高速公路控制環(huán)境下路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)方法研究*

方捷+涂莉麗

摘 要：高速公路控制環(huán)境下路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的有效評價(jià)是各類方法實(shí)施控制的基本依據(jù)，是提高各種控制方法控制有效性的根本途徑。路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的評價(jià)指標(biāo)能夠定量直觀的反映路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，為交通出行者提供具有參考價(jià)值的路網(wǎng)交通信息，對高速公路管理的有效性、高速公路路網(wǎng)通行能力發(fā)揮的充分性起著至關(guān)重要的作用。文章通過對比國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析入口匝道控制環(huán)境下的路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)方法存在的不足，并探討其相應(yīng)的解決對策，為今后相關(guān)的研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高速公路；運(yùn)行狀態(tài)；評價(jià)方法；單指標(biāo)；多指標(biāo)

中圖分類號：U412 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0064-02

1 概述

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)突飛猛進(jìn)，尤其是高速公路通車?yán)锍滩粩嘣黾?。高速公路的建設(shè)不僅加強(qiáng)了人與貨物的快速流通、增進(jìn)了社會各方面之間的聯(lián)系，而且又反過來極大的促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。與此同時(shí)，由于汽車保有量的大幅增長，導(dǎo)致交通擁堵現(xiàn)象的頻繁出現(xiàn)。交通擁堵一方面減少了高速公路基礎(chǔ)設(shè)施的通行能力，另一方面造成了延誤、增加了環(huán)境污染、降低了交通安全。因此，如何采取有效的措施應(yīng)對交通需求壓力，緩解交通擁堵問題，已經(jīng)成為交通工程學(xué)科研究中最為迫切的問題之一。高速公路的交通控制系統(tǒng)是一個(gè)極為復(fù)雜的系統(tǒng)，它的交通控制方法和控制效益往往受到多方面因素的影響。高速公路交通控制方法主要有匝道控制、通道控制、主線控制等，其中最為有效且應(yīng)用最廣的控制方法是匝道控制。匝道控制是指以調(diào)節(jié)入口匝道信號燈的配時(shí)為手段，適當(dāng)?shù)馗淖儚娜肟谠训肋M(jìn)入高速公路主流的車輛數(shù)，以改善高速公路的交通情況，從而提高高速公路的運(yùn)行效率 。匝道控制在入口匝道和高速公路與高速公路交叉口間以短時(shí)間的延遲為代價(jià)，為每個(gè)單獨(dú)的道路使用者節(jié)約了大量時(shí)間。此外，匝道控制對緩解交通擁堵起到了很大作用，在很大程度上減少了擁堵的產(chǎn)生或縮短了交通擁堵時(shí)間，并且還具有減少交匯點(diǎn)的沖突和事故， 降低空氣污染、 提高交通安全等功能。

雖然高速公路匝道控制的方法多種多樣，但路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的分析評價(jià)是各類方法實(shí)施控制的基本依據(jù)，是高速管理部門的決策依據(jù)。本文以高速公路入口匝道控制環(huán)境下路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的評價(jià)方法為研究對象，通過對比國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析入口匝道控制環(huán)境下的路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)方法存在的不足，并探討其相應(yīng)的解決對策，為今后相關(guān)的研究奠定基礎(chǔ)。

2 高速公路交通運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)指標(biāo)體系

高速路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的評價(jià)指標(biāo)能夠定量直觀的反映路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，為交通出行者提供具有參考價(jià)值的路網(wǎng)交通信息，對高速公路管理的有效性、高速公路路網(wǎng)通行能力發(fā)揮的充分性起著至關(guān)重要的作用。

高速公路運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)方法分為單指標(biāo)評價(jià)方法和多指標(biāo)評價(jià)方法兩種[1]。

2.1 單指標(biāo)評價(jià)方法

早期的高速公路運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)方法大多為單指標(biāo)評價(jià)方法，例如高速公路交通流——流密速關(guān)系：系統(tǒng)均采用路段交通量、車速、占有率為基礎(chǔ)指標(biāo)，并通過分別與預(yù)設(shè)值比較確定運(yùn)行狀況[2]。入口匝道控制環(huán)境下的高速公路運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)大多選取總旅行時(shí)間（TTS）或總旅行距離（TTD）為評價(jià)指標(biāo)。Papamichail等提出的基于非線性預(yù)測模型的分層協(xié)調(diào)匝道控制方法[3]，以總旅行時(shí)間（TTS）為控制目標(biāo)來優(yōu)化路網(wǎng)的運(yùn)行效率；類似只針對控制路網(wǎng)運(yùn)行效率的目標(biāo)函數(shù)，也同樣被Bellemans[4]和Hegyi[5]應(yīng)用到他們的研究當(dāng)中。

單指標(biāo)分析方法在實(shí)際應(yīng)用中能較好的直觀反映路網(wǎng)交通運(yùn)行情況，但單指標(biāo)之間往往存在沖突，比如入口匝道控制情況下，往往要求高速公路路網(wǎng)總旅行時(shí)間最小，而要求總旅行距離最大，指標(biāo)之間的沖突會影響評價(jià)結(jié)果的精度。另外，這種單一的指標(biāo)方法評價(jià)路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)具有局限性，不能全面地分析路網(wǎng)中存在的復(fù)雜問題。因此單指標(biāo)評價(jià)方法逐漸淡出研究學(xué)者的視線，越來越多研究學(xué)者投身到多指標(biāo)綜合評價(jià)方法的研究中。

2.2 多指標(biāo)評價(jià)方法

多指標(biāo)評價(jià)方法主要是選取平均車速、平均延誤、總旅行時(shí)間、時(shí)間占有率等多個(gè)交通指標(biāo)對路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合評價(jià)。現(xiàn)有的匝道控制環(huán)境下高速公路路網(wǎng)多指標(biāo)評價(jià)大多以多個(gè)指標(biāo)的加權(quán)組合對路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合評價(jià)。Pasquale等的研究[6]采用多指標(biāo)優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行路網(wǎng)優(yōu)化控制，綜合考慮了以總旅行時(shí)間（TTS）與總旅行距離（TTD）為控制目標(biāo)的路網(wǎng)運(yùn)行效率，以及以交通排放量為控制目標(biāo)的路網(wǎng)環(huán)境效益這兩個(gè)優(yōu)化方向，最后以TTS、TTD以及交通排放量這三者的加權(quán)組合對控制方法實(shí)施后的路網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行綜合評價(jià)。但是，該類方法各指標(biāo)權(quán)重的確定具有不確定性，因?yàn)楦咚俟返慕煌鲃恿W(xué)特性在隨刻變化著，不同的高速公路路段、同一路段的不同時(shí)間，各個(gè)交通指標(biāo)對路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)反映的重要程度是不同的。

1986年，法國經(jīng)濟(jì)學(xué)家Pareto從政治經(jīng)濟(jì)學(xué)角度提出了Pareto最優(yōu)的概念。Pareto最優(yōu)把本質(zhì)上不可比的目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單一的最優(yōu)目標(biāo)進(jìn)行求解，Pareto最優(yōu)概念的提出是單指標(biāo)向多指標(biāo)轉(zhuǎn)變過程中至關(guān)重要的一環(huán)[7，8]。近年來，越來越多學(xué)者將Pareto最優(yōu)的概念應(yīng)用到多指標(biāo)路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)方法中，該類方法克服了多個(gè)指標(biāo)加權(quán)組合綜合評價(jià)的不足之處。例如在梁振羽的研究中，采用粒子群算法對交通效益和環(huán)境效益這兩個(gè)路網(wǎng)狀態(tài)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行求解Pareto最優(yōu)，從而提升控制方法的全面性與有效性[9]。

3 結(jié)束語

目前，高速公路路網(wǎng)交通狀態(tài)評價(jià)指標(biāo)體系相對完善，交通參與者通過評價(jià)指標(biāo)能夠直觀的感知路網(wǎng)交通狀態(tài)?？v觀以往的研究，入口匝道控制環(huán)境下的高速公路路網(wǎng)狀態(tài)評價(jià)大部分只針對單一指標(biāo)進(jìn)行路網(wǎng)評價(jià)，缺少同時(shí)以路網(wǎng)機(jī)動性和安全性等多指標(biāo)對路網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行綜合評價(jià)的全面評價(jià)體系。而且多指標(biāo)綜合評價(jià)方法的研究中已取得的工作成果，尚未實(shí)際運(yùn)用到我國交通行業(yè)的發(fā)展中來。因此，必須以我國高速公路的現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，結(jié)合未來交通行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，研究適合我國高速公路路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的分析評價(jià)方法，利用多屬性綜合評價(jià)方法全面可靠的分析交通運(yùn)行狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

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