基于誘導(dǎo)信息的交通流分配模型研究

基于誘導(dǎo)信息的交通流分配模型研究

交通誘導(dǎo)是解決城市交通擁堵的有效手段之一。目標(biāo)是調(diào)整駕駛員的移動路徑，實(shí)現(xiàn)道路交通流的平衡分配。然而，交通誘導(dǎo)是有爭議的。操作員可以服從，或者不能服從。不同的服從率將導(dǎo)致不同的路徑選擇行為，這將影響道路運(yùn)輸渠道的分配和系統(tǒng)的總體效率。近些年,許多學(xué)者對誘導(dǎo)信息和路徑選擇行為及其對路網(wǎng)效益的影響做了大量研究﹒劉天亮通過模擬的方法,研究了出行者在無誘導(dǎo)信息條件下,日常路徑選擇行為中的4種更新規(guī)則;石小法研究了在發(fā)生交通事故時,出行者在能否獲得誘導(dǎo)信息的條件下的出行行為,得出誘導(dǎo)信息可有效緩解交通擁擠的結(jié)論;姜桂艷研究了在擁擠條件下VMS交通誘導(dǎo)信息對駕駛行為的影響;賀國光、況漠運(yùn)用自組織理論建立了宏觀分析路徑選擇的系統(tǒng)演化規(guī)律的路徑選擇模型;安實(shí)基于“有限理性”行為理論,提出了通勤者逐日出行路徑動態(tài)更換行為的模型框架;范文博等基于參考依賴行為理論建立了隨機(jī)路網(wǎng)用戶日常路徑選擇行為模型﹒以往的研究為進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ),但仍存在一些不足:(1)誘導(dǎo)信息對路徑選擇行為、交通流分配的具體影響沒有做深入研究,而且大都假設(shè)出行者完全信任誘導(dǎo)信息,這與實(shí)際情況不完全吻合;(2)沒有同時考慮誘導(dǎo)信息、出行者的經(jīng)驗(yàn)和信息接受特性對出行者路徑選擇行為的影響﹒為此,本文試圖探討基于誘導(dǎo)信息的路徑選擇決策模型以及誘導(dǎo)信息與路徑選擇行為對交通流分配的影響﹒1optimization,so和用戶均衡原則一般而言,管理者對交通流進(jìn)行誘導(dǎo),主要遵循系統(tǒng)最優(yōu)(SystemOptimization,SO)或用戶均衡(UserEquilibrium,UE)原則﹒SO,即網(wǎng)絡(luò)上的交通流分配使得道路網(wǎng)絡(luò)上所有出行的總費(fèi)用最小;UE,即在交通網(wǎng)絡(luò)中的用戶選擇對自己費(fèi)用最小的路徑﹒2基于信息路徑選擇決策模型由于行程時間相對于其它誘導(dǎo)信息更直觀,更容易被出行者接受,因此,本文所考慮的誘導(dǎo)信息為出行前提供的路徑行程時間﹒2.1誘導(dǎo)行程時間路徑選擇的分類以城市中較為固定的通勤群體為研究對象,按出行者的信息接受特性將其分為以下3類:(1)信息利用型:依據(jù)以往出行的實(shí)際行程時間和獲得的誘導(dǎo)行程時間進(jìn)行路徑選擇﹒(2)經(jīng)驗(yàn)型:完全依據(jù)以往出行的實(shí)際行程時間進(jìn)行路徑選擇﹒(3)完全信息型:完全依據(jù)誘導(dǎo)行程時間進(jìn)行路徑選擇﹒2.2前1次出行經(jīng)驗(yàn)下的路徑選擇機(jī)制信息利用型出行者進(jìn)行路徑選擇時,決策依據(jù)主要有2個,一是管理者提供的誘導(dǎo)行程時間;二是以往出行的經(jīng)驗(yàn)﹒本文假設(shè)出行者以往出行的經(jīng)驗(yàn)為前1次出行的實(shí)際行程時間﹒信息利用型出行者的路徑選擇機(jī)制:首先,根據(jù)前1次出行的誘導(dǎo)行程時間與實(shí)際行程時間的相對誤差,確定對誘導(dǎo)行程時間的信任度;然后,根據(jù)信任度、前1次出行的實(shí)際行程時間和本次出行前管理者提供的誘導(dǎo)行程時間,確定對路徑的感覺行程時間;緊接著根據(jù)改進(jìn)的Logit模型確定路徑選擇概率,最終決定選擇哪條路徑﹒2.2.1誘導(dǎo)行程時間假設(shè)出行者對誘導(dǎo)行程時間的信任度為式中:p表示路徑,p≥1;d表示出行者,d≥1;k為出行序次號,k≥1;πprsd(k)表示第k次出行前出行者d對起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p的誘導(dǎo)行程時間的信任度;χ表示出行者的信息接受程度,0<χ<1;ωpdrs(k-1)表示第k-1次出行時出行者d獲得的起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p上的誘導(dǎo)行程時間與實(shí)際行程時間的相對誤差,即式中:trsypd(k-1)表示第k-1次出行前管理者提供給出行者d起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p的誘導(dǎo)行程時間;trsspd(k-1)表示第k-1次出行時出行者d在起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p的實(shí)際行程時間﹒當(dāng)k=1時,由于是第1次出行,出行者沒有任何經(jīng)驗(yàn),此時,假設(shè)出行者完全信任誘導(dǎo)行程時間,對誘導(dǎo)行程時間的信任度為1,即πprsd(1)=1﹒2.2.2平均行程時間假設(shè)出行者對路徑的感覺行程時間是誘導(dǎo)行程時間和前次出行實(shí)際行程時間的加權(quán)平均值,而權(quán)重為出行者對誘導(dǎo)行程時間的信任度,則式中:trsgpd(k)表示第k次出行前出行者d對起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p的感覺行程時間﹒2.2.3改進(jìn)的logit模型出行者在選擇路徑時,總是希望選擇行程時間最短的路徑,出行路徑的行程時間越短,被選中的概率越大﹒本文采用改進(jìn)的Logit模型式中:Ppdrs(k)表示第k次出行時出行者d對起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p的選擇概率;n表示路徑條數(shù),l表示第l路徑;tgdrs(k)表示第k次出行前出行者d對起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間n條路徑感覺行程時間的均值,為無量綱的參數(shù),它反映了出行者在選擇路徑時造成路徑行程時間大小判斷誤差的程度﹒2.2.4第k次出行時起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間的交通量路徑上的交通量由起點(diǎn)至終點(diǎn)之間所有的交通量及各路徑的選擇概率確定,即式(5)中:qrps(k)表示第k次出行時起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p上的交通量;qrs(k)表示第k次出行時起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間總交通量,pPrs(k)表示第k次出行時起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p的選擇概率,2.2.5r、終點(diǎn)p之間路徑p的出行能力采用美國聯(lián)邦公路局提出的路徑行程時間函數(shù)為式中:tprs(k)表示第k次出行時起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p上的行程時間;tp0rs表示起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p的自由行程時間;Cprs表示起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p的通行能力﹒如果出行者在出行時選擇了某路徑,則他在該路徑上的實(shí)際行程時間等于該路徑上的行程時間,否則他在該路徑上的實(shí)際行程時間為0,即式中:trsspd(k)表示第k次出行時出行者d在起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p上的實(shí)際行程時間;δpdrs(k)表示參數(shù),如果在起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間出行者d在第k次出行時選擇了路徑p,則δpdrs(k)=1,否則δpdrs(k)=0﹒經(jīng)驗(yàn)型出行者完全根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來選擇路徑,對誘導(dǎo)行程時間的信任度πprsd(k)始終為0﹒完全信息型出行者完全根據(jù)誘導(dǎo)信息選擇路徑,對誘導(dǎo)行程時間的信任度πprsd(k)始終為1﹒3終點(diǎn)s路徑設(shè)計(jì)假設(shè)有1個簡化路網(wǎng),r、s為城市兩中心點(diǎn),從起點(diǎn)r到終點(diǎn)s有1p、2p、3p3條可行路徑,交通需求qrs為2000輛/h,同時出發(fā)﹒路徑的自由行程時間和通行能力如表1所示﹒根據(jù)交通誘導(dǎo)原則,設(shè)計(jì)2個仿真試驗(yàn)﹒3.1系統(tǒng)行程時間管理者以SO原則發(fā)布誘導(dǎo)行程時間,管理者的目標(biāo)為系統(tǒng)總行程時間最小,等價于數(shù)學(xué)規(guī)劃形式式中:tzrs表示起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間系統(tǒng)總行程時間;tprs表示起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p上的行程時間;qprs表示起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間路徑p上的交通量;qrs為起點(diǎn)r、終點(diǎn)s之間總交通量﹒根據(jù)式(6)、(8)～(10)、表1,得到SO狀態(tài)時路徑行程時間、交通量和系統(tǒng)總行程時間,如表2所示﹒3.2交通誘導(dǎo)原則管理者以UE原則發(fā)布誘導(dǎo)行程時間,管理者的目標(biāo)等價于數(shù)學(xué)規(guī)劃形式根據(jù)式(6)、(11)～(13)、表1,得UE狀態(tài)的路徑行程時間、交通量和系統(tǒng)總行程時間,見表2﹒根據(jù)交通誘導(dǎo)原則,結(jié)合出行者的類型,設(shè)計(jì)6種仿真情景,如表3所示﹒3.3誘導(dǎo)行程時間采用matlab程序?qū)崿F(xiàn)仿真,設(shè)出行次數(shù)為40次,具體流程如下﹒第1步:初始化,獲得路徑自由行程時間tprs0,路徑通行能力Cprs,交通需求qrs﹒第2步:計(jì)算SO(或UE)狀態(tài)時的各路徑上的交通流分配比例Pprs(0),路網(wǎng)交通流分布qprs(0),路徑行程時間tprs(0)及系統(tǒng)總行程時間第3步:令Ppdrs(k)=Pprs(0),由改進(jìn)的Logit模型計(jì)算出行者的感覺行程時間trsgpd(k)﹒第4步:當(dāng)k=1時,即第1次出行時,出行者沒有任何經(jīng)驗(yàn),假設(shè)完全信任誘導(dǎo)行程時間,πprsd(1)=1,則誘導(dǎo)行程時間等于感覺行程時間,即trsypd(1)=trsgpd(1)﹒第5步:計(jì)算第1次出行時的路徑行程時間tprs(1),出行者的實(shí)際行程時間trsspd(1),系統(tǒng)總行程時間tzrs(1)﹒第6步:當(dāng)k≥2時,由ωpdrs(k),χ計(jì)算信任度πprsd(k),由πprsd(k)、trsspd(k-1)、trsgpd(k)計(jì)算誘導(dǎo)行程時間trsypd(k),如果πprsd(k)≠0,則trsypd(k)=??trsgpd(k)-(1-πprsd(k))?trsspd(k-1)??/πprsd(k),如果πprsd(k)=0,則令trsypd(k)=trsgpd(k)﹒第7步:計(jì)算路徑上的交通流分布qprs(k),路徑行程時間tprs(k),出行者的實(shí)際行程時間trsspd(k),誘導(dǎo)行程時間與實(shí)際行程時間的相對誤差ωpdrs(k),系統(tǒng)總行程時間tzrs(k)﹒3.4路徑上的誘變效果仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示﹒管理者以SO原則(UE原則)發(fā)布誘導(dǎo)信息,當(dāng)出行者為經(jīng)驗(yàn)型時(情景1和情景4)時,路徑上的交通流分配接近于平均分配,無法趨于SO(UE)均衡狀態(tài),主要是因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)型出行者完全根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)選擇路徑,誘導(dǎo)信息無法發(fā)揮作用﹒管理者以SO原則(UE原則)發(fā)布誘導(dǎo)信息,當(dāng)出行者為信息利用型和完全信息型時(情景2和情景3,情景5和情景6),在40次出行中,隨著出行者對誘導(dǎo)信息的信任度增加,3條路徑上的交通流分配逐漸趨于SO均衡(UE均衡)狀態(tài),波動逐漸減小,逐漸趨于穩(wěn)定;系統(tǒng)總行程時間逐漸減小,波動也逐漸減小,逐漸穩(wěn)定﹒說明誘導(dǎo)信息對均衡交通流分配、減小系統(tǒng)總行程時間具有顯著的作用,而且隨著出行者對誘導(dǎo)信息的信任度增大,發(fā)揮的作用越明顯﹒管理者以UE原則發(fā)布誘導(dǎo)信息,隨著出行者對誘導(dǎo)信息的信任度增大,交通流分配逐漸趨于UE均衡狀態(tài),波動減小,而且系統(tǒng)總行程時間減小,波動減小,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)最優(yōu)與用戶均衡的協(xié)調(diào)﹒4結(jié)果分析結(jié)果本文考慮誘導(dǎo)信息、出行者的經(jīng)驗(yàn)與信息接受特性對路徑