TRANBBS城市路網(wǎng)路線誘導(dǎo)系統(tǒng)TRANBBS交通流優(yōu)化策略 

　　一、前言 
　　目前的城市交通擁擠，在很大程度上是因為由于缺乏有關(guān)信息和引導(dǎo)，駕駛員不能合理選擇路線，從而造成交通量在道路網(wǎng)上分布不均衡造成的。路線誘導(dǎo)系統(tǒng)（Route Guidance System）通過推薦行駛路線來幫助駕駛員選擇路線，以充分利用現(xiàn)存的道路網(wǎng)絡(luò)、有效地緩解交通擁擠。1967年，美國運(yùn)輸部公共道路局就開始研制開發(fā)電子路線誘導(dǎo)系統(tǒng)ERGS，以向駕駛員提供最優(yōu)路線。80年代，美國、日本和德國開始大規(guī)模地進(jìn)行路線誘導(dǎo)系統(tǒng)的研究開發(fā)，以此帶動了整個ITS領(lǐng)域的研究和開發(fā)。目前RGS已集成入各國／地區(qū)組織的ITS計劃中。隨著相關(guān)TRANBBS技術(shù)的成熟和系統(tǒng)的實用化，路線誘導(dǎo)將在未來的交通管理中扮演重要角色。 
　　路線誘導(dǎo)是通過向駕駛員提供最優(yōu)路線的形式求得路網(wǎng)交通流優(yōu)化的措施，實質(zhì)上是實現(xiàn)路網(wǎng)交通流的再分配。因此，選擇合理可行的誘導(dǎo)目標(biāo)、確定即以何種交通流優(yōu)化模式來實施誘導(dǎo)是十分重要的。誘導(dǎo)目標(biāo)是誘導(dǎo)策略（Strategy）的首要因素，決定著誘導(dǎo)系統(tǒng)的模型方法體系，是誘導(dǎo)系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容。誘導(dǎo)效益從根本上取決于誘導(dǎo)目標(biāo)，誘導(dǎo)目標(biāo)必須以誘導(dǎo)效益為制定依據(jù)。本文對選取交通流優(yōu)化模式對于誘導(dǎo)的意義，優(yōu)化模型的確定方法及誘導(dǎo)目標(biāo)策略進(jìn)行了論述。 
　　二、路線誘導(dǎo)策略與交通流優(yōu)化目標(biāo) 
　　誘導(dǎo)策略是誘導(dǎo)系統(tǒng)的核心思想，它確定向用戶提供什么樣的路線、如何來對車輛誘導(dǎo)的問題，決定整個系統(tǒng)的運(yùn)行目標(biāo)和機(jī)制，以及對系統(tǒng)軟硬件構(gòu)成的要求，是確定系統(tǒng)其他因素的基礎(chǔ)。誘導(dǎo)策略的要素包括誘導(dǎo)目標(biāo)、誘導(dǎo)變量和路線尋找方法。誘導(dǎo)目標(biāo)指進(jìn)行誘導(dǎo)所要達(dá)到的最優(yōu)目標(biāo)，是制定誘導(dǎo)策略的出發(fā)點。誘導(dǎo)因素指的是誘導(dǎo)策略中尋找最優(yōu)路線的依據(jù)。如果將誘導(dǎo)與一個優(yōu)化過程相對應(yīng)，則誘導(dǎo)目標(biāo)、誘導(dǎo)變量和路線尋找方法分別對應(yīng)著優(yōu)化過程的目標(biāo)函數(shù)、優(yōu)化變量和優(yōu)化算法。其中，誘導(dǎo)目標(biāo)是最基本的要素（楊&曾，1999）。 
　　誘導(dǎo)策略取決于管理者的要求、用戶的特征和實施條件。誘導(dǎo)策略的確定是綜合各種因素的結(jié)果，即：是在滿足管理者的要求和用戶需求下，依照用戶特性，在保證實施可行性的范圍內(nèi)進(jìn)行。路線誘導(dǎo)是通過調(diào)整駕駛員的行駛路線，使得路網(wǎng)交通流分配達(dá)到所希望的狀態(tài)。對于管理者來說，最關(guān)心的問題是：路線誘導(dǎo)與信息提供能否一定有利于緩解交通擁擠，是否能使路網(wǎng)交通狀態(tài)達(dá)到滿意的狀態(tài)？誘導(dǎo)用戶則希望誘導(dǎo)信息能幫助自己選擇一條最滿意的路線。而可行的誘導(dǎo)策略，應(yīng)在系統(tǒng)利益和用戶利益間尋找一種平衡。推薦路線一方面應(yīng)保證用戶的應(yīng)獲利益，另一方面要不對系統(tǒng)利益造成不能容許的損害。具體地說就是：在向用戶推薦路線時上述兩類路線都應(yīng)當(dāng)避免。合理誘導(dǎo)目標(biāo)－－交通流優(yōu)化模式的確定對于解決這一問題具有重要意義。 
　　三、擁擠條件下城市路網(wǎng)誘導(dǎo)的優(yōu)化目標(biāo) 
　　在傳統(tǒng)的交通分配的兩種模式：系統(tǒng)最優(yōu)（System Optimum，SO）和用戶最優(yōu)（User Optimum，UO）中，通常認(rèn)為交通管理者期望實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)，而用戶最優(yōu)更易為用戶所接受。在用于誘導(dǎo)時，兩者的缺點也是很明顯的，SO策略可能向用戶推薦行程時間過長的路線，而UO策略可能將用戶誘導(dǎo)到行程時間短但擁擠嚴(yán)重的路線上，從而大大增加其它用戶的行程時間，使系統(tǒng)效益受損。 
　　以傳統(tǒng)的平衡分配原理為基礎(chǔ)，通過費(fèi)用函數(shù)的變換，可以導(dǎo)出基于延誤的兩類平衡分配原則。與SO和UO類似，可將其稱為SDO（System Delay Optimum）和UDO（User Delay Optimum），統(tǒng)稱延誤平衡模式。與此對應(yīng)，將傳統(tǒng)基于行程時間的分配模式稱為行程時間平衡模式。有關(guān)于幾種平衡模式的比較分析可參見（曾，2000）。這里我們只給出兩個基本的結(jié)論： 
　　1.延誤平衡模式分配得到的系統(tǒng)總延誤小于行程時間平衡模式 
　　2.在擁擠條件下，延誤平衡模式分配得到的系統(tǒng)總行程時間在SO和UO分配的系統(tǒng)之間延誤模式對應(yīng)于通行能力最大化的配流目的，與交通控制系統(tǒng)的延誤最小目標(biāo)相一致，有利于實現(xiàn)誘導(dǎo)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的集成。研究表明，在擁擠條件下路線行程時間中延誤占較大比例，城市路網(wǎng)中路線間行程時間差別往往取決于延誤大小，使用延誤分配模式優(yōu)化路網(wǎng)交通流，由于以延誤最小為優(yōu)化目標(biāo)，較傳統(tǒng)的系統(tǒng)最優(yōu)和用戶最優(yōu)模式，能更有效地減少交叉口擁擠。從系統(tǒng)總行程時間來考察也具有一定的優(yōu)勢。幾種分配模式的費(fèi)用比較見圖1、1.1。 
　　值得注意的是，延誤模式并不能消除對用戶不利的影響，即不能避免推薦繞行距離過長的路線。但從城市路網(wǎng)的特點來看，由于路網(wǎng)密度大、替換路線多，尋找合適距離的繞行路線是比較可行的。在上述的UDE、SDO和SO分配模式中，可以使用容許行程時間比來對推薦路線進(jìn)行約束。容許行程時間比定義為：用戶對推薦路線的容許行程時間與最短路線行程時間的比值。 
　　容許行程時間比的意義在于保證路線的行程時間與用戶期望的行程時間的差異保持在一個可接受水平上。通過調(diào)整容許行程時間比的取值，可以使優(yōu)化目標(biāo)在和UDE－SDO－SO－UE間移動。不管使用UDE、SDO和SO中哪一種分配模式，當(dāng)容許行程時間比為1時，所得分配結(jié)果與UE相同。在圖1中，以兩條路線為例，給出了形象的解釋（曾，2000）。 
　　基于延誤模式還可以得出城市路網(wǎng)誘導(dǎo)的兩個原則： 
　　1.逐步分流原則 
　　考慮城市路網(wǎng)密度大、可替換路線多的特點，確定交通的轉(zhuǎn)移原則：以相鄰路線逐步轉(zhuǎn)移交通量，實現(xiàn)從擁擠路線到非擁擠路線的交通分流。此原則的一個重要目的是從動態(tài)路線調(diào)整方面考慮用戶對繞行距離－行程時間的要求。 
　　2.多路線誘導(dǎo)原則 
　　多路徑誘導(dǎo)要求以多條合理路線作為向用戶推薦的路線，而不僅是傳統(tǒng)的最短（快）路。按照前述的誘導(dǎo)原則，合理路線可定義為路線上（主要指沿線交叉口）沒有嚴(yán)重的擁擠、對駕駛員來說行程時間是可接受的路線。合理路線是近最優(yōu)路線集，應(yīng)滿足如下條件：駕駛員在其中選擇哪一條，對網(wǎng)絡(luò)上交通均衡分布產(chǎn)生的影響均應(yīng)在允許的范圍內(nèi)。 
　　四、路線誘導(dǎo)宏觀策略 
　　路線誘導(dǎo)宏觀策略是指隨誘導(dǎo)系統(tǒng)市場化進(jìn)程而相應(yīng)地制定的誘導(dǎo)優(yōu)化目標(biāo)及相關(guān)方法的策略體系。如前所述，誘導(dǎo)優(yōu)化目標(biāo)的制定依據(jù)主要是誘導(dǎo)效益，包括系統(tǒng)效益和用戶利益。誘導(dǎo)效益與路網(wǎng)形態(tài)、需求水平及其分布和誘導(dǎo)車輛比率等因素有關(guān)。在一定的路網(wǎng)形態(tài)和交通需求條件下，誘導(dǎo)車輛比率對誘導(dǎo)效益有決定性的作用。通常使用誘導(dǎo)系統(tǒng)的市場化水平（LMP：Level of Market Penetration）來分析誘導(dǎo)車輛比率。 
　　誘導(dǎo)用戶的利益可分為直接利益和間接利益兩部分考察，直接利益是當(dāng)前誘導(dǎo)率條件下用戶因使用誘導(dǎo)系統(tǒng)而獲得的利益，表現(xiàn)為擁有誘導(dǎo)設(shè)備與無誘導(dǎo)設(shè)備時的利益差；間接利益是因誘導(dǎo)而使路網(wǎng)狀態(tài)優(yōu)化后的利益，這一利益是全體用戶都可獲得。單個用戶在考慮是否購買誘導(dǎo)設(shè)備時，關(guān)心的是直接利益，即自己購買誘導(dǎo)設(shè)備可能為自己帶來的利益。因此直接利益可以用來估計用戶購買誘導(dǎo)設(shè)備的需求意向。 
　　在誘導(dǎo)目標(biāo)與誘導(dǎo)率的關(guān)系上有如

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下的結(jié)論： 
　　1.誘導(dǎo)效益隨誘導(dǎo)率升高，在誘導(dǎo)車輛比率達(dá)到一定比率時穩(wěn)定在一個上界點。這一誘導(dǎo)車輛比率稱為臨界誘導(dǎo)率（如圖3所示）。低誘導(dǎo)比率條件下誘導(dǎo)效益主要是直接效益，而高誘導(dǎo)比率條件下誘導(dǎo)效益則主要來自于間接效益。 
　　2.在低誘導(dǎo)率條件或低需求水平下，各種優(yōu)化模式差別很小，中誘導(dǎo)率條件下分配模式對系統(tǒng)總體利益和用戶直接利益的影響較大基于上述結(jié)論可以確立基于誘導(dǎo)率的多階段誘導(dǎo)策略目標(biāo)，即針對隨誘導(dǎo)系統(tǒng)的市場化的誘導(dǎo)率變化確定不同的誘導(dǎo)目標(biāo)，目標(biāo)調(diào)整的依據(jù)是管理者和要求和用戶的需求： 
　　1.誘導(dǎo)的優(yōu)化目標(biāo)應(yīng)隨誘導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)整，依據(jù)是管理者和要求和用戶的需求以及兩者在當(dāng)前誘導(dǎo)率水平下的獲利特點 
　　2.在低誘導(dǎo)率條件或低需求水平下，應(yīng)以保證用戶利益為主 
　　3.在中等誘導(dǎo)比率條件下，在追求系統(tǒng)效益的同時保證用戶利益十分重要 
　　五、結(jié)語 
　　本文分析了不同交通流優(yōu)化模式的系統(tǒng)效益和用戶效益的差別，以及效益和誘導(dǎo)率的關(guān)系。研究目的主要是建立適應(yīng)于不同誘導(dǎo)率下的誘導(dǎo)策略目標(biāo)，作為誘導(dǎo)系統(tǒng)研究開發(fā)的理論基礎(chǔ)之一。實用的路線誘導(dǎo)應(yīng)以解決城市路網(wǎng)的擁擠問題為目標(biāo)，充分考慮城市道路網(wǎng)絡(luò)交通狀況復(fù)雜多變的特點，制定實用、靈活的路線誘導(dǎo)目標(biāo)策略。在此基礎(chǔ)上，從數(shù)據(jù)采集、優(yōu)化計算時間、與交通控制系統(tǒng)的集成等方面入手，以與實際相結(jié)合為建設(shè)原則，開發(fā)實用性強(qiáng)、效益好的誘導(dǎo)方法，應(yīng)是我國誘導(dǎo)系統(tǒng)研究開發(fā)的基本方向。 

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