交通信息對車輛路徑選擇的影響研究

郭雅

摘要 交通信息誘導是解決交通擁擠問題的有效方法之一，通過公布交通信息來調整出行者的路徑選擇，實現道路網絡交通流的均衡分配。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的兩個重要因素。本文研究的是交通誘導信息對選擇行為以及相應的交通流分布的影響，建立出行者路徑選擇決策雙層模型，并設計相應的求解算法。

關鍵詞 交通誘導信息；路徑選擇；系統最優；雙層模型

中圖分類號U46 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）43-0073-02

自從19世紀汽車被發明進入人類的生活以來，它就極大的改善了我們的生活，給生活帶來了極大的方便和快捷，提升了人類出行的速度，促進了經濟的發展與社會的進步。但是它也帶來了另外一個必然結果－城市機動化，日益增長的車輛引起城市中交通擁擠現象日益嚴重，不僅給居民生活帶來很多不便，也引發城市各種交通事故、能源浪費以及環境污染等問題，這些消極因素嚴重阻礙了城市的發展，引發人們的普遍關注。

傳統的解決放方案是通過新修或擴建道路來改善擁擠，但是幾十年的交通管理經驗表明，新建和擴建等手段不能完全達到有效治理擁擠的目的，因此學者提出了交通需求管理的概念，明確通過對交通需求的控制，合理調整各種資源，促進交通合理發展來減輕或消除擁擠。智能交通系統的研究就是這樣出現的，它從系統角度出發，利用高新科技把人、車、路緊密結合起來，綜合有效地解決交通擁擠等問題。在道路使用的過程中，并不是所有的道路同時處于擁擠狀況，有相當一部分道路交通仍然很暢通[1]，通過調整出行者的行駛路線使得路網交通流分配達到所希望的狀態，實現路網交通流的均衡分配[2][3]。

1 交通誘導信息條件下出行者路徑選擇決策模型

在交通誘導中，管理者首先隨交通流作出分配，制定相應的誘導信息，出行者收到誘導信息后根據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。管理者根據自己的目標，估計用戶的路徑選擇模式，發布相應的誘導信息，引導出行。出行者根據管理者發布的誘導信息和自身要求選擇路徑。

1.1時間信任度

出行者對誘導信息可能信任，也可能不信任，假設出行者對誘導信息的信任度為（以出行時間來算）：

（1.1）

式中：p表示路徑，；d表示出行者，；k為出行序次號，；表示第k次出行前出行者d對路徑p的誘導行程時間的信任度；表示出行者的信息接受程度，；表示第k-1次出行時出行者d獲得的間路徑p上的誘導行程時間與實際行程時間的相對誤差，即：

式中：表示第k-1次出行前管理者提供給出行者d起點r、終點s之間路徑p的誘導行程時間；表示第k-1次出行時出行者d在起點r、終點s之間路徑p的實際行程時間。

1.2感覺行程時間

假設出行者對路徑的估算行程時間是誘導行程時間和前一次出行實際行程時間的加權平均值，而權重為出行者對誘導信息的信任度，則：

（1.3）

式中：表示第k次出行前出行者d對路徑p的感覺行程時間。

1.3路徑的交通流

路徑的交通流由起點與終點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次出行時起點r、終點s之間路徑p上的交通量；表示第k次出行時起點r、終點s之間總交通量。

2 模型建立

我們把交通系統可以看作是交通管理者和出行者的復雜系統。根據路徑選擇中的博弈現象，制定發布誘導信息的管理者和出行者的交通系統是一個多人參與且呈遞階結構的決策系統，各層決策者有各自不同的目標，在此過程中相互制約相互影響，這樣符合雙層數學規劃問題，因此建立一個雙層規劃模型，交通管理者為上層決策者，出行者為下層決策者。交通規劃管理者通過自己本身的誘導信息來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變量描述：

約束條件

2.1上層模型

管理者的目標為SO，即系統總行程時間最小。管理者考慮出行者的反應，根據SO原則發布誘導行程時間，考慮出行者反應的系統最優誘導模型。

（2.1）

（2.2）

（2.3）

式中： 表示系統總行程時間；表示之間路徑p上的行程時間；表示路徑p上的交通量；為起點r、終點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間，路徑通行能力，交通需求。

第二步：計算SO狀態時的各路徑上的交通流分配比例，路網交通流分布，路徑行程時間及系統總行程時間。

第三步：令，由改進logit模型計算出行者的感覺行程時間。

第四步：當k=1時，即第一次出行時，出行者沒有任何經驗，假設完全信任誘導行程時間，，則誘導行程時間等于感覺行程時間，即。

第五步：計算第一次出行時的路徑行程時間，出行者的實際行程時間，系統總行程時間。

第六步：當時，由，計算信任度，由、、計算誘導行程時間，如果，則

（2.4）

如果，則令。

第七步：計算路徑上的交通流分布，路徑行程時間，實際行程時間，誘導行程時間與實際行程時間的相對誤差，系統總行程時間。

2.2下層模型

下層模型用隨機用戶平衡模型來描述道路交通網絡中的網絡平衡狀態，以交通隨機配流理論建立模型

－OD對w間的交通流量，；－線路r上的交通流量，其中

－路段a上的交通流量，其中；－機動車通過路段a的出行時間，

當路段a在線路r上

其他情況

代表出行者期望選擇出行時間最短的線路。

下層模型算法用F-W算法：

步1：初始化，開始交通流量設為零，阻抗函數，執行一次隨機加載，產生路段流量。

步2：更新各路段的阻抗：令。

步3：新阻抗的基礎上，執行流量隨機加載，得到新的路段流量。

步4：令：

步5：判別收斂條件：令，如果滿足式（為預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

[1]中國智能運輸系統體系框架研究總報告.交通部公路科學研究所，2001，7：1-3.

[2]楊兆升.城市交通流誘導系統結構框架研究.公路交通科技，1997，14(3)：6-10.

[3]谷遠利.城市交通誘導系統研究現狀與發展.吉林交通科技，2000(1)：40-42.

[4]賀國光，馮蔚東.路線選擇行為的分支模型.土木工程學報，2003，36(1)：21-25.

注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”