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城市道路交通网络系统是一个受多种因素影响的复杂系统,由于系统本身易受到各种不确定性因素的影响而出现波动,导致城市道路交通出现诸如安全问题、经济问题以及拥堵等诸多问题。交通诱导系统(Traffic Guidance System,TGS)通过对城市道路交通网络中的交通流进行诱导来改善道路交通情况,解决或缓解城市道路所面临的交通问题。目前,有关城市道路交通诱导的研究文章中,大部分研究重点均以保证道路畅通为目标,通过研究诱导路径算法、流量分配等方面来解决城市道路交通所面临的拥堵问题,而往往忽略了其他交通安全、经济等问题,且由于诱导目标的单一性,使得在交通诱导决策过程中,生成诱导方案较为单一。基于此,本文以城市道路交通诱导为研究对象,提出以多元价值为诱导目标的新的研究视角。具体从多元价值定义、多元价值目标函数模型的构建及状态划分、基于多元价值目标的诱导决策模型几个方面研究了可以缓解城市道路交通安全、经济、畅通问题的诱导方法。主要内容有:
(1)多元价值定义及基础分析
首先通过对当前城市道路交通存在的主要问题进行研究,定义了多元价值的概念。其次与传统交通诱导过程进行对比分析,明确多元价值诱导决策的研究内容。在此基础上,对交通数据进行了分类,明确了多元价值诱导数据的需求以及多元价值诱导数据选取原则,在一定程度上保证了多元价值诱导的及时准确性。最后分析确定了多元价值诱导场景的构成要素,包括时间范围,空间范围,诱导目标以及诱导规则。
(2)城市道路交通多元价值目标函数模型构建及状态划分
通过城市道路交通多元价值影响因素的分析,分别从人车路环境因素中选取12个安全指标利用层次分析法(AHP)构建了安全价值目标函数模型,并对城市道路交通安全状态划分进行了划分;从燃油经济成本、时间价值成本以及交通运营管理成本角度出发,构建了经济价值目标函数模型,根据城市道路服务水平所对应的交通量对城市道路交通经济状态进行了划分;选取饱和度、速度与设计速度比值差以及时间占有率通过模糊逻辑(Fuzzy Logic)方法构建了畅通价值目标函数模型,将其划分为畅通、拥堵、严重拥堵三个状态。在此基础上,对城市道路交通安全、经济、畅通价值目标进行归一化处理,并赋予一定的权重构建了多元价值目标函数模型。
(3)基于多元价值目标函数模型的诱导决策分析及模型建立
将交通诱导决策过程分为诱导方案生成以及方案选取两个过程。在诱导方案生成过程中,分析了多元价值诱导节点的选取原则以及确定了选取方法;通过对蚁群算法的改进,构建了基于改进的蚁群算法的多元价值诱导路径选择模型;确定多元价值流量分配方法以及规则;在诱导方案选取过程中,通过城市道路网状态正常率,道路网指数以及路网异常道路异常率对多元价值诱导方案进行了选取。
(4)实例验证
对上述模型中所涉及的参数以及权重进行选取与标定,并选取合适的实验路段,对本文所提出的模型进行仿真实验研究。实验结果表明,诱导后路网交通状态正常率上升约为10%左右,道路网整体指标系数和也有所下降,路网异常道路异常率下降了约为20%左右,所构建的多元价值诱导决策模型,在一定程度上缓解了城市道路交通的安全、经济以及拥堵问题,对城市道路交通管理具有重要的参考价值。
(1)多元价值定义及基础分析
首先通过对当前城市道路交通存在的主要问题进行研究,定义了多元价值的概念。其次与传统交通诱导过程进行对比分析,明确多元价值诱导决策的研究内容。在此基础上,对交通数据进行了分类,明确了多元价值诱导数据的需求以及多元价值诱导数据选取原则,在一定程度上保证了多元价值诱导的及时准确性。最后分析确定了多元价值诱导场景的构成要素,包括时间范围,空间范围,诱导目标以及诱导规则。
(2)城市道路交通多元价值目标函数模型构建及状态划分
通过城市道路交通多元价值影响因素的分析,分别从人车路环境因素中选取12个安全指标利用层次分析法(AHP)构建了安全价值目标函数模型,并对城市道路交通安全状态划分进行了划分;从燃油经济成本、时间价值成本以及交通运营管理成本角度出发,构建了经济价值目标函数模型,根据城市道路服务水平所对应的交通量对城市道路交通经济状态进行了划分;选取饱和度、速度与设计速度比值差以及时间占有率通过模糊逻辑(Fuzzy Logic)方法构建了畅通价值目标函数模型,将其划分为畅通、拥堵、严重拥堵三个状态。在此基础上,对城市道路交通安全、经济、畅通价值目标进行归一化处理,并赋予一定的权重构建了多元价值目标函数模型。
(3)基于多元价值目标函数模型的诱导决策分析及模型建立
将交通诱导决策过程分为诱导方案生成以及方案选取两个过程。在诱导方案生成过程中,分析了多元价值诱导节点的选取原则以及确定了选取方法;通过对蚁群算法的改进,构建了基于改进的蚁群算法的多元价值诱导路径选择模型;确定多元价值流量分配方法以及规则;在诱导方案选取过程中,通过城市道路网状态正常率,道路网指数以及路网异常道路异常率对多元价值诱导方案进行了选取。
(4)实例验证
对上述模型中所涉及的参数以及权重进行选取与标定,并选取合适的实验路段,对本文所提出的模型进行仿真实验研究。实验结果表明,诱导后路网交通状态正常率上升约为10%左右,道路网整体指标系数和也有所下降,路网异常道路异常率下降了约为20%左右,所构建的多元价值诱导决策模型,在一定程度上缓解了城市道路交通的安全、经济以及拥堵问题,对城市道路交通管理具有重要的参考价值。