小区开放影响下城市路网交通流实时动态优化研究

发表时间:2019/5/13   来源:《知识-力量》2019年8月26期   作者:吕玉 肖恢翚
[导读] 伴随社会经济高速发展,城市道路已经远远不能满足城市车辆的需求,交通拥堵成为城市发展的弊病。为了更直观的了解开放小区能否优化路网结构,更好地权衡开发小区的优劣,以城市路网为研究对象,结合蚁群算法及正交试验设计理论
(上海工程技术大学,上海市 201600)
摘要:伴随社会经济高速发展,城市道路已经远远不能满足城市车辆的需求,交通拥堵成为城市发展的弊病。为了更直观的了解开放小区能否优化路网结构,更好地权衡开发小区的优劣,以城市路网为研究对象,结合蚁群算法及正交试验设计理论,构建动态交通流优化模型,并基于所采集的道路交通数据及交通检测器数据,快速生成动态交通流分配方案;以此为依据,结合元胞传输模型,应用仿真分析的手段,模拟小区开放前后交通流运行状态。最终,通过考虑影响道路通行能力的主要因素,建立评估道路运行状态的综合评价指标体系,客观地判断小区开放对城市道路网络运行状况的影响。
关键词:小区开放;城市路网;动态优化;蚁群算法;正交试验设计

 
         引言
         随着我国私家车的逐步普及,交通出行需求迅速增加。然而受限于我国道路网稀而宽的格局,城市交通拥堵问题日益突出。为此,国家提出街区制,使封闭型小区逐渐转变为开放型小区,打通城市“毛细血管”,优化城市路网结构,根源上解决道路拥堵问题。
         然而现有的城市交通微循环系统的研究中,大多以理论研究为主,较少采用实际路网及实测数据进行研究,因此,多数成果与工程实践当中还存在较大差距。并在现有文献中,大多数动态路网优化模型都是极复杂的,无论是求解所需的计算时间还是容量都非常巨大,这大大地削弱了其在工程应用上的可操作性和实用性。如果能够提高动态交通配流的时效性,将有助于提高城市交通管理部门对城市交通的掌控及处置效率。
         本文研究小区开放后城市周边路网的交通流实时动态优化问题。并以此客观地判断开放小区能否达到优化路网结构,提高道路通行能力,改善交通状况的目的。
         首先确定目标小区及其周边交通网络,采集该小区周边道路交通流相关数据,并对数据进行整理分析,基于正交试验设计,进行蚁群算法的研究,初步建立动态交通流优化模型。再应用元胞传输模型对小区开放前后交通状况进行实时模拟,得到交通路网的运行情况并进行分析,最后结合计算得到的小区开放前后的主要指标值,从而客观地、综合地评价小区开放的优化情况。  
         1.基于正交设计及蚁群算法的交通流动态优化模型
         城市路网交通流的实时动态优化模型是城市交通控制和管理的重要研究内容。本文建立基于正交试验设计及蚁群算法的动态交通流优化模型,结合路网交通流形态和各研究时段的交通需求表,获取各路段的交通流分配方案。
         1.1模型构建
         蚁群算法是新兴的一种仿生优化算法,但仍具有不可避免的缺点。在算法的初始化阶段,蚂蚁将在可行解空间内随机选择路径,需长时间的搜索进行信息素的更新和累积,得出较优路径,无法避免其运行的效率低下。另外通过信息素的反馈进行路径搜索时,所有蚂蚁搜索的解趋于一致,搜索将会面临停滞,极可能出现陷入局部最优解,错过全局最优解的情况。因此为有效弥补上述缺陷,本文将基于正交试验生成初始解,并改进信息素的更新方式及状态转移概率,以实现对蚁群算法的优化。
         1.2数据采集过程
         选定观测地点,架设摄像机,在观测区域内设置特定尺度的地标;录取符合要求的视频画面;连接Autoscope2004,摄像机和带视频采集卡的电脑设备,打开Autoscope2004设置好通讯端口和摄像机格式,时间等信息;打开摄像机选项,在画面上设置地标的尺度,并修改摄像机高度,然后添加需要的虚拟检测器类型。将检测器文件存盘,对视频按照设置好的检测器文件进行处理视频文件。
         1.3数据分析

         依据上述结果,继而得出各时段各路段的交通量分配方案,而为了验证模型的有效性,本文选择基于logit模型的交通分配模型,进行交通量分配,并与文中所提模型得出的计算结果进行对比分析。
 
         a) 基于正交设计及蚁群算法的动态疏导模型
 
         b) 基于logit交通流分配模型
         经过蚁群算法分析,应用基于正交设计及蚁群算法的动态疏导模型后的交通需求分配更为合理,疏散更快,有效降低了研究路网的拥堵成本,提高路网交通的运行效率。
         2.交通流优化方案仿真分析
         基于元胞传输模型对上述优化模型进行仿真分析。为了便于利用所建模型对小区开放的影响进行预测分析,将目标小区内的路网简化为多个元胞的连接图。依据路段开口及交叉口渠化等因素,可将研究区域内的各个路段划分为多个元胞。
         结合标定的模型参数,以研究区域内检测器及人工获取的流量为依据,仿真加载路网中的交通需求,模拟交通事件发生后交通流的运行状态。
         3.结果分析
         结合正交试验设计及蚁群算法两种原理,构建基于正交设计及蚁群算法的动态交通流实时优化模型,利用正交设计均匀分散、齐整可比的特性有效弥补了蚁群算法搜索时间长、易陷于局部最优解的两个主要缺陷,达到了快速生成交通流优化方案,提高交通运行效率的目的。
         4.结论
         基于研究对象的实测数据,应用基于正交设计及蚁群算法的动态交通流实时优化模型,获取了交通流优化方案,并与传统优化模型获取的优化方案进行了对比分析。结果表明,应用基于正交设计及蚁群算法的动态疏导模型后所得到的优化方案更为均衡合理,能更为有效地提高研究区域内的交通运行效率。
参考文献
[1]李向鹏.城市交通拥堵对策—封闭型小区交通开放研究[D].长沙:长沙理工大学,2014 .
[2]杨小宝,王文凯.道路通行能力研究现状及展望[J].中外公路,2006(4).
 
 
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