（系统工程专业论文）考虑诱导信息影响的可变信息标志优化选址研究.pdf

fj ： 本学 授权北京 提供阅览 同意学校 ( 保 学位 签字 l 一 中图分类号：u 4 9 1 u d c ：1 2 0 6 0 学校代码：1 0 0 0 4 密级：公开 北京交通大学 硕士学位论文 考虑诱导信息影响的可变信息标志优化选址研究 r e s e a r c ho nt h eo p t i m a lv a r i a b l em e s s a g e ss i g n ss e t t i n gl o c a t i o n c o n s i d e r i n gt h ei n f l u e n c eo f t r a f f i cg u i d a n c ei n f o r m a t i o n 作者姓名：袁舒平 导师姓名：贾顺平 学位类别：工学 学科专业：系统工程 学 职称： 学位级别： 研究方向： 北京交通大学 2 0 1 0 年6 月 0 8 1 2 1 2 4 9 教授 硕士 钝 智歌通 ) r j t 1 致谢 本论文的工作是在我的导师贾顺平教授的悉心指导下完成的，贾顺平教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来 贾顺平老师对我的关心和指导。 贾顺平教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向贾顺平老师表示衷心的谢意。 贾顺平教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，梁肖、赵婧等同学对我论文中的研究工作给 予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 妯 1 么 l 中文摘要 摘要：随着社会经济的发展，汽车保有量也相应增加，由此引起一系列交通问题， 这使得城市交通诱导系统的地位也越来越重要。可变信息标志( v m sv a r i a b l e m e s s a g es i g n s ) 系统是交通诱导系统的重要组成部分。v m s 通过发布相关信息，引 导车辆选择最合理的路径，避免局部路段拥堵，均衡路网交通流量，从而在宏观 上对城市交通管理起到重要的作用。目前我国的大中城市的主干路网中都安装了 可变信息标志系统，对于缓解交通拥堵问题起到了一定的作用，但是对于v m s 安 装位置的选择大多依靠交通管理者的经验判断，对于安装位置的科学合理性没有 更多的理论依据作为支持。因此，如何选择科学合理的v m s 安装位置，使其更加 充分地发挥诱导作用是目前需要解决的问题。 首先，论文概述了城市交通诱导系统的发展及应用，在此基础上详细介绍了 基于v m s 的交通诱导系统的功能、信息生成等，同时对国内外关于v m s 的交通 诱导系统及选址理论的研究现状进行了比较与分析；通过对v m s 用户需求以及布 点影响因素的分析，结合可变信息标志的选址原则，并依据v m s 诱导信息对路径 选择影响的分析，改进了v m s 数学规划选址模型。 其次，论文选取北京南站区域作为研究案例，通过对南站及周边区域交通状 况的实际调研，并从南站乘客到发规律的角度出发，从而得出了旅客到达南站路 网的规律与城市通勤交通特征相似的结论；通过对交通分担率的分析，本文预测 了区域内交通流的诱增量，并对其标志标线的不合理及其导致的路网道路负荷不 均等问题进行了分析。 最后，论文在南站路网案例分析的基础上，利用v i s s i m 仿真软件对路网进行 了仿真，并根据仿真数据，运用遗传算法对改进的v m s 数学规划选址模型进行最 优化求解，将选址结果应用到仿真路网中，并通过仿真评价数据，验证了模型的 有效性。 关键词：城市交通诱导系统；可变信息标志选址；北京南站；诱导信息；v i s s i m 交通仿真软件 分类号：u 4 9 1 ， 一 t k i a b s t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n de c o n o m y , c a rq u a n t i t i e sa l s o i n c r e a s e sa c c o r d i n g l y , w h i c hc a u s e das e r i e so fq u e s t i o n s ，a n dt h et r a f f i cg u i d a n c e s y s t e ms y s t e mi sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t ，a n dv a r i a b l em e s s a g es i g n ss y s t e mi sa n i m p o r t a n tp a r to ft r a f f i cg u i d a n c es y s t e m c u r r e n t l y , v m si si n s t a l l e di nt h et r u n kr o a d n e t w o r k si nc h i n a sm a i nc i t i e s ，a n dp l a y e dap o s i t i v er o l ei ne a s i n gt r a f f i cj a r i i s h o w e v e r , t h ed e c i s i o no f w h e r et or i g h t l yi n s t a l lv m so nt h et r u n kr o a dn e t w o r k sw a s m a d eo ne x p e r i e n t i a lj u d g m e n t ，r a t h e rt h a no nr a t i o n a l ，t h e o r e t i cg u i d a n c e t h u st h e q u e s t i o no fh o w t of i n dt h er i g h tp o s i t i o nt oi n s t a l lv m ss oa st og i v ef u l lp l a yt oi t s g u i d a n c ee f f e c tn e e d st ob ea n s w e r e d f i r s t ，i nt h i st h e s i s ，w es u m m a r i z et h ed e v e l o p m e n to ft h eu r b a nt r a 伍cf l o w g u i d a n c es y s t e m ，a n dd e t a i l e di n t r o d u c et h es y s t e mo ft h et r a f f i cf l o wg u i d a n c ew h i c hi s b a s e do nv m s ，s u c ha st h ef u n c t i o na n di n f o r m a t i o ng e n e r a t e de ta 1 m e a n w h i l ew e s u m m a r i z et h ec u r r e n tr e s e a r c hr e s u l t so ft h et r a f f i cf l o wg u i d a n c ew h i c hi sb a s e do n v m sb o t ha th o m ea n da b r o a d w i t ht h ea n a l y s i so ft h ed e m a n do fv m su s e r sa n d i n f l u e n c i n gf a c t o ro fa l l o c a t i o n ，c o m b i n i n gt h ep r i n c i p l eo ft h ev a r i a b l es e l e c t e db o a r d a n da c c o r d i n gt oa n a l y z i n gt h ee f f e c to ft h eg u i d i n gi n f o r m a t i o na b o u ts e l e c t i n gt h e d i f f e r e n tr o a d s ，w ei m p r o v et h em o d e lo fv m sm a t h e m a t i c a lp r o g r a m m i n g , t h e n p r o p o s et h es o l v i n gm e t h o da n du s et h eg e n e t i ca l g o r i t h mt oo p t i m i z et h es o l u t i o n t h e n , w es e l e c tb e i j i n gs o u t hs t a t i o na st h es u b j e c ti n v e s t i g a t e d ，w i t ht h ea c t u a l s t u d ya r o u n dt h es u r r o u n d i n ga r e a sa n df r o mt h ep e r s p e c t i v eo ft h ed i s c i p l i n et ow h i c h d e p a r t u r eo ft h es o u t hs t a t i o np a s s e n g e r sf o l l o w , w eg e tt h e 。c o n c l u s i o nt h a tt h e d i s c i p l i n eo ft h es o u t hs t a t i o np a s s e n g e r sa r r i v i n gt h er o a d sn e ti s s i m i l a r 丽t l lt h e c h a r a c t e r i s t i co ft h eu r b a nc o m m u t i n gt r a f f i c w i t ht h ea n a l y s i so ft h et r a f f i cs h a r e dr a t e ， w ef o r e c a s tt h ei n c r e a s i n gq u a n t i t i e so ft h et r a f f i cf l o wi nt h ea r e a , a n da n a l y z et h e p r o b l e mo ft h eu n r e a s o n a b l es i g h si n c r e m e n to fh i g h w a ys i g na n dt h ea s y m m e t r yl o a d s o ft h er o a d sn e t f i n a l l y , b a s e do na n a l y z i n gt h ec a s eo ft h es o u t hs t a t i o nr o a d sn e t ，w es i m u l a t et h e r o a d sn e tw i t hv i s s i ms i m u l a t i o ns o f t w a r e a c c o r d i n gt ot h es i m u l a t i o nd a t a , w e p r e s e n tao p t i m i z es o l u t i o nt h a ts o l v et h ei m p r o v i n gv m sm a t h e m a t i c a lp r o g r a m m i n g m o d e lo fs e l e c t i o nl o c a t i o n sb a s e do ng e n e t i ca l g o r i t h m ，a n da p p l yt h es e l e c t i o nr e s u l t i nt h es i m u l a t i o nr o a d sn e t t h r o u g ht h es i m u l a t i o nd a t e s ，w ev e r i f i e dt h ev a l i d i t yo ft h e m o d e l k e y w o r d s ：u r b a nt r a f f i cg u i d a n c es y s t e m ；v a r i a b l em e s s a g es i g n ss e t t i n gl o c a t i o n s ； b e i j i n gs o u t hs t a t i o n ；t r a 伍cg u i d a n c ei n f o r m a t i o n ；v i s s i mt r a f f i cs i m u l a t i o ns o f t w a r e c l a s s n 0 ：u 4 9 1 v 户j 目录 中文摘要i i i a b s t r a c t i v 1 绪论1 1 1 论文研究的背景。l 1 2 论文研究框架和主要内容2 2国内外研究现状4 2 1 城市交通诱导系统的发展4 2 1 1 城市交通诱导系统的功能4 2 1 2 城市交通诱导系统分类5 2 1 3 基于v m s 的交通诱导系统应用7 2 2 基于v m s 的交通诱导系统的发展8 2 2 1v m s 的功能8 2 2 2v m s 交通诱导信息的信息生成9 2 2 3v m s 交通诱导信息的信息类型1 0 2 3 国内外相关研究现状1 2 2 3 1 交通流分配基本理论研究1 2 2 3 2v m s 诱导系统下驾驶员路径选择研究1 5 2 3 3v m s 选址方法研究1 7 2 4 本章小结1 9 3v m s 选址规划模型分析：2 0 3 1v m s 选址基本方法2 0 3 1 1v m s 选址目标2 0 3 1 2v m s 选址原则2 1 3 2v m s 选址需求分析2 l 3 2 1 用户需求分析。2 2 3 2 2 用户主体的原始数据分析2 3 3 3v m s 选址影响因素分析2 4 3 4 v m s 数学规划选址模型一2 8 3 4 1v m s 数学规划选址模型2 8 3 4 2 基于诱导信息的影响因子改进2 9 5 1 模型建立5 7 5 2 模型参数标定一5 9 5 2 1 模拟软件介绍5 9 5 2 2 具体参数标定6 0 5 3 模型求解6 4 5 4 模拟结果分析及评价6 6 5 5 本章小结- 6 9 6 总结与展望7 0 6 1 论文总结7 0 6 2 展望一7 1 参考文献7 2 作者简历7 5 独创性声明7 6 学位论文数据集7 7 a 1 1 论文研究的背景 1 绪论 近年来，随着社会经济的高度发展，城市进程的加快，各大城市的机动车拥 有量急剧增加，交通问题日益严重，交通拥堵、交通事故、环境污染和能源短缺 等交通相关问题己成为世界各国面临的共同问题。无论是发达国家，还是发展中 国家都毫无例外地承受着交通问题的困扰，交通问题己成为世界各地，尤其是大 城市的首要问题之一【l 】。城市交通拥挤已经成为制约各国城市发展的瓶颈，每年给 各国带来重大的经济损失。我国一些人口密集、经济发达的大城市( 如上海、北 京、广州、深圳等) ，政府已投入大量资金建设交通基础设施，修建了大量城市快 速通道，如市内高架桥和环城高速公路等。这些快速通道以及连接道路构成了大 城市的快速道路网，在一定程度上提高了城市的机动性。但是，伴随我国经济的 高速发展，交通量和汽车保有量迅速增加，这些快速路也出现了不同程度的拥堵、 延误和交通事故等问题。 随着电子技术、通信技术、计算机技术和自动控制技术等的发展，为解决交 一一一 通问题提供了新的思路，即交通诱导系统的产生。其利用先进技术来对城市交通 道路进行更有效的控制与管理，提高交通的机动性、安全性，最大限度地发挥现 有道路系统的交通效率。交通诱导系统的发展为城市交通的发展和提高带来了新 的机遇。 在交通诱导系统中，交通信息的发布是其中重要的发展领域，其中可变信息 标志( v a r i a b l em e s s a g es i g n s ，v m s ) 是一种常见的交通诱导信息提供方法【2 】，它 通过文本、图像、数字等合成信号提供道路几何信息，路面路况信息，路段交通 信息和社会公众服务信息等各种信息，以利于驾驶员调整其驾驶行为，达到缓解 交通堵塞、减少交通事故、提高高速公路路网通行能力的目的。v m s 得以广泛运 用，一方面是由于管理部门处于交通管理的需要；另一方面是由于出行者对交通 信息的需求水平不断提高，驾驶员希望能够通过v m s 获取更多的路况信息。 目前我国的许多城市建立了交通信息发布显示系统，设立了定数量的v m s ， 如北京市到2 0 1 0 年初，共设置了2 1 4 块可变信息标志显示屏，其中1 7 9 块位于市 内城八区。对提高道路交通通行能力，缓解交通拥堵问题起到了显著的作用，但 是在使用上普遍存在较大问题。首先是v m s 可变信息标志安装位置的选择问题， 目前在大中城市的快速路、城市道路中，v m s 安装位置的选择依据主要还是依靠 交通管理者主观上的判断和决定来做出的。对于安装位置的正确性和合理性没有 更多的理论依据作为支持【3 】；其次，v m s 交通诱导系统对基础信息的加工不深入， 对诱导信息的发布和利用缺乏深入研究，对发布的内容和信息数量没有进行合理 的规划和设计，很多情况下v m s 发布显示的内容是各类宣传信息，v m s 成了“电 子可变定位板 ，大大降低了v m s 的利用效果，没有很好地起到交通诱导作用； 再次，v m s 交通诱导系统由于对基础数据的利用率低，造成刷新时间长，内容单 一等问题，降低了v m s 的诱导效果。 随着社会经济的发展，v m s 将得到更广泛的运用，一方面是由于管理部门处 于交通管理的需要；另一方面是由于出行者对交通信息的需求水平不断提高，驾 驶员希望能够通过v m s 获取更多的路况信息。因此，如何完善可变信息标志系统 的理论体系，使其最大限度的发挥诱导功能，是目前需要解决的问题。 1 2 论文研究框架和主要内容 本论文依托于北京市交通发展研究中心项目“北京市道路拥堵调查和缓 堵措施研究”，起止于2 0 0 9 6 - , 2 0 0 9 1 2 ，项目主要是为缓解北京重点区域交通拥堵 问题，包括南站这一新建交通枢纽的周边区域。本人在此项目中主要参与南站区 域交通道路状况、静态标志标线、车流公布及合理路径的调研与优化。本文以重 要交通吸引源“北京市南站地区交通标志标线改造措施为背景，主要研究城市 v m s 选址的目标、原则及规划方法，在总结以往的交通诱导系统规划布局的理论 方法和实践经验的基础上，提出关于v m s 选址问题的数学规划模型。最后通过 v i s s i m 交通仿真软件进行仿真，分析仿真结果并验证模型的有效性。 论文主要的框架如下： 第一章绪论介绍论文的研究背景、主要内容和框架。 第二章国内外研究现状首先论述了城市交通诱导系统主要的功能和分类以 及v m s 诱导系统国内外发展的应用现状。然后综述了v m s 选址问题涉及的相关 理论研究现状，包括交通流分配问题的基本理论、路径选择及v m s 选址方法的研 究。 第三章v m s 选址规划模型分析本章通过对可变信息标志的选址目标、原则、 用户信息需求和用户主体的原始数据需求进行分析，总结了可变信息标志的布点 影响因素。介绍了v m s 选址的基本方法，在原有数学规划模型的基础上，改进了 模型的影响因子，优化了原有数学规划模型，最后提出模型的求解方法。 第四章v m s 优化选址案例现状本章通过对南站及周边区域交通状况的实际 调研，详细介绍了区域路网的基本路况，从南站乘客到发规律的角度得出旅客到 2 达南站路网的规律与城市通勤交通特征相似的结论，由对交通分担率的分析预测 了区域内交通量的诱增量，并对其标志标线的不合理及其导致的路网道路负荷不 均进行了分析。 第五章模型求解及模拟验证本章以南站区域交通实际情况为背景，用交通 仿真软件v i s s i m 做路网对v m s 优化选址方法进行模拟，然后输出评价指标，通 过对模拟结果进行定性和定量分析，发现本文所得出的v m s 选址方法在系统最优 原则上能有效的缓解南站区域的交通拥堵及路网不均衡的状况，验证了选址方法 的可行性 第六章总结与展望对论文的主要内容进行了总结，对今后的研究方向进行 了展望。 3 2 1 1城市交通诱导系统的功能 城市交通主要由私家车、公务车以及公共交通车辆构成，并构成城市交通流 的主要部分。交通管理中心是交通诱导系统的核心，它通过城市交通控制系统对 城市交叉口信号灯配时进行控制，并通过交通信息中心与其他子系统的信息共享， 将信号配时信息发送给子系统；同时子系统为交通管理中心提供详细的交通信息。 从出行者的角度来讲，交通诱导的主要功能有： ( 1 ) 在线驾驶员信息服务 在线驾驶员信息服务包括驾驶员的引导系统和车内标志系统。驾驶员的引导 系统主要为驾驶员提供实时的交通流状况、交通事故、建筑情况、公共交通时刻 表、气候条件等信息。利用这些信息，驾驶员可以选择最佳的行驶路线，出行者 4 可以在中途改变其出行方式。车内标志系统主要提供与路面实际标志相同的车内 标志，也可以包括道路条件的警告标志和一些特殊车辆的安全限速。这一服务内 容特别适合于老年驾驶员、旅游区和危险道路条件下的驾驶。 ( 2 ) 路径诱导服务 路径诱导服务是由动态车载诱导系统，根据交通信息中心提供的实时道路交 通信息及g p s 设备得到的车辆定位信息，在电子地图的帮助下为出门者提供一条 最优的行驶路径。早期的路线引导是一个静止的信息系统，主要为出行者提供起 终点间的最短距离路线；目前这项服务趋向于通过无线通信技术，使车载设备可 以从交通管理中心获取实时道路交通信息，使“最优 的概念成为在实时道路交 通信息基础上的时间最优、距离最优或出行者偏好最优等。由于g p s 定位功能以 及电子地图的存在，再辅以地图的方法，就可以实现车辆的实时转向导航。实时 导航服务可以提高城市道路的时间利用率和空间利用率，大大缓解城市道路的交 通量分布，使城市交通诱导系统的核心功能。 ( 3 ) 出行前信息服务 出行前信息服务为出行者提供在出行前需要知道的信息，如天气及道路情况， 出行规划服务可以为出行者制订出行路线，计划出行时刻表以避开交通高峰时段， 这样可以提高道路的时间利用率，估计出行时间以及提供有关出门的其它注意事 项。 总之，交通诱导功能的实现将有效地减少城市交通拥挤和环境污染，提高道 路通行能力，改善道路交通安全状况。其主要目标有两个，从宏观网络的角度： 可以均衡网络上的交通流量使网络的综合交通能力达到最充分利用；从微观车辆 的角度：达到缩短每辆车行驶的距离，减少行驶时间的目的。 2 1 2城市交通诱导系统分类 按照诱导信息发布的空间分布不同可以将交通诱导系统分为车内诱导系统和 车外诱导系统【5 】。 车内诱导系统通常有交通广播系统、热线电话服务和车内显示终端等。 交通信息广播系统就是广播电台向驾驶员提供道路交通及相关信息，使驾驶 员了解行车前方的交通状况，为驾驶员制定出行计划以及选择行驶路径提供参考。 交通广播系统主要有两种方式：一种是公用广播网播送交通信息，其信息简单、 经济，但是实时性和针对性较差；一种是建立如高速公路管理局等专用的路边广 播系统，利用专用的无线电发送装置，把收集到的该路( 网) 交通状况、气象等 情报编辑并合成( 或人工直接广播) ，通过沿道路的定向天线将信息播放出去，驾 5 候等状况的变化而改变显示内容的标志，可用作道路状况、交通状况、气象状况 以及其他内容的显示等，显示形式可以是文字、数字、符号或图形等，既是一种 信息发布手段，又是一种交通控制策略。 目前车外诱导系统主要是通过可变信息标志来发布诱导信息，向驾驶员提供 道路交通状况信息( 如路况、拥挤程度、排队长度、交通事件等信息) ，为交通拥 挤路段提供替代路径，指引驾驶员避开拥挤，使驾驶员选择最佳路线，达到路线 畅通，安全行车。在这一系列过程中，可变信息标志的布设位置则起着举足轻重 的作用。 可变信息标志系统一般由交通数据采集及交通状况预测子系统、通信子系统、 6 中心处理子系统和诱导方案显示子系统组成。交通数据采集及交通状况预测子系 统的作用是根据检测器收集的数据，预测和估计诱导区域的交通需求及交通供应 状况，其中交通供应状况包括各路段的剩余通行能力、拥挤程度及行程时间等；交 通需求状况包括各路段的交通量及整个网络的交通分布。由交通数据采集及交通 状况预测子系统得到的这些信息通过通信子系统传送到诱导方案显示子系统即可 变信息标志向驾驶员提供有关信息。相对于车内诱导系统，其诱导对象为部分或 全体驾驶员。 道路交通实时动态信息系统在当前城市交通建设与管理中将起到举足轻重的 作用，而v m s 的合理布设则是该系统实现的关键。如何根据实际情况，运用相关 理论方法将v m s 合理的在区域内进行布点，将对改善城市交通拥挤现状有着较为 深远的意义。 2 1 3基于v m s 的交通诱导系统应用 v m s 在美国有着广泛的应用和悠久的历史。美国在2 0 世纪3 0 年代开始修建 高速公路和城市快速路，但当时交通控制较少。5 0 年代，一些道路监控系统的使 用逐渐增加，到了7 0 年代，高速公路交通监控系统更是得到了飞速发展，出现了 各种各样的技术和设备，v m s 作为一种交通监控手段在美国得到了广泛的研究和 应用。9 0 年代，随着i t s 技术的提出，v m s 在城市快速道路管理中的应用和相关 研究越来越多。 在美国，可变情报板被大量的用于发生交通事故和高速公路维修分流时的交 通管理中，取得了很好的效果。随着技术的进步，发光二极管( l e d ) 标志和光 纤标志己成为最主要的主动发光标志，并在交通控制领域得到了广泛的应用。 日本是最早在城市快速路道路交通管理中使用可变情报板的国家之一，研究 和应用水平是相当成熟的。其中典型例子就是东京的首都快速道路交通控制系统。 在7 0 年代最开始使用的是文字式v m s ，后来到了8 0 年代，使用图形式v m s ，以 图形的方式来动态显示路网内的服务水平等交通信息，对交通实施诱导，到了9 0 年代系统已经能够提供行程时间、拥挤警告、通过拥挤区域所需时间等信息，使 道路使用者和道路管理者对紧急事件的响应更加迅速、灵活。 在德国，v m s 广泛用于高速公路、城市快速路以及城市道路上，德国的研究 认为v m s 能使交通安全性能提高2 0 0 o - - - 3 0 。v m s 在荷兰也有着广泛的应用，但 以往都为文字式。近年来，交通、公用事业和水务部的交通研究中心( a w ) 开始 推行r i s ( r o u t ei n f o r m a t i o ns y s t e m ) 概念，对图形式v m s 进行了大量的试验和 研究，以提高动态交通管理的效率。图形式v m s 在荷兰被称为g r i p s ( g r a p h i c a l 7 过文本、图像、数字等合成信号提供道路几何信息，路面路况信息，路段交通信 息和社会公众服务信息等各种信息，以利于驾驶员调整其驾驶行为，达到缓解交 通堵塞、减少交通事故、提高高速公路路网通行能力的目的。的交通信息发布主 要为在途驾驶员等出行者服务【1 1 1 ，相对其它发布方式而言，v m s 具有易读、精确、 清晰、直观、视认性好等特点。 2 2 1v m s 的功能 对于交通管理者，v m s 是辅助相关交通管理策略执行的必要措施，对于路网 中的用户，v m s 是交通诱导系统中出行者信息系统的主要实现工具。它通过安装 在路边或公路上方的电子信息显示牌为驾驶员提供与交通相关的信息和诱导。 v m s 的信息包括危险、交通条件、停车、公共交通以及环境等。 ( 1 ) v m s 在交通管理策略上的功能定位，v m s 具有动态、实时显示信息的特 性，可用于高速公路和一般道路上，尤其高速公路系统是出入口完全( 部分) 控 制的公路，行车速率高，对交通信息的需求相对较高，以确保运行效率与安全。 从城市道路系统的交通管理目标而言，v m s 的功能定位于以下几剧1 2 】： 减少城市道路重现性拥塞，重现性问题常出现在每同交通拥塞的高峰时 段，交通拥塞程度与持续时间基本上是可预期的。这种情况可通过v m s 提供道路 使用者所需信息，以引导车流避开拥塞，是目前先进交通技术发展重要的一环： 减少城市道路非重现性事故的影响，非重现问题通常在不可预期情况下发 生，如交通事故、短暂车道封闭、道路维修施工等。这类非重现性之交通问题， 可能造成某种程度的交通拥塞和具有潜在危险的驾驶环境； 提高高速公路营运安全； 向道路使用者提供充分的路况信息，道路使用者遭遇困难时，提供必要的 协助信息。 ( 2 ) v m s 对于驾驶员在交通条件未知的情况下其作用尤其明显，它可以帮助驾 驶员选择合适的路径以避开交通堵塞和减少驾驶员的焦虑，总的来说，v m s 的作 用主要表现在： 向驾驶员提供前方交通拥挤信息，以减少追尾事故，并为驾驶员提供改道 信息来分流、减少拥挤程度，以便利于疏导交通； 平滑交通流，使同一路段上车速分布均匀，减少相邻两路段的平均速度差， 从而减小事故发生的可能性，因为事故发生的外部因素主要是车速不均匀导致超 车、制动增多，从而增加了事故发生的可能性； 提供主线、匝道的开通关闭情况，为驾驶员选择合适路线提供辅助信息； 向驾驶员提供事故、灾害、气象、施工等信息，减轻其急躁和失望情绪， 以便利于行车。 2 2 2v m s 交通诱导信息的信息生成 v m s 的交通信息发布主要为在途驾驶员等出行者服务【13 1 。通过v m s 不间断 的播放实时路况信息，使在途出行者可以及时了解活动沿途交通状况，辅助在途 出行者进行合理交通线路的选择。相对其它发布方式而言，v m s 具有专业性强、 发布及时、信息直观、易于获得等特点。 9 图2 1 交通信息处理流程图 f i g u r e 2 - 1t h ef l o wc h a r to f t h et r a f f i ci n f o r m a t i o np r o c e s s i n g 2 2 3v m s 交通诱导信息的信息类型 ( 1 ) v m s 的信息构成 ， 在群体车辆诱导信息系统中，需要采集和处理的信息有：路网基本信息、交 通控制信息、交通状况信息和交通状况预测信息以及路径诱导信息。 户 路网基本信息 路网基本信息应包括路网结构信息( 如路段、节点、车道数) 、用于车辆定位 的路网拓扑参数、路网的属性参数( 如路段名、单向交通路段、禁止转弯路段、 载重量和净空限制等) 和其它有用的服务信息。为适应诱导的需要，这些信息均 需计算机化，即将路网信息转化为路网数字地图。 1 0 路网数字地图实际上是一个采用地理信息系统( g i s ) 技术的空间数据库。制造 和维护一个大区域的路网数字地图是一个庞大的工程，而路网数字地图是车辆诱 导系统的基础，美国、欧洲和日本都在进行大规模的研制。 交通控制信息 交通控制信息包括在重大事件时的交通管制信息，交通突发事件的信息，道 路的建设与维修情况，道路的禁止通行情况等等。这些信息可由交通控制中心和 道路管理部门提供。 交通状况及预测信息 车辆诱导系统必须具有为驾驶人员提供实时的交通状况的功能，并可对交通 状态作必要的预测以引导车辆。交通状况的主要参数有：交通流量、交通密度、 交叉路口饱和度、延误、车辆运行速度、路段运行时间等。交通流量、交通密度、 交叉路口饱和度可由线圈检测系统和视频检测系统提供，经交通控制中心处理后 获得。处理运行速度路段运行时间则由探测车辆( p r o b e ) 和信标( b e a c o n ) 获得。 美国采用的是探测车辆获得道路网络上的交通状况，将一定数量的车辆装备 导航系统，每个车辆随时向信息中心发回交通状况信息。欧洲和日本是通过路边 上的信标向车辆上的接收机发出信息，接收机再返回信号给信标，通过两信标接 收信号的时间差，计算出车辆的行驶速度和路段运行时间。 当获得实时的交通状况之后，诱导系统对交通状况作进一步的预测，在预测 的基础上得到相应的交通状况信息。以便引导驾驶员更好的行驶。 路径诱导信息 路径诱导信息可以通过实时的交通状况信息和交通状况预测信息两种方式计 算得到。通过实时的交通状况信息可以为车辆提供实时的最优的行使路线，驾驶 员可以参考可变信息标志提供的最佳行驶路线在城市路网中更好的行驶。根据交 通状况预测信息，在预测的基础上运用运输分析模型为车辆计算最优行驶路线， 并通过诱导设备为用户提供声像提示或指令，提前告知驾驶员前方将有可能发生 的道路状况以及避开拥挤的最佳路线。 ( 2 ) 发布诱导信息类型 v m s 作为面向道路交通出行群体的信息发布媒介，其所发布的诱导信息具有 不同的类型1 4 】。 按发布内容分为： 行驶时间：到前方某地的预计行驶时间。 行驶速度：到前方某地的平均行驶速度、中间每个路段的平均速度、或沿途 各重要地点的行驶速度。 按发布精度分： 2 3 1交通流分配基本理论研究 ( 1 ) 静态交通分配理论 交通分配( t r a f f i c a s s i g n m e n t ) 原本是交通规划中的一个重要步骤，它是将调 查得到的起始点之间的出行分布数据( o d 矩阵) 按照现有或规划的路网分配到各 条道路上，从而推测各条道路上的交通量，在这种交通分配中o d 矩阵是已知确 定的，不考虑其随时间而变化，因此称之为静态交通分配。静态交通分配主要用 十道路网的规划与设计。 在交通流分配中，一般首先在路网中寻找路径，然后把交通需求加载到路网 上。寻找路径首先要确定路径选择规则，w a r d r o p 阐述了两个路径选择原理： 第一原理：每个起终点对之间的所有被选用的路段具有相同的出行费用，并 且没有任何一条未被选用的路线会具有更低的费用； 第二原理：拥挤的交通网络在达到平衡状态时，整个网络的平均( 总的) 出 行费用最低【”】。 1 2 满足第一原理的流量称为用户平衡( u e ，u s e re q u i l i b r i u m ) ，该原理被广泛用 十描述流量模式。满足第二原理的流量称为系统最优( s o ，s y s t e mo p t i m u m ) ，因 为每个个体都不可能遵循系统最优，因此在实际中很难实施，但可以作为许多数 学网络设计问题的边界。 对于用户平衡有两个基本假设：假设驾驶员具有完全的路网知识，即知道路 网所有路段的交通状况；假设所有驾驶员都有相同的行为。 ( 2 ) 动态交通分配理论 在动态交通流分配模型中，出行选择建模方法可以按照以下方面来区分【1 4 】： 静态的动态的( s t a t i cv e r s t l sd y n a m i c ) ，确定性随机的( d e t e r m i n i s t i cv e r s u s s t o c h a s t i c ) ，基于均衡的基于非均衡( e q u i l i b r i u mb a s e dv e r s u sn o n e q u i l i b r i u m b a s e d ) 的模型。相对于静态模型，动态模型假设每一步骤都是随着时间变化按一定 顺序系列发生的，考虑了发生在上一时刻的事件对这一时刻的影响。确定性模型 假设出行者都完全获得道路信息并是效用最大者，司机们都对路径和其他出行相 关的属性有充分的理解。随机模型是基于感知信息的，通常利用随机效用因子建 模，随机误差项被加入到每个己识别的可选路径的效用中。而所有的模型都是建 立在均衡或非均衡状态上的。在均衡交通模型中，通过路径或出发时间转换将交 通流分配推向均衡，其中没有路径或出发时间改变的激励诱因。非均衡模型的目 标是解决非均衡情况下的问题例如拥堵情况。 对于交通网络的动态性和随机性，很多学者对这方面进行了研究。动态交通 分配问题( d y n a m i ct r a 伍ca s s i g n m e n t ，d t a ) 自从m e r c h a n t 和n e m h a u s e r 进行了开 创性的研究以来有了长期的发展，但关于d t a 的理论研究的发展还需要新的途径 和方法，这种新方法要能解决来自应用领域的挑战以及具有解决基本问题的易处 理性和现实性。其研究方法主要集中在以下四类：数学规划方法、变分不等式方 法、最优控制理论方法和基于模拟的方法，其中前三种方法属于解析式方法。 m a h m a s s a n i 等回顾了各种基于模拟的d t a 的模型【1 6 】，s m i v a sp e e t a 和a t h a n a s i o si c z i l i a s k o p o u l o s 对已有的各种d t a 模型建模方法以及未来的发展趋势进行了综合论 述【1 7 1 。 数学规划模型 数学规划的方法是在设定了时间为离散情况下研究d t a 问题。m e r c h a n t 和 n e m h a u s e r 首次尝试用数学规划的方法来描述动态交通分配问题1 8 】。z i l i a s k o p o u l o s 基于细胞传播的交通传播模型( c e l lt r a n s m i s s i o nm o d e l ) 【1 7 】，提出了一个线性的数 学规划模型，按照细胞传播模型来处理交通流的传播。而基于数学规划的d t a 的 研究方法的一个显著特征就是：目前无法开发出一个对于一般网络的可实施的模 型，对于现实交通问题的特性难以清楚地解释，大规模交通网络中的实时有效解 1 3 法而不是问题的描述，就是当使用模拟的方法来对复杂交通问题建模时，不能从 理论上进行分析。另一方面，由于d t a 问题本身固有的问题，有关解的收敛性和 唯一性的概念对于一个实际问题而言就不是那么重要了。由于能够更加逼真的描 述交通现实，基于模拟的方法在实际交通问题中已得到广泛应用【2 4 】。 为了实现一个具有实时控制功能的交通系统，p e e t a 和m a h r n a s s a n i 设计了一 个滚动时段的d t a 模型【2 5 】，这提供了一种实践方法来描述问题，优点是能够使用 当前可用的信息以及短期预测( 5 1 5 分钟) ，来解决一些准实时的问题，在确定“好 的控制策略的同时能够保持算法的有效性。并且，由于这种基于阶段的方法比确 定性的d t a 解的程序更有效率，模型在一个集中式的体系中能够增强计算能力。 李强等人使用微观交通流仿真器结合驾驶员路径策划器来实现路网中每辆车 从出发地到目的地行程的模拟【2 6 1 ，致力于反映路网中个别车辆的行为表现及其相 1 4 互作用。 2 3 2v m s 诱导系统下驾驶员路径选择研究 驾驶员选择路线的原则，并非以行程时间为唯一标准，且其标准也不是固定 不变的。影响驾驶员路线选择的因素很多，道路( 路线) 方面的因素包括：行程时 间、行驶距离、路线所经交叉口数量及控制方式、行程时间可靠性、交通安全、 道路干扰因素等。这些因素对不同驾驶员的影响程度不同，取决于驾驶员的驾驶 经验、个人偏好、出行目的和出行距离等。近年来，随着i t s 的深入研究和a t i s 理论的逐步完善，人们越来越认识到路线选择行为与交通控制及管理信息策略之 间的相互关系的重要性，并对驾驶员路线选择机理