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道路可變信息標(biāo)志設(shè)置方法研究

2020-08-06 14:42肖志豪

肖志豪

摘 要:可變信息標(biāo)志(Variable Message Signs)是交通誘導(dǎo)系統(tǒng)中的重要工具和手段。特別是對(duì)于駕駛員在行駛的過程中,不清楚道路的及時(shí)交通狀況的條件下,道路VMS信息對(duì)于駕駛員的作用更加的顯著,通過顯示屏上所發(fā)布的信息,更好的讓駕駛員選擇合適的路線,從而避免所帶來的交通問題,同時(shí)也提高了道路的通行能力。

關(guān)鍵詞:可變信息標(biāo)志;設(shè)置位置;通行能力

1 引言

道路VMS(Variable Message Signs)在城市道路的管制和對(duì)駕駛員行駛時(shí)進(jìn)行合理誘導(dǎo)等方面應(yīng)用非常的多。它作為交通誘導(dǎo)系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分,通常安裝在道路旁邊或者道路上方的信息標(biāo)志牌為駕駛員提供及時(shí)的路況信息和誘導(dǎo),有效的緩解了道路通行壓力,同時(shí)提高了道路的通行效率。特別是對(duì)于駕駛員在行駛的過程中,不清楚道路的及時(shí)交通狀況的條件下,道路VMS信息對(duì)于駕駛員的作用更加的顯著,它通過顯示屏上所發(fā)布的信息,更好的讓駕駛員選擇合適的路線,從而避免所帶來的交通問題,同時(shí)也提高了道路的通行能力。

2 國內(nèi)外研究綜述

日本在城市道路的管制中,最先采用了道路VMS對(duì)駕駛員進(jìn)行誘導(dǎo),在使用過程中,不斷對(duì)道路VMS進(jìn)行改進(jìn)和研究,其中最出名的是日本的首都東京城市道路用VMS進(jìn)行管制的系統(tǒng)就是其中的典型例子。Abbas[1]對(duì)道路VMS系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究,其中在道路VMS位置設(shè)置的方法上,提出了如何合理的設(shè)置道路VMS的位置,讓駕駛員獲取到及時(shí)的交通狀況信息,這時(shí)可以讓駕駛員做出路徑改變,從而使得道路上的交通量轉(zhuǎn)移到繞行路線,達(dá)到產(chǎn)生的車輛延誤達(dá)到最小。

我國在道路VMS方面的研究起步比較晚,由于我國高速公路的建設(shè)直到20世紀(jì)后期才開始,因此道路VMS的應(yīng)用比較晚,在沈大高速中首先對(duì)道路VMS進(jìn)行了應(yīng)用,后來,我國對(duì)道路的交通監(jiān)控與管制更加重視,VMS也就得到了我們更加廣泛的使用。

車廣俠、石建軍等[2]研究了道路VMS與駕駛員行為習(xí)慣之間的關(guān)系,提出了目前我國道路VMS系統(tǒng)的不足;干宏程、孫立軍[3]在之前研究的基礎(chǔ)上,對(duì)道路VMS系統(tǒng)的研究得到進(jìn)一步的完善,對(duì)道路VMS系統(tǒng)中所應(yīng)用的方法進(jìn)行了評(píng)價(jià);在VMS選址的問題上,周元峰研究了在VMS信息下駕駛員對(duì)路徑選擇行為的問題。

3 VMS設(shè)置點(diǎn)的研究

在城市交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)中了,VMS發(fā)揮著重要的作用,如發(fā)布下游路段事故和擁堵信息,給出預(yù)計(jì)的出行時(shí)間等。在城市區(qū)域交通路網(wǎng)中,在給定VMS數(shù)量的情況下,如何確定VMS的最優(yōu)分布地點(diǎn),使VMS發(fā)揮最大的效用,這是本文研究的重點(diǎn)。本節(jié)針對(duì)城市區(qū)域路網(wǎng)中VMS分布地點(diǎn)的最優(yōu)選擇進(jìn)行研究,結(jié)合VMS布點(diǎn)原則和VMS指標(biāo)選取原則,以VMS效用最大和總建設(shè)費(fèi)用最小為目標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型,針對(duì)模型的求解復(fù)雜性,采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化求解,得到能使VMS發(fā)揮最大效用建設(shè)成本較小的布設(shè)路段。

根據(jù)路網(wǎng)中路段交通量的情況,運(yùn)用遺傳算法對(duì)實(shí)例進(jìn)行求解,求解過程如下所示:

第一步:確定約束關(guān)系式。

第一個(gè)約束條件是對(duì)路段VMS安裝與否進(jìn)行約束,當(dāng)路段a上安裝VMS時(shí),=1;反之,=0。

第二個(gè)約束條件是路段VMS設(shè)置的個(gè)數(shù)進(jìn)行約束,VMS設(shè)置的數(shù)量有最大值與最小值,數(shù)量的確定是交通決策者依據(jù)路段的交通狀況來確定的,假設(shè)在這次實(shí)例中VMS設(shè)置數(shù)量最大值為6塊,最小值為2位。

約束條件三為路段VMS設(shè)置的疏密程度進(jìn)行約束。即假定:如果路段a上安裝了VMS,那么和它相鄰的所有下游路段都不能安裝。第二步:確定VMS效用值函數(shù)。

基于數(shù)學(xué)規(guī)劃原理,建立VMS的效用最大化模型如下:

其中:

F指VMS的效用值;指路徑r上的車流量;指路段k的影響因子;指路徑r上、路段k上的交通信息在路段a上VMS顯示的衰減系數(shù),由于交叉口的個(gè)數(shù)越少,則離目標(biāo)VMS越近,相應(yīng)的獲取的信息更準(zhǔn)確,所以衰減系數(shù)用交叉口個(gè)數(shù)的倒數(shù)來表示,即=1/交叉口個(gè)數(shù);指VMS設(shè)置在a路段上時(shí),所有經(jīng)過a路段的路徑的集合;指在路徑r中、路段a上的VMS的有效影響路段。

所以第i個(gè)個(gè)體的效用值即為第i個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值。

第三步:確定染色體編碼方法。

即確定出遺傳算法的搜索空間。因?yàn)橐还灿?8個(gè)路段作為備選路段,所以用二進(jìn)制編碼串表示一條染色體。

第四步:確定遺傳參數(shù)。

復(fù)制運(yùn)算使用比例選擇算子,交叉運(yùn)算使用單點(diǎn)交叉算子,變異運(yùn)算使用基本位變異算子。

染色體的長度m=18;

初始種群的大小n=20,(一般為20-100);

交叉概率=0.8,(一般為0.5-1.0);

變異概率=0.01,(一般為0.001-0.1);

運(yùn)算次數(shù)T=100。一般取100-500次。

第五步:用matlab編寫遺傳算法進(jìn)行運(yùn)行[5]。

4 結(jié)論

本論文基于道路可變系統(tǒng)的設(shè)置位置進(jìn)行了簡單的研究,利用matlab進(jìn)行編程運(yùn)算,將運(yùn)算出的結(jié)果按照VMS設(shè)置的個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,選取效用值高的路段進(jìn)行設(shè)置VMS。

參考文獻(xiàn):

[1]Abbas M,McCoy P.O ptimizing variable message sign locations on freeways using genetic Algorithm[A].Transportation Research Board 78th Annual Meeting[C]. Transportation Research Board,2009.

[2]車廣俠,石建軍,隋莉穎.VMS交通誘導(dǎo)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析[J].道路交通與安全,2016,6(08):19-21.

[3]干宏程,孫立軍.VMS技術(shù)的評(píng)價(jià)、現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].上海公路,2013

(02):34-38.

[4]李碩.可變信息標(biāo)志系統(tǒng)選址優(yōu)化模型[J].2005年10月,第5期.

[5]雷英杰.MATLAB遺傳算法工具箱及應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2005年.

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