一种针对疏散网络设计的道路交叉口起讫点流量优化方法技术

本发明专利技术提供一种针对疏散网络设计的道路交叉口起讫点流量优化方法,包括以下步骤：交叉口网络建模，给定交叉口子网络的所有入口交通流量和出口交通流量，求解交叉口相交点数目的最小值；确定基本设置，设置潜在的交通分配算法产生交通流分布并隐含马尔可夫路径选择行为，通流量分布的计算遵循到达每个中间节点的计算均视为网络的终点；设置单终点网络建模，即网络中所有人离开或到达任何单起点或中间点均去往相同的目的地；应用基于单纯形法的轴心移动方法求解。本发明专利技术提供的一种针对疏散网络设计的道路交叉口起讫点流量优化方法，从单交叉口问题入手优化计算时间，从整体上减少计算消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种针对疏散网络设计的道路交叉口起讫点流量优化方法
本专利技术属于交通领域，具体涉及一种针对疏散网络设计的道路交叉口起讫点流量优化方法。
技术介绍
基于城市或者地区性的疏散网络，为了寻找最有效的方法降低交通拥堵和事故威胁，许多疏散规划模型被提出以优化系统表现。近年，两种典型的网络重构策略被引入疏散网络设计中，道路中的车道逆转和交叉口的相交消除。这两种策略通过增加特定交通方向的容量和创造无阻断的交通环境来相互补充。尽管两者都被证明是有效的容量增加方法加速了疏散过程，他们的结合更提高了疏散表现。但是，利用车道逆转和相交消除解决这个设计问题面临一个巨大的挑战，因为两车道网络设计策略复杂的相互连接需求和基于车道的网络计划生成大量的解空间，在这种情况下每一个交叉口都必须精确地作为一个子网络进行建模。一种降低问题复杂性的方法就是放松相交消除的约束并且基于标准点弧网络重新定义松弛后的问题，这种简化方式在数学上称为拉格朗日松弛。为了补偿松弛的相交消除约束，需要评估每个交叉口的交通相交点数量并且用评估结果代替进解决算法中指导搜索策略，这种评估需要交叉口的起讫点流量优化结果。在这种特定建模环境下，起讫点流量优化问题的目标是找到交叉口的起讫流量分布图，在不改变整体网络流量图的情况下最小化交通相交点数量。
技术实现思路
为解决在拉格朗日松弛的模型中，需要找到每个交叉口的起讫流量分布图，在不改变整体流量图的情况下最小化交通相交点数目，一旦面临整个网络时，计算消耗会变得非常巨大的问题，本专利技术的目的在于提供一种针对疏散网络设计的道路交叉口起讫点流量优化方法，从单交叉口问题入手优化计算时间，从整体上减少计算消耗。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种针对疏散网络设计的道路交叉口起讫点流量优化方法，包括以下步骤：S1：交叉口网络建模，给定交叉口子网络的所有入口交通流量和出口交通流量，求解交叉口相交点数目的最小值；进一步的，所述求解交叉口相交点数目的最小值，采用以下计算方法：minz(y)＝∑ij,m,n(yij+ymn-1)+⑴目标函数z(y)代表交叉口的相交点数目，并且有(yij+ymn-1)+＝max(0,yij+ymn-1)约束条件为：所述的交叉口网络建模的混合线性规划模型有两个决策变量：弧变量yij或ymn和流量变量xij或xmn，弧变量为0或1变量，代表交叉口子网络中供应需求节点间的关系，所述约束条件⑶代表道路容量限制，所述弧变量、流量变量关系可以表达如下：如果yij＝1或ymn＝1，则xij≥0或xmn≥0；如果yij≥0或xmn≥0，则xij＝0或xmn＝0；在所述约束条件⑸和⑹下，bj和bm是模型的输入值，Sj和Tm分别代表包含所有相交弧指向终点节点j的起点的集合和包含所有弧发自起点m的终点的集合。S2：确定基本设置，所述确定基本设置步骤进一步包括步骤：S21：设置潜在的交通分配算法产生交通流分布并隐含马尔可夫路径选择行为，所述的马尔可夫路径选择行为是指任何人都会选择自己剩余的路线到目的地而没有考虑自己已经历的从起点到现在位置的路线；交通流量分布的计算遵循到达每个中间节点的计算均视为网络的终点；在这个近似过程中，潜在的个体路径选择行为也具有马尔可夫路径选择特征，保证了任何中间节点产生的交通流和起点产生的是同质的。S22：设置单终点网络建模，所述单终点是指网络中所有人离开或到达任何单起点或中间点均去往相同的目的地；从建模的角度，保证了所有通过一个节点的个人与单路径选择函数下的结果是同质的即每个人在任何交叉口的路径选择概率均是相同的。在多起讫点网络中，交叉口起讫流优化过程可能改变通过交叉口的车流路径，因此可能改变这些路径流量的目的地。目的地的改变可能导致不可行的交通流分布，不可行意为交叉口起讫流优化过程下得到的交通分布不满足流量守恒限制。但是这个现象不会在单目的地设置网络中发生；在任何中间点交叉的交通流和终点的是同质的。从上述两个设置中总结出，任意中间点和标准网络中的目的地的交通流可以被视为均衡的交通分布就像在这两点间分配一样。只要基于弧的交通分配保持不变，任何个人的马尔可夫路径选择行为也不会发生改变。S3：应用基于单纯形法的轴心移动方法求解。为了方便讨论，在交叉口优化问题中应用如下代号。x＝(…,xij,…)，y＝(…,yij,…)，一个基可行解(x,y)中，x是弧流量可行域内的一个基可行解，y仅仅是相关联的可行域的连接集合。基可行解中所有基变量所在的集合被称为“基解”。给定一个基可行解，如果在两个解之间交换一对基变量即可得到另一个基可行解，则这个基可行解被叫做原来的相邻解。所有的相邻解组成了其相邻区域。进一步的，所述基于单纯形法的轴心移动方法，包括以下步骤：S31：获得一个起始基可行解作为当前解并计算其目标函数值z*，在运输表中应用西北角法完成；S32：执行所有候选的轴心移动，通过输入每个非基变量进入基变量中并更新每次移动后的目标函数值，选择具有最小目标函数值z′的最佳移动；S33：比较最佳移动获得的目标函数值z′和当前的目标函数值z*，如果z′≥z*，则一个最优解z*就已经获得；如果z′<z*，执行最佳移动获得更新的基可行解，令z*＝z′并回到步骤S32。相比现有技术,本专利技术具有如下有益效果:作为对解的效率的评估，对比了利用本专利技术基于单纯形法的方法和分支定界法解决交叉口起讫流优化问题的计算时间。在上百个四路交叉口随机生成进入和排出的交通流分布，计算结果显示相比分支定界法本专利技术采用的基于单纯形法的方法可以节省约50％-70％的计算时间。尽管在单交叉口优化问题中这些计算时间节省可以忽略不计，但是当这个方法应用于拥有数以千计交叉口的网络中时，则可以节省大量的时间，尤其当网络优化过程中，每个交叉口优化问题需要被反复计算时,效果更加明显。附图说明图1四路交叉口子网络、图2四路交叉口子网络对应的运输表格；图3基可行解的表示网络、图4基可行解的表示网络对应的运输表格；图5～7是具有潜在交叉点和对应(yij+ymn-1)+数值的一对流量变量xij,xmn的可行域，图5：xij>0,xmn>0；图6：xij>0,xmn≥0；图7：xij≥0,xmn≥0；图8～11是第一个算例和基于单纯形法的解；图8：网络和对应的运输表格；图9：第0次迭代(目标函数值5)；图10：第一次迭代(目标函数值3)；图11：第二次迭代(目标函数值1)；图12～15是第二个算例和基于单纯形法的解；图12：网络和对应的运输表格；图13：第0次迭代(目标函数值7)；图14：第一种迭代(目标函数值3)；图15：第二种迭代(目标函数值3)。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例以本专利技术的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。为了说明该算法的应用过程，这里呈现了一对数值算例。实施例一：图8描绘了该交叉口网络和对应的运输表格；第一步：通过西北角法获得初始基可行解，其中基解由变量x12,x14,x16,x34,x56,x58和x74组成，为简化表述按顺序写出非零的基解，即x0＝(100,108.5,66.2,300.1,33.9,105.5,160.6)，目标函数z0＝5。第二步：从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对疏散网络设计的道路交叉口起讫点流量优化方法，包括以下步骤：S1：交叉口网络建模，给定交叉口子网络的所有入口交通流量和出口交通流量，求解交叉口相交点数目的最小值；S2：确定基本设置，所述确定基本设置步骤进一步包括步骤：S21：设置潜在的交通分配算法产生交通流分布并隐含马尔可夫路径选择行为，所述的马尔可夫路径选择行为是指任何人都会选择自己剩余的路线到目的地而没有考虑自己已经历的从起点到现在位置的路线；交通流量分布的计算遵循到达每个中间节点的计算均视为网络的终点；S22：设置单终点网络建模，所述单终点是指网络中所有人离开或到达任何单起点或中间点均去往相同的目的地；S3：应用基于单纯形法的轴心移动方法求解。

【技术特征摘要】
1.一种针对疏散网络设计的道路交叉口起讫点流量优化方法，包括以下步骤：S1：交叉口网络建模，给定交叉口子网络的所有入口交通流量和出口交通流量，求解交叉口相交点数目的最小值；S2：确定基本设置，所述确定基本设置步骤进一步包括步骤：S21：设置潜在的交通分配算法产生交通流分布并隐含马尔可夫路径选择行为，所述的马尔可夫路径选择行为是指任何人都会选择自己剩余的路线到目的地而没有考虑自己已经历的从起点到现在位置的路线；交通流量分布的计算遵循到达每个中间节点的计算均视为网络的终点；S22：设置单终点网络建模，所述单终点是指网络中所有人离开或到达任何单起点或中间点均去往相同的目的地；S3：应用基于单纯形法的轴心移动方法求解。2.根据权利要求1所述的一种针对疏散网络设计的道路交叉口起讫点流量优化方法，其特征在于，所述求解交叉口相交点数目的最小值，采用以下计算方法：minz(y)＝∑ij,m,n(yij+ymn-1)+(1)目标函数z(y)代表交叉口的相交点数目，并且有(yij+ymn-1)+＝max(0,yij+ymn-1)约束条件为：

【专利技术属性】
技术研发人员：谢驰，张晔，刘海洋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31