动态交通流分配浅析

动态交通流分配浅析摘要： 实现交通分配理论的交通分配模型可分为两大类：静态交通分配模型和动态交通分配模型， 它们都有各自的优缺点。静态交通分配模型假设交通需求和路段行程时间为常数或仅依赖于本路段 上的交通流量，这对于交通量比较平稳、路段行驶时间受交通负荷影响较小的城市间长距离非拥挤 的城市交通特性分析和路网规划是比较可行的。 而对于存在拥挤现象的城市交通网络 , 交通需求在一 天之中变化甚大。使得网络交通流的时空分布规律具有时变特性，从而导致路段行驶时间大大依赖 于交通负荷的变化。因此，在城市交通控制与管理中更需要考察路网中，交通流状态随空间与时间 的演化过程，针对可能出现的拥挤和阻塞及时采取有效措施确保城市交通系统平稳、高效地运行。 动态交通分配考虑了交通需求随时间变化和出行费用随交通负荷变化的特性，能够给出瞬间的交通 流分布状态。关键词： 动态交通流分配 定义 现状 意义 存在问题The shallow analysis of Dynamic Traffic Assignment Abstract: the traffic assignment model of Traffic assignment theory can be divided into two categories: static and dynamic traffic assignment model for traffic assignment models, both of which have their own advantages and disadvantages. Static traffic assignment models assuming that traffic demand and link travel time is constant or only dependent on the traffic flow on this road, which is relatively stable for the traffic, roads and the traffic load less affected by the time the inter-city long distance non-urban traffic congestion characterization and network planning is more feasible. However, for there is congestion in the urban transport network., changes in traffic demand in the day are great, which makes the network traffic flow varies with time-varying spatial and temporal distribution of properties, resulting in roads and the time relied heavily on the traffic load changes. Thus, in urban traffic control and management of road, it is more significant to examine how traffic flow varies with space and tempo while studying the road network, and thus timely and effective measures can be taking for the congestion and obstruction., and that ensure that urban transport system operate smoothly and effectively. Dynamic traffic assignment included traffic demand changes over time and travel costs with the changing nature of traffic load, moreover, it can give an instant flow of traffic distribution.Key words: dynamic traffic assignment, definition, status quo, meaning, problems 0引言动态交通分配的这种功能使其在城市交通流诱导系统及智能运输系统的研究中具有举足轻重的作 用。因而，研究动态交通分配理论并将其应用于交通控制与管理是十分必要的。同时，动态交通 分配为交通流管理与控制动态路径诱导等提供了依据，也是智能交通系统的重要理论基础。 1定义 1.1交通分配交通分配是交通规划中的一个重要步骤，它是将调查得到的起讫点之间的出行分布数据(0D矩阵),按照一定的规则分配到路网中的各条道路上，从而推测各条道路上的交通量，并以此作为路网规划 及设计的依据。一系列的0D巨阵推算模型均建立在一个共同的假设之上，即网络交通满足平衡条件，及交通流在网络上的分配服从 Wardrop第一、第二原理。其推算模型是以分配的 0量总出行时间与观 测的总出行时间最接近为目标函数然后进行求解 1.2 动态交通分配动态交通分配问题是在交通供给状况以及交通需求状况已知的条件下分析其最优的交通流量分布 模式。它应既考虑到交通的时变性又应考虑到交通设施服务水平的时变特性。将时变的交通出行合 理分配到具有不同服务水平的路径上以降低个人出行费用或系统总费用。交通流的时变性包括以下 几方面：(1) 出行发生时间的变性。 出行者在分析了道路的拥挤状况后会调整出发的时间以避开高峰期，来减少路上的消耗时间。(2) 到达目的地时间的变性。提前或延后到达要视在路上消耗的时间而定。(3) 高峰期交通流的不均匀性。 消除了因静态模型将交通流视为均匀分布而低估的出行时间和拥挤程度。(4) 0D对之间的最短路径的时变性。(5) 拥挤点的时空变化特性。拥挤是一个运动的“瓶颈”，不是固定的，而是时空变化 2 动态交通流分配理论发展现状动态交通流分配理论从提出至今经过了 20多年的发展，在理论研究和方法应用上都有了一定的进 步，国内外在动态交通流分配领域的研究都在积极地进行当中。国外在理论、方法和应用上的研究 较之国内要超前，同时，无论国外还是国内在理论方面的研究成分居多，而在实际应用上还有待进 一步发展。总体来说，自动态分配概念提出至今，其研究仍然处于发展阶段。主要原因是考虑了时 间变动因素后，建立合适的数学模型和设计合适的算法变得十分困难。 纵观国内外对动态交通分配理论和方法的研究， 从研究方法角度而言， 可以分为数学规划建模方法、 最优控制理论建模方法、变分不等式理论建模方法和计算机模拟方法等四种途径。人们对于数学分 析方法的探讨比较热烈和深入，而对于计算机模拟方法则很少问津。(1) 数学规划方法Merchant和Nemhauser于1978年第一个以数学规划方法对动态交通分配问题进行了开创性的研究，Ho在 1980年为这个 M- N模他们提出了用离散时间、非凸的非线性规划来表达的系统最优分配模型。 型提出了分段线性化算法，而后又提出了应用嵌套式分解算法在超立方并行计算机上求解的方法。为了进行有效的最优性分析，1987年，Carey在M N模型的基础上进行了改进，构造了一个非线性的凸规划模型。上述各个阶段的模型为动态交通分配理论的发展带来了巨大的推动力，但是各模型的 最大缺点是局限于多个起点和单个终点的简单网络，用于理论分析可以，但要应用到现实中多个起 点和多个终点的城市交通网络，还需大量的研究和努力。(2) 最优控制理论1980年，Luque和Friesz提出了应用最优控制理论解决动态系统最优模型的新思想，他们将M N模型改进成为一个连续时间的最优控制问题。到1989年，Luque和Friesz等人研究了单个起点和单个终点的简单网络的最优控制理论模型。随后，Wie, Friesz和Tobin在1990年，Ran和Boyce等人在1993年发表的文章中，建立的模型均采用了最优控制理论方法建模。最优控制理论方法建立的模型具有 易于分析的优点，但是对于 Friesz和Wie等人提出的模型，目前仍然没有有效、成熟的求解算法。(3) 变分不等式 (VI)Jan son在1990年和1991年发表文章，提出了动态交通分配的多目标规划模型，之后Jayakfish nan和Tski等人于1995年对该模型进行了改进，使其更加完善。Friesz和Bemstein在1993年提出了动态系统最优的变分不等式模型。这些模型极大地丰富了动态交通分配的研究方法,从不同角度为解决 动态分配问题做出了有益的尝试。(4) 计算机模拟方法另外，Mahmasa n和Peeta在1993年提出了一个计算机模拟的动态交通分配模型，考虑了随时间变化的交通需求以及交通拥挤条件下排队的形成等影响因素，但是该模型没有考虑小区O欧据到路段OD数据的转换，在路网阻抗的计算上采取了简化的方法。 3动态交通流分配研究的意义纵观交通流分配理论研究的发展轨迹,从对路网描述的粗细、交通需求的反映、路径选择机制的 刻画、路网阻抗模型的建立等等角度,一直都是处在不断克服发现的缺陷、弥补自身不足、自我完 善发展的进程中。在这一进程中,人们越来越强烈意识到进行动态交通流分配理论和方法研究的意 义和迫切性。 3.1动态分配是交通流理论自身发展,不断完善的需要(理论发展的趋势)交通流分配理论发展的过程中,人们往往把更多的注意力都投放在对“静态交通分配”理论与方 法的研究攻关上。静态交通分配家丁了在建模时间段内的交通需求是常数值,也就是家丁交通流分 布形态是固定不变的。 可以说, 静态交通流分配已经有了较成熟的发展, 但是它并不是完美无缺的, 仍然存在着有待解决的问题,甚至是严峻的问题。这里所说的问题并不是求解方法存在的不足,而 是问题就出在静态分配理论的前提条件的假设上。 因为, 现实交通网络上的交通流不是固定不变的, 而是具有在时间、空间上变化的时变性,交通流每天都变化着,同一天的不同时间也变化着,因此 实际的交通流是动态的。具体来说,主要表现为：(1) 出行者出发、到达时间的时变性。出行者根据道路的拥挤时间和程度,会调整出发时间,或者提