基于插值算法的計算機模擬技術(shù)動態(tài)交通分配技術(shù)研究

王鑫

摘要：大多數(shù)傳統(tǒng)的優(yōu)化算法由于計算量大或使性能指標(biāo)易于局部最優(yōu)而限制了模型的應(yīng)用和發(fā)展，但使用新的智能算法非常簡單易行，例如差異算法。本文采用差分算法分析動態(tài)交通分配的特點，建主動態(tài)交通分配模型，并采用改進的差分算法求解該模型。通過分析動態(tài)交通流模型和當(dāng)前交通狀況，對動態(tài)交通分配模型平衡條件和分配進行校準(zhǔn)，并重新校準(zhǔn)考慮交叉口分流延遲的道路網(wǎng)絡(luò)模型，以實現(xiàn)對其表達式和數(shù)學(xué)符號的確定。通過使用單位節(jié)點值得到實時的動態(tài)預(yù)測數(shù)據(jù)，最后通過數(shù)值算例驗證了算法的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：插值算法 計算機模擬技術(shù) 動態(tài)交通分配

引言

城市交通問題是城市發(fā)展和限制城市經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通量不斷增加，城市交通問題日益嚴重。交通流量分布的計算機模擬是一種基于道路網(wǎng)絡(luò)表示的模型系統(tǒng)。首先，城市道路網(wǎng)絡(luò)的擴展導(dǎo)致了道路問題和控制問題，從而導(dǎo)致了整合趨勢。其次，城市道路規(guī)模的擴大使得街道交通流量的分布越來越復(fù)雜，模擬系統(tǒng)必須模擬不同的路徑，路線選擇的不同時間確定。

智能交通系統(tǒng)（ITS）的技術(shù)基礎(chǔ)是動態(tài)交通分配理論，先進的交通管理系統(tǒng)（ATMS.車輛路徑引導(dǎo)系統(tǒng)（VRGS）都與動態(tài)交通轉(zhuǎn)移的支持密不可分。為了改善城市交通網(wǎng)絡(luò)的實際情況和動態(tài)交通模型，道路阻抗不僅要考慮不同時段和不同交通流條件下路段行程時間的變化，還要考慮交叉流量的延遲。這些改進符合城市交通網(wǎng)絡(luò)的時間，交通流量分配過程可以反映路段和道路交叉口的狀態(tài)變化，可以更清晰地反映交叉口交通管理和控制措施的影響，還可以作為智能交通系統(tǒng)。基于動態(tài)交通分配的最優(yōu)控制模型，采用插值算法設(shè)計了仿真優(yōu)化模型，大大加快了模型的運行速度，同時模型的實用價值也得到提高。

1 動態(tài)交通分配模型的建立

區(qū)分動態(tài)交通分配和靜態(tài)交通分配的最重要特征是在交通分配模型中包含時間變量，該模型將道路阻力和交通流量的二維問題轉(zhuǎn)化為道路阻力，流量和時間的三維問題。具有相同或不同結(jié)構(gòu)的多臺計算機，具有極高的速度計算潛力。此外，系統(tǒng)可以隨著用戶需求的增加而擴展或更新其設(shè)備，使其更適應(yīng)于滿足不同應(yīng)用對象的不同功能和配置要求。動態(tài)交通分配理論更符合當(dāng)前的交通狀況。分配處理一是進行初始化和模擬預(yù)處理，檢驗系統(tǒng)定義階段所選擇的內(nèi)容項是否匹配，相關(guān)參數(shù)定義是否合理。

在交通均衡分布模型和算法中，道路阻抗函數(shù)是必不可少的元素，本文通過對比在路段阻抗上添加延誤項、添加邏輯邊以及添加邏輯節(jié)點等方法的基礎(chǔ)上選取引入流向及次步節(jié)點的方法解決加入交叉口延誤后的道路阻抗問題。在進行分配前，針對模型所要考慮的部分因素進行新的定義或標(biāo)定。

在許多插值方法中，由于插值原理，反向距離權(quán)重易于理解且易于實現(xiàn)。在插值后能夠保留原樣點真值，從而得到了廣泛的應(yīng)用，但當(dāng)分布點采集不均勻時，會嚴重影響插值精度。

給出一種假設(shè)，由于某種原因，在k時間段期間車輛的速度和加速度值也會丟失。此時，可以使用局部多項式方法擬合和插值。假設(shè)車輛周期性采樣，采樣周期為T1此時，選擇r前后的已知采樣數(shù)據(jù)點得到k次多項式。構(gòu)建得到：

式中，Mi為需要求的位置;R1為已知的速度表達式;N為時刻的缺失時間點。通過以上計算便可得出車輛缺失的軌跡數(shù)據(jù)點。

在預(yù)模擬分配中對分配時間之前的流量通過加權(quán)平均的方法得到流量的平均值，然后采用容量限制 多路徑分配的方法將流量加載到路網(wǎng)上，這樣保證動態(tài)分配開始時的狀態(tài)和實際交通流分布狀態(tài)盡可能地接近。

2 基于插值算法的模型求解

在周期信號的情況下，信號中存在滿足特定條件的特征點，這些特征點出現(xiàn)在一個周期中并且僅出現(xiàn)一次，并且相鄰特征點之間的時間間隔是信號周期。如下所示，通過線性插值曲線段，插值間隔的插值公式為：

采樣點即為過零點，顯然誤差為0;當(dāng)k = Ts/3時，過零點恰好位于兩個采樣點的中間。此時，過零點信號與估計的直線過零點一致，誤差也為零。

傳統(tǒng)的動態(tài)交通分配模型通常存在優(yōu)化計數(shù)時間過長的問題。本文結(jié)合了一個快速全局優(yōu)化算法的模型系統(tǒng) 差分算法，大大減少了計算時間和總計算量。下一步是嘗試使用專為大型傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的仿真優(yōu)化算法。

3 結(jié)論

本文設(shè)置了動態(tài)交通系統(tǒng)的最優(yōu)模型，采用傳統(tǒng)的FrankWolter等傳統(tǒng)算法，工作量會變得非常大，特別是道路交通電路越復(fù)雜，解決方案就越麻煩。在解決方案中，建議使用不準(zhǔn)確的平方插值方法來計算可測量度量的最優(yōu)度量，這樣就無需計算線性搜索中每次迭代的目標(biāo)函數(shù)。提供了模擬數(shù)據(jù)的實時表示。在動態(tài)流量分配過程中，路段信息，節(jié)點流量信息和道路網(wǎng)絡(luò)中的路徑選擇實時顯示，直觀地表示分配流量的過程。差值算法是解決這些復(fù)雜問題的有效方法，既可以對小型網(wǎng)絡(luò)進行求解，又可以對大型網(wǎng)絡(luò)進行求解，運算起來比用常規(guī)的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法要快很多。為未來車輛軌跡重構(gòu)方法的研究提供一定的參考價值。今后的工作將著重以交通時空數(shù)據(jù)可視化平臺上的動態(tài)插值及可視化方法為主要研究目標(biāo)。

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