) 路徑是根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)中在該路段行駛花費(fèi)的實(shí)際成本得到的。反映型模型是指出行者根據(jù)實(shí)時(shí)的交通狀況來選擇 費(fèi)用 最低的路徑。但由于城市交通狀況具有時(shí)變性，反映型模型可能使相同 起始點(diǎn) 和 出行 時(shí)間的出行者，由于在不同時(shí)刻出發(fā)，使得他們最終所選擇的路徑所 消耗 的時(shí)間不同。 交通管理信息系統(tǒng) 軟件平臺(tái) 交通事件事故視頻檢測系統(tǒng) 交通誘導(dǎo)系統(tǒng) 交通事件快速處理系統(tǒng) GPS 車輛定位系統(tǒng) 供電防雷系統(tǒng) 信息傳輸系統(tǒng) 閉路電視監(jiān)控系統(tǒng) 超速檢測系統(tǒng) 電子警察系統(tǒng) 信號(hào)控制系統(tǒng) 業(yè)務(wù)支撐平 臺(tái) 硬件平臺(tái) 交通管理自動(dòng)化系統(tǒng) 其它信息應(yīng)用系統(tǒng) 指揮中心控制系統(tǒng) 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 根據(jù)研究方法可以將動(dòng)態(tài)交通流劃分五類： （ 1）數(shù)學(xué) 規(guī)劃建模方法； （ 2）計(jì)算機(jī)模擬方法； （ 3）最 優(yōu) 控制理論建模方法； （ 4）不動(dòng)點(diǎn)理論建模方法； （ 5）變分不待式與非線性互補(bǔ)理論建模方法等 [1]。 動(dòng)態(tài)交通分配理論的應(yīng)用 動(dòng)態(tài)交通分配是在 己知的 交通需求 和 交通運(yùn)行狀況 下 ，分析 實(shí)時(shí) 路網(wǎng) 的最優(yōu)交通流 分配情況 ，其 需要優(yōu)先 考慮的 是對 各個(gè)時(shí)刻 產(chǎn)生 的出行需求 的科學(xué)預(yù)測 ，在確定 時(shí)變交通需求 量 的基礎(chǔ)上，再對 路網(wǎng)交通量 進(jìn)行 合理的分配。交通出行明確的目的性 決定了 OD矩陣在動(dòng)態(tài)交通 配流中的重要地位 ， 所以 在 交通量 分配中 假設(shè) OD需求 矩陣是 己知 的 確定量。除了己知的各時(shí)段 交通需 求 外， 也要設(shè)定好 路網(wǎng)構(gòu)造和路段的限制 特性。 動(dòng)態(tài)交通分配 在體現(xiàn)城市交通路網(wǎng)的 適應(yīng) 性、隨機(jī)性、時(shí)變 性 還有 對城 市路網(wǎng) 管 制的各種措施的評價(jià)上 ，比 靜態(tài)交通分配更具有實(shí)用性 。 （ 1） 可以對交通擁擠特性進(jìn)行全面分析。 交通堵塞在不同的時(shí)間區(qū)間內(nèi)發(fā)生在不同的區(qū)域 ，交通擁擠在一定 范圍內(nèi) 限制 了城市交通流的分布 擴(kuò)張 。 為了分析交通擁擠情況的特性， 必須建立起動(dòng)態(tài)的交通 配流 模型， 對車流量進(jìn)行合理 分配 。動(dòng)態(tài)交通配流 模型 充分考慮到 時(shí)變 的 交通需求 和 路網(wǎng) 特性，能夠 計(jì)算出 交通流 的 分布 量 ， 于是 可以 預(yù)測交通阻塞 發(fā)生的時(shí) 段和位置 ，并采取 及時(shí) 的 解決 對 策。 （ 2） 為智能交通系統(tǒng) (ITS)提供主要的技術(shù) 支持 。 動(dòng)態(tài)交通分配模型以均衡分配交通量為 基礎(chǔ) ，能夠 立刻 地采取 妥善 的管理或誘導(dǎo)措施控制交通流，提高路網(wǎng)通過率，這也是動(dòng)態(tài)交通分配的最終目標(biāo)。 人們 對于 交通 管理 持有的 觀念由以 往 通過 開發(fā)和鋪設(shè)道路，增加和設(shè)置交通管理設(shè)施來提高交通路網(wǎng)的 通行效率 ，轉(zhuǎn)變到通過 改善 交通管理 和評估 交通路網(wǎng) 實(shí)時(shí)狀態(tài)來 增加 路網(wǎng) 通過 效率 。 在這一方面，動(dòng)態(tài)的交通流模型不僅能更精確、科學(xué)地描述路網(wǎng)中交通流的時(shí)間、空間分布模式 ， 也能更 確切 地 模擬 出 高峰期和非高峰期間 車流量 的 交通 特性。 （ 3） 可以對交通 流進(jìn)行最優(yōu)控制 。 動(dòng)態(tài)交通分配 集合 了交通需求隨時(shí)間變化的 路網(wǎng) 特性，可以檢測 某一時(shí)刻 的瞬時(shí) 的交通流分布 情況 ，因此， 它能及時(shí)預(yù)測交通堵塞 事件的發(fā)生 ，從而為信號(hào)燈的配時(shí)提供 精確的信息 ，讓車輛通暢 運(yùn)行 。 本文 章節(jié)安排 全文內(nèi)容分為四章，按照粒子群算法對 多路徑 路網(wǎng)進(jìn)行建模 和仿真實(shí)驗(yàn)，模擬車輛在動(dòng)態(tài)路網(wǎng)中的路徑選擇與最優(yōu)配流問題，具體章節(jié)的安排主要如下： 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第一章，本文的緒論部分。 重點(diǎn) 敘述了 交通分配 的背景以及意義，并對智能交通系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)交通分配進(jìn)行簡單的 敘述 。 第二章，動(dòng)態(tài)交通流分配模型理論的概述。分別對動(dòng)態(tài)交通 流分配模型的 建立 、約束條件和相關(guān)術(shù)語 與符號(hào)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并比較分析幾種常用優(yōu)化方法的基本思想和優(yōu)缺點(diǎn) 。 第三章，詳細(xì)介紹了基本粒子群算法的原理、流程、特點(diǎn) 等，以及該算法的研究進(jìn)展。 第四章，根據(jù)實(shí)際情況，建立交通分配 模型， 以 簡單 的 多路徑 交通路網(wǎng) 為算例 ， 求解分時(shí)段 的動(dòng)態(tài)交通 分配 情況 ，驗(yàn)證該模型的合理性和有效性。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 2章 動(dòng)態(tài)交通 分配模型 動(dòng)態(tài)交通 分配 動(dòng)態(tài)分配是交通流理論發(fā)展、不斷完善的趨勢，是交通控制與管理實(shí)際應(yīng)用之需 。在交通需求管理中，不僅要制定科學(xué)、合理的交通規(guī)劃設(shè)計(jì)服務(wù)，還要制定完善的交 通管理控制方案服務(wù) ，將其應(yīng)用到交通控制和誘導(dǎo)中 。 ITS 的研究與實(shí)施，迫切需要對動(dòng)態(tài)交通分配理論提出更多的需求， 使得理論能夠應(yīng)用在實(shí)際中。 圖 21 體現(xiàn) 了動(dòng)態(tài)交通分配 在交通誘導(dǎo)與控制中的 作用 。 圖 21 交通 管理 、誘導(dǎo)與 分配 之間的關(guān)系圖 由圖 21 可以看出，動(dòng)態(tài)交通分配 為交通 管理 和交通誘導(dǎo)提供了數(shù)據(jù)輸出 ，而交通 管理 與誘導(dǎo)則是動(dòng)態(tài)交通分配 要達(dá)到的 終極目標(biāo) 。交通 管理 通過 變換 紅綠燈 信號(hào) 的 配時(shí)方案來改變車流的 通行情況 ；而動(dòng)態(tài) 交通 誘導(dǎo)則通過 路況 信息 輸出 、車 輛 誘導(dǎo) 系統(tǒng)等 技術(shù) 手段改變車流 在時(shí)間和 空間 上的 傳播 。 動(dòng)態(tài)交通 分配 概述 動(dòng)態(tài)交通 分配（ Dynamic Traffic Assignment， 簡稱 DTA）根據(jù)出行的起、止點(diǎn)，按照一定的交通規(guī)則和實(shí)際的交通狀況對各路徑車流量進(jìn)行合理分配，并為交通參與者提供最數(shù)據(jù)采集 交通過程 參數(shù)提取 動(dòng)態(tài)交通分配 輸出數(shù)據(jù)整理 交通誘導(dǎo) 交通管理 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 優(yōu)路 線 引導(dǎo)以及其他豐富的實(shí)時(shí)交通路況來達(dá)到改善交通運(yùn)行的目 的，防止交通擁擠的發(fā)生，最終實(shí)現(xiàn) 交通路網(wǎng)各個(gè)路段上交通流 的最優(yōu) 分配。 動(dòng)態(tài)交通 分配理論已經(jīng)經(jīng)歷了 20 多年的發(fā)展，各國學(xué)者對它進(jìn)行了多方面的 探究 ，不斷提出 改良 和 合適 的 模型 。動(dòng)態(tài)交通流分配模型能再現(xiàn)實(shí) 際交通狀態(tài)，在計(jì)算機(jī)上模擬網(wǎng)絡(luò)中車輛隨著實(shí)時(shí)車流量的變化而改變其行車路線的情況，而這種交通狀態(tài)是 出行者對路徑選擇的結(jié)果 [2]。從 Merchant 和 Memhauster[3]為動(dòng)態(tài)交通網(wǎng)絡(luò)模型相關(guān)問題所作出的具有開創(chuàng)性的研究工作以來，動(dòng)態(tài)交通流分配模型及其理論已經(jīng)歷了 30 余年的發(fā)展歷程。從研究 趨勢 上看，動(dòng)態(tài)交通分配 模型 研究的 內(nèi)在實(shí)質(zhì) 包括 了如下 四 個(gè)方面： （ 1） 動(dòng)態(tài)交通需求 ； （ 2） 狹義動(dòng)態(tài)交通分配。 對 交通 路網(wǎng) 狀 況 、 行程時(shí)間 、 排隊(duì) 、 起始點(diǎn) 理想 行駛路 徑等隨時(shí)空 變更 的 規(guī)律 進(jìn)行研究 ，在 交通供給狀況和 交通需求 已知的 狀 況下， 得出 其最 好 的車流量 分布 模式 ，為實(shí) 時(shí) 交通控制與 管理 提供 借鑒 ； （ 3） 路網(wǎng)特性的 時(shí)變 規(guī)律 和 道路 狀況的影響： （ 4） 各種環(huán)境因素 對 路網(wǎng) 狀態(tài)的聚集影響，如交通信息發(fā)布 事件、 頻率、內(nèi)容及覆蓋 率 等。 動(dòng)態(tài)交通 分配 模型 本文 取用 時(shí)段 [0， T ]，將之 分為若干個(gè)時(shí)段 1t ， ? ， nt ， 每個(gè)時(shí)段間隔相等 。 當(dāng)交通流量變化較大時(shí) ， 時(shí)間段應(yīng) 細(xì)分 ， 以能夠 較為真實(shí)地反映 交通 流 量變化的情況 為基本原則。將各時(shí)間段 分 為 1， ? ， n ， 其中各時(shí)段總的均衡模型 ，滿足 FIFO 規(guī)則： ()( 1 )1 1 1m i n = m i n [ ( ) ] ( )aam n n m eiaa eia i i aZ z x i t w d w?? ? ???? ????? ? ? ? ? （ 21） . ()( ) ( )r s sp r s ap a B rf q i o i????? （ 22） r s r sa p pr s pxf?? ??? （ 23） ( ) ( 1 ) ( ) ( )a a a ae i e i x i o i? ? ? ? （ 24） ( ) ( )saaro i o i?? （ 25） ( ) ( )aao i x i? （ 26） [ ( )]aai i t e i?? （ 27） 式 中 Z —— 時(shí)段 [0， T ]的網(wǎng)絡(luò)總阻抗； [ ()]az x i —— 時(shí)段 i 時(shí)網(wǎng)絡(luò)總阻抗； 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 ()axi —— 時(shí)段 i 時(shí) 在路段 a 上的交通流量； at —— 路段 a 的阻抗函數(shù) ，即車輛通過路段 a 的 時(shí)間 ； rspfi（ ） —— 時(shí)段 i 時(shí) OD對 r ， s 間第 p 條路徑上的交通量； ()rB —— 以節(jié)點(diǎn) r 為終點(diǎn)的所有路 段集合 ； ,rsap? —— 如果路段 a 在連接 OD對 r ， s 的路徑 p 上，其值為 1，否則為 0； ( 1)aei? —— 各個(gè)時(shí)段路段 a 上交通流入量； ()aoi —— 各個(gè)時(shí)段路段 a 上交通 流出 量 。 約束條件 分析 流量守恒 流量守恒是指對于任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)來說，駛?cè)朐摴?jié)點(diǎn)的車輛數(shù)與駛出該節(jié)點(diǎn)的車輛數(shù)相等。在實(shí)際的交通網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)路段上的車流量并非一成不變的，隨著時(shí)間的變化，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都有可能產(chǎn)生 不同數(shù)量的新 車流量 [4]。 假設(shè)車輛在任意時(shí)刻 t 路段 a 上的流量為： s 0( ) ( ) ( ) , , ,t ssa a aX t U t V t d t a s t??? ? ???? （ 28） 或 ? ?s 0( ) ( ) ( ) , ,ta a aX t U t V t d t a t? ? ?? （ 29） 那么，流量守恒約束條件為： ( ) ( ) ( ) , ,llls s saaa A b BV t g t U t l s s??? ? ? ??? （ 210） 式 中 iA —— 節(jié)點(diǎn) i 為目的地的所有路段的集合； iB —— 以節(jié)點(diǎn) i 為出發(fā)點(diǎn)的所有路段的集合； saV（ t） —— 車輛在 t 時(shí)刻進(jìn)入路段 a 并以節(jié)點(diǎn) s 作為目的地的交通量； ()saUt—— 車輛在 t 時(shí)刻駛?cè)肼范?a 并以節(jié)點(diǎn) s 作為目的地的車輛流入率。 非負(fù)約束 根據(jù)實(shí)際經(jīng) 驗(yàn)可知，在任何一個(gè)時(shí)刻，交通網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)路段上的車流量都應(yīng)為非負(fù)值 ， 詳細(xì) 表示為： () 0saVt? ， () 0saUt? ， () 0saXt? ， ,at? （ 211） 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 先進(jìn)先出規(guī)則 先進(jìn)先出 規(guī)則 （ First In First Out，簡稱 FIFO） 是 Carry于 1992 年 首先提出的。 該規(guī)則假定先進(jìn)入路段的車輛必須先離開路段， 即 同時(shí)進(jìn)入同一 路段的車輛 必須 花費(fèi)相同的時(shí)間，并 以相同 的 速度行駛 ，行駛過程中 不存在 超車 的現(xiàn)象。這一假定 明確了 路徑行程時(shí)間、輸入流和輸出流 三者之間的關(guān)系。 在動(dòng)態(tài)交通 路網(wǎng)中，當(dāng)所 求解 的交通 路網(wǎng) 存在 多個(gè)終點(diǎn)時(shí)， FIFO 規(guī)則則會(huì) 造成 模型的解域 出現(xiàn)非凸集合可行域的情況 ，當(dāng) 模型 符合 不了該規(guī)則 時(shí)，模型的解不合理，由此可見FIFO 規(guī)則的局限性。 FIFO 規(guī)則 不是模型必須 具備 的條件，但它能 使交通分配中的路段模型得到 化簡 ，從而簡化整個(gè) DTA 模型， 在一定程度上 是一個(gè)很好的約束 因素 。在建立動(dòng)態(tài)分配模型的過程中， 該 規(guī)則 只是要求模型具有有效性 ，并 非必 然會(huì) 出現(xiàn)在模型的約束條件中，只要 能正確建立 路段流出函數(shù) ， 就能自動(dòng)滿足 FIFO 規(guī)則。 路段容量限制 路段 容量 限