交通信息對(duì)車(chē)輛路徑選擇的影響研究

郭雅

摘要 交通信息誘導(dǎo)是解決交通擁擠問(wèn)題的有效方法之一，通過(guò)公布交通信息來(lái)調(diào)整出行者的路徑選擇，實(shí)現(xiàn)道路網(wǎng)絡(luò)交通流的均衡分配。公布的交通信息和出行者的路徑選擇是影響交通信息誘導(dǎo)的兩個(gè)重要因素。本文研究的是交通誘導(dǎo)信息對(duì)選擇行為以及相應(yīng)的交通流分布的影響，建立出行者路徑選擇決策雙層模型，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的求解算法。

關(guān)鍵詞 交通誘導(dǎo)信息；路徑選擇；系統(tǒng)最優(yōu)；雙層模型

中圖分類(lèi)號(hào)U46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2011）43-0073-02

自從19世紀(jì)汽車(chē)被發(fā)明進(jìn)入人類(lèi)的生活以來(lái)，它就極大的改善了我們的生活，給生活帶來(lái)了極大的方便和快捷，提升了人類(lèi)出行的速度，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步。但是它也帶來(lái)了另外一個(gè)必然結(jié)果－城市機(jī)動(dòng)化，日益增長(zhǎng)的車(chē)輛引起城市中交通擁擠現(xiàn)象日益嚴(yán)重，不僅給居民生活帶來(lái)很多不便，也引發(fā)城市各種交通事故、能源浪費(fèi)以及環(huán)境污染等問(wèn)題，這些消極因素嚴(yán)重阻礙了城市的發(fā)展，引發(fā)人們的普遍關(guān)注。

傳統(tǒng)的解決放方案是通過(guò)新修或擴(kuò)建道路來(lái)改善擁擠，但是幾十年的交通管理經(jīng)驗(yàn)表明，新建和擴(kuò)建等手段不能完全達(dá)到有效治理?yè)頂D的目的，因此學(xué)者提出了交通需求管理的概念，明確通過(guò)對(duì)交通需求的控制，合理調(diào)整各種資源，促進(jìn)交通合理發(fā)展來(lái)減輕或消除擁擠。智能交通系統(tǒng)的研究就是這樣出現(xiàn)的，它從系統(tǒng)角度出發(fā)，利用高新科技把人、車(chē)、路緊密結(jié)合起來(lái)，綜合有效地解決交通擁擠等問(wèn)題。在道路使用的過(guò)程中，并不是所有的道路同時(shí)處于擁擠狀況，有相當(dāng)一部分道路交通仍然很暢通[1]，通過(guò)調(diào)整出行者的行駛路線(xiàn)使得路網(wǎng)交通流分配達(dá)到所希望的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)交通流的均衡分配[2][3]。

1 交通誘導(dǎo)信息條件下出行者路徑選擇決策模型

在交通誘導(dǎo)中，管理者首先隨交通流作出分配，制定相應(yīng)的誘導(dǎo)信息，出行者收到誘導(dǎo)信息后根據(jù)自身原則和利益決定出行路徑，兩種相互影響，形成了一種博弈。管理者根據(jù)自己的目標(biāo)，估計(jì)用戶(hù)的路徑選擇模式，發(fā)布相應(yīng)的誘導(dǎo)信息，引導(dǎo)出行。出行者根據(jù)管理者發(fā)布的誘導(dǎo)信息和自身要求選擇路徑。

1.1時(shí)間信任度

出行者對(duì)誘導(dǎo)信息可能信任，也可能不信任，假設(shè)出行者對(duì)誘導(dǎo)信息的信任度為（以出行時(shí)間來(lái)算）：

（1.1）

式中：p表示路徑，；d表示出行者，；k為出行序次號(hào)，；表示第k次出行前出行者d對(duì)路徑p的誘導(dǎo)行程時(shí)間的信任度；表示出行者的信息接受程度，；表示第k-1次出行時(shí)出行者d獲得的間路徑p上的誘導(dǎo)行程時(shí)間與實(shí)際行程時(shí)間的相對(duì)誤差，即：

式中：表示第k-1次出行前管理者提供給出行者d起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p的誘導(dǎo)行程時(shí)間；表示第k-1次出行時(shí)出行者d在起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p的實(shí)際行程時(shí)間。

1.2感覺(jué)行程時(shí)間

假設(shè)出行者對(duì)路徑的估算行程時(shí)間是誘導(dǎo)行程時(shí)間和前一次出行實(shí)際行程時(shí)間的加權(quán)平均值，而權(quán)重為出行者對(duì)誘導(dǎo)信息的信任度，則：

（1.3）

式中：表示第k次出行前出行者d對(duì)路徑p的感覺(jué)行程時(shí)間。

1.3路徑的交通流

路徑的交通流由起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的交通量以及各路徑的選擇概率而確定[8]：

（1.4）

式中：表示第k次出行時(shí)起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p上的交通量；表示第k次出行時(shí)起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間總交通量。

2 模型建立

我們把交通系統(tǒng)可以看作是交通管理者和出行者的復(fù)雜系統(tǒng)。根據(jù)路徑選擇中的博弈現(xiàn)象，制定發(fā)布誘導(dǎo)信息的管理者和出行者的交通系統(tǒng)是一個(gè)多人參與且呈遞階結(jié)構(gòu)的決策系統(tǒng)，各層決策者有各自不同的目標(biāo)，在此過(guò)程中相互制約相互影響，這樣符合雙層數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題，因此建立一個(gè)雙層規(guī)劃模型，交通管理者為上層決策者，出行者為下層決策者。交通規(guī)劃管理者通過(guò)自己本身的誘導(dǎo)信息來(lái)影響出行者的路徑選擇，我們把雙層模型的一般形式的各個(gè)變量描述：

約束條件

2.1上層模型

管理者的目標(biāo)為SO，即系統(tǒng)總行程時(shí)間最小。管理者考慮出行者的反應(yīng)，根據(jù)SO原則發(fā)布誘導(dǎo)行程時(shí)間，考慮出行者反應(yīng)的系統(tǒng)最優(yōu)誘導(dǎo)模型。

（2.1）

（2.2）

（2.3）

式中： 表示系統(tǒng)總行程時(shí)間；表示之間路徑p上的行程時(shí)間；表示路徑p上的交通量；為起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間總交通量。

模型求解算法具體步驟如下所示：

第一步：初始化，獲得路徑自由行程時(shí)間，路徑通行能力，交通需求。

第二步：計(jì)算SO狀態(tài)時(shí)的各路徑上的交通流分配比例，路網(wǎng)交通流分布，路徑行程時(shí)間及系統(tǒng)總行程時(shí)間。

第三步：令，由改進(jìn)logit模型計(jì)算出行者的感覺(jué)行程時(shí)間。

第四步：當(dāng)k=1時(shí)，即第一次出行時(shí)，出行者沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)，假設(shè)完全信任誘導(dǎo)行程時(shí)間，，則誘導(dǎo)行程時(shí)間等于感覺(jué)行程時(shí)間，即。

第五步：計(jì)算第一次出行時(shí)的路徑行程時(shí)間，出行者的實(shí)際行程時(shí)間，系統(tǒng)總行程時(shí)間。

第六步：當(dāng)時(shí)，由，計(jì)算信任度，由、、計(jì)算誘導(dǎo)行程時(shí)間，如果，則

（2.4）

如果，則令。

第七步：計(jì)算路徑上的交通流分布，路徑行程時(shí)間，實(shí)際行程時(shí)間，誘導(dǎo)行程時(shí)間與實(shí)際行程時(shí)間的相對(duì)誤差，系統(tǒng)總行程時(shí)間。

2.2下層模型

下層模型用隨機(jī)用戶(hù)平衡模型來(lái)描述道路交通網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)平衡狀態(tài)，以交通隨機(jī)配流理論建立模型

－OD對(duì)w間的交通流量，；－線(xiàn)路r上的交通流量，其中

－路段a上的交通流量，其中；－機(jī)動(dòng)車(chē)通過(guò)路段a的出行時(shí)間，

當(dāng)路段a在線(xiàn)路r上

其他情況

代表出行者期望選擇出行時(shí)間最短的線(xiàn)路。

下層模型算法用F-W算法：

步1：初始化，開(kāi)始交通流量設(shè)為零，阻抗函數(shù)，執(zhí)行一次隨機(jī)加載，產(chǎn)生路段流量。

步2：更新各路段的阻抗：令。

步3：新阻抗的基礎(chǔ)上，執(zhí)行流量隨機(jī)加載，得到新的路段流量。

步4：令：

步5：判別收斂條件：令，如果滿(mǎn)足式（為預(yù)先確定的精度臨界值）：

則停止，為之所求；否則，令，返回第二步。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)智能運(yùn)輸系統(tǒng)體系框架研究總報(bào)告.交通部公路科學(xué)研究所，2001，7：1-3.

[2]楊兆升.城市交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架研究.公路交通科技，1997，14(3)：6-10.

[3]谷遠(yuǎn)利.城市交通誘導(dǎo)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展.吉林交通科技，2000(1)：40-42.

[4]賀國(guó)光，馮蔚東.路線(xiàn)選擇行為的分支模型.土木工程學(xué)報(bào)，2003，36(1)：21-25.

注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請(qǐng)以PDF格式閱讀”