探讨基于微观交通仿真的动态交通管理优化问题研究

石连富(贵州交通规划勘察设计研究股份有限公司)

探讨基于微观交通仿真的动态交通管理优化问题研究

石连富
(贵州交通规划勘察设计研究股份有限公司)

摘要:随着社会经济的不断发展，交通运输业进入了快速发展阶段，交通问题成为人们关注的重要问题。有效的交通管理能够有效减少交通拥堵的情况，提高交通路网的通畅性与安全性。利用微观交通仿真模型，对交通拥堵等各种交通现象进行分析，实现最佳的交通管理。阐述了在微观交通仿真系统上构建的动态交通管理双层模型，结合模型介绍了其主要的运算方法模拟退火运算法，并用案例证实了双层模型对动态交通管理优化的最佳效果。

关键词:微观交通仿真;动态;交通管理

中图分类号:U492

文献标识码:C

文章编号:1008－3383(2015)07－0199－01

收稿日期:2015－01－19

1　动态交通管理优化的双层模型

优化动态交通管理需要交通管理者与车辆用户双方的协调努力，因此要构建动态交通管理优化的双层模型。交通管理部门要根据路网的实际状况加强对交通的管理与控制，对重要路段的设计要保证合理，通过管理部门的相关决策使路网性能得到提升。另外作为车辆使用者要认真遵守交通部门所制定的规则，严格遵守交通制度，选择合理的出行方案，尤其是路径选择。从而减少交通拥堵的状况，提高路网的通畅性。

设定对某交通管理项目实行动态优化，项目措施为ф，利用向量y表示项目措施的参数变量，利用优化函数F(x (y)，y)对结果进行衡量，当函数结果达到最优的情况就是动态交通管理优化的最佳结果。其中路网交通流的参数变量就是x(y)。根据项目措施构建双层优化模型，在上层与下层模型中分别进行优化。上层模型与下层模型之间既相互联系又相互影响，其中上层模型中的目标函数受到下层模型x的影响，实现最优解需要对决策变量进行不断的调整。而上层模型中的变量y也会对下层模型目标函数造成影响，通过上下两层的有效调节得到最优的结果，从而得出有效的交通管理方案。

虽然通过双层模型能够实现对动态交通管理的优化，但模型中也存在一定的问题，在利用模型的时候存在较多的假定因素，加上交通状况本省所具有的复杂性，使模型在运用中存在一定的误差。另外模型是从宏观的角度对路网状况进行模拟的管理，对实际中的突发情况以及细节处的考虑不全，无法将管理优化到个体，其结果只能是大致的参考，缺乏一定的精确性。因此双层模型的建立需要以微观交通仿真为基础，实现全面化的动态管理，提高结果的准确性。

上层模型: max/minF(y，x(y) )

gi(y，x(y) )≤0，i =1，…，p1

hi(y(x) y)≤0，j =1，…，p2

gi，hi代表外部约束条件，对于任一项目措施中决策变量y影响下的交通流模式运用x(y)表示。它受到下层模型中仿真路网交通流的影响。下层模型如图1所示。

由此通过双层模型的应用，对交通管理进行优化。但动态交通管理的优化，需要在双层模型的基础上进行合理的运算。针对模型的具体情况，我们主要运用模拟退火方法进行计算。

图1　双层模型下层模型图

2　模拟退火的优化算法

双层模型实际上就是进行双层规划的问题，将交通管理分化为管理者与交通车辆用户。通过二层递阶结构，得出系统的最优化问题实现对动态交通管理的优化。而模拟退火就属于非线性的双层规划。根据Metropolis准则，通过模拟固体物质的退火过程进行运算。模拟退火运算在接受优化解的同时也接受恶化解，从而改善了算法的局限性，实现整体的最优解。质量高、初值鲁棒性强是模拟退火算法的重要特点，另外模拟退火算法的实用性较高，其运算方法具体如图2。

图2　模拟退火运算方法

3　优化案例分析

3.1案例介绍

在微观仿真系统中选取如图3的路网作为研究路段。

该路段存在严重的车道堵塞情况，并引发了交通事故。交通部门在交通事故上游的2 km处作出相应的限速措施，使事故发生地点2 km范围内的车速在设定的下限值以下，有效减轻事故下游的路段，使交通路网保持通畅状态。咋制定限速措施时需要结合具体的情况作出最优的措施，设置出最合理的限速值，有效缩短交通事故造成的延误，增加交通管理的有效性。

3.2优化结果

通过对实际情况的调查，得出最佳的限速值，在进行优化运算中选取75，6，55(km/hr)三组初值，通过运算得出如下表1的优化运算结果。

表1　优化运算结果

依据上述优化结果我们可以得知，模拟退火计算方法时各初值都具有良好的收敛性。通过模拟退火算法最优解与恶化解的双向接受特点，使优化过程中的恶化解得到接受。在迭代次数达到75次后，表现出都趋向收敛的状况，其最优解为52 km/hr。由于限速值只能去整数，使结果不具有唯一性，对最优解产生偏差，但是这种偏差对实际的影响较小，依然属于最优解，能够实现交通事故延误的最短化。因此对动态交通管理的优化具有重要作用。

在社会经济快速发展的今天，交通运输业进入了全新的发展阶段，路网的通畅性与车辆数量之间的矛盾日益突出，做好交通管理显得尤为重要。在当前的交通管理中应该积极运用现代信息技术，通过微观交通仿真系统，对交通路网的情况进行模拟，从而做好交通管理，提前对交通路网中可能出现的问题制定相应的解决措施。以微观仿真系统为基础，加强交通管理的全面化，提高交通管理的有效性。另外在微观交通仿真系统上对动态交通管理进行优化，通过建立双层模型的方式，发挥交通管理部门的领导作用，提高自身的管理水平对交通路段进行全面的管理，合理运用现代新型技术，使管理更加有效。另外结合车辆用户，通过用户选择合理的出行方案以及路径，有效减少交通拥堵情况。加强对交通制度的宣传，使驾驶人员有效遵守交通规则以及交通制度，促进交通管理的不断优化，提高交通的通畅性与安全性。

4　结束语

路网交通具有一定的复杂性，因此对交通管理的要求较高。实现动态交通管理的优化需要各方面的努力，要将微观交通仿真系统作为基础，构建优化管理的双层模型，通过合理的计算方法得出最优的结果，从而实现交通管理的优化。本文阐述了动态交通管理的优化模型以及计算方法，结合案例展示了双层模型的优化效果。希望可以推动动态交通管理的不断优化，使交通管理更加有效，保证交通的正常运行。

参考文献:

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