一种考虑拥堵空间排队与溢出的静态交通流分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种考虑拥堵空间排队与溢出的静态交通流分配方法。本发明专利技术提出了基于路段编码改进的需求压缩与拥堵回溯算法；建立了用于搜索网络中拥堵路段和标记拥堵空间范围的局部拥堵区域识别算法；提出了全局区域极小局部拥堵区域极大的需求加载路径选择方法；构建了考虑拥堵空间排队和溢出的静态交通流分配的迭代加权求解算法。应用该方法可以提高需求压缩与拥堵回溯的计算效率，避免伪拥堵区域的生成，为形成用户均衡的分配解提供保障，可以用于求解大规模网络的交通分配。用于求解大规模网络的交通分配。用于求解大规模网络的交通分配。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑拥堵空间排队与溢出的静态交通流分配方法


[0001]本专利技术涉及静态交通流分配领域，具体说是一种考虑拥堵空间排队与溢出的静态交通流分配方法。

技术介绍

[0002]静态交通流分配(下文简称交通流分配)作为交通需求预测四阶段法的核心部分，其作用是基于一定规则符合实际地将交通需求分配到道路网中，并计算各路段的交通量。针对传统交通流分配的研究已非常成熟，Wardrop提出了交通流分配的均衡原理，Beckmann等构建了用户均衡的交通流分配模型，Leblance等将Frank
‑
Wolfe算法应用到模型的求解中。袁长伟等基于斯塔克尔伯格博弈，黄合来等基于可靠性的多类用户，对交通流分配模型做了改进。
[0003]但在传统交通流分配中，由于不考虑路段通行能力对分配流量的限制，导致存在路段分配流量大于通行能力的情况。针对这一局限，更多学者开始关注通行能力限制的交通流分配，即分配结果中存在拥堵路段，路段分配流量不大于其通行能力的情况。
[0004]其中，车辆排队形式可根据是否占用道路空间资源，分为点排队形式(point queues)和空间排队形式(spatial queues)。Thompson和Payne，Smith，Bliemer等基于点排队构建了不同的点排队交通流分配模型。空间排队分为隐式空间排队(implicit queues)与显式空间排队(explicit queues)。
[0005]在隐式空间排队研究中，Smith，Yang和Yagar，Larsson和Patriksson，Bell，Nesterov和De Palma，Smith等提出了适用较小规模路网的交通分配模型，假设路段流入量与流出量相等，将排队延误平均到所有的需求流量中，并认为所有需求流在通过路网时都会发生延误。在显式空间排队研究中，Bifulco和Crisalli，Lam和Zhang，Bliemer等，假设路段流出量可以小于流入量，超出路段通行能力的交通分配流量在道路上游形成显式空间排队，未考虑路段容量限制导致的空间排队溢出效应对分配过程与结果的影响；Jin研究了迭代过程中的“震荡”不受收敛问题。
[0006]在显式空间排队分配模型中，根据网络不同的拥堵程度，可以分为完全拥堵模型和局部拥堵模型。在完全拥堵模型研究方向上：岳昊和刘晓玲等建立了完全拥堵条件下的路段阻抗函数，并基于此提出了拥堵道路网静态交通流增量分配的非均衡分配方法；另外，岳昊和张鹏等分析完全拥堵状态下道路用户路径选择特征，给出完全拥堵状态下的用户均衡与系统最优原理，并构建了用户均衡与系统最优的静态拥堵交通流均衡分配模型。在局部拥堵模型研究方向上：Bliemer等增加了路段容量限制来描述拥堵空间排队和溢出对交通流分配的影响，构建了存在局部拥堵的空间排队分配模型；岳昊和任孟杰提出了路网物理瓶颈的识别方法和拥堵回溯算法，分别用于搜索网络拥堵瓶颈和计算拥堵空间排队的长度，基于此构建了考虑拥堵空间排队和溢出的交通流增量分配算法；同时不同于时间片的伪动态交通流分配模型，新建算法的分配结果不仅包括全时段与整体性的路网宏观运行状态，而且包括拥堵瓶颈的具体位置和空间排队的干扰与渗透情况。但上述增量分配法在计
算过程中只考虑最短路原则和全局最短的交通需求加载方法，未考虑道路网中局部拥堵区域内的路径选择特点，易导致求解过程中迭代震荡与不易收敛到稳定解等问题。
[0007]除此之外，在考虑拥堵空间排队与溢出的静态交通流分配中，现有方法还存在以下问题：
[0008]在拥堵回溯的机制中，基于路段出口端点到瓶颈的通行时间，采用“时间最短选择逐步探索”的回溯方法，存在计算过程复杂的缺陷，回溯计算时间过长，容易造成伪拥堵区域。
[0009]无法给出基于可行解探索最优解的探索步长，以及求解大规模网络的迭代加权算法。
[0010]无法确认是否存在用户均衡解。

技术实现思路

[0011]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种考虑拥堵空间排队与溢出的静态交通流分配方法。该方法提出了基于路段编码改进的需求压缩与拥堵回溯算法；建立了用于搜索网络中拥堵路段和标记拥堵空间范围的局部拥堵区域识别算法；提出了全局区域极小局部拥堵区域极大的需求加载路径选择方法；构建了考虑拥堵空间排队和溢出的静态交通流分配的迭代加权求解算法。应用该方法可以提高需求压缩与拥堵回溯的计算效率，避免伪拥堵区域的生成，为形成用户均衡的分配解提供保障，可以用于求解大规模网络的交通分配。
[0012]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0013]一种考虑拥堵空间排队与溢出的静态交通流分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0014]步骤1，初始化：迭代次数n＝1，按照选择最短路作为第一条迭代路径P
rs
(n)，对需求流量Q
rs
进行全有全无分配，得到路径分配需求流量
[0015]步骤2，加载初始交通需求：首先，进行路段编号：从起始路段开始，对被选择路径的路段进行编号；其次，识别物理瓶颈与次生瓶颈，并进行拥堵回溯；最后，得到第n次的路网分配结果，上述第n次的路网分配结果包括：路段分配需求流量流入流量流出流量
[0016]步骤3，更新各路段阻抗：
[0017]步骤4，标记拥堵区域：确定被使用路段的拥堵状态，标记拥堵区域，基于途经瓶颈路段的路径进行拥堵回溯，找到队尾路段的下游端点为拥堵区域起点，瓶颈路段的下游端点为拥堵区域终点；
[0018]步骤5，寻找辅助路径：按照步骤3得到的更新后的寻找第n次的辅助路径P
zrs
(n)，得到辅助路径分配需求流量只基于辅助路径P
2rs
(n)进行交通需求加载，通过路段编号、瓶颈识别、拥堵回溯，得到第n次的路网辅助分配结果，上述第n次的路网辅助分配结果包括：路段的辅助分配需求流量辅助流入流量辅助流出流量
[0019]步骤6，确定流量转移系数：λ为流量转移系数，其数值与迭代次数有关，可通过下式由二分法得出：
[0020][0021]可简化为：
[0022]步骤7，确定新的分配路径簇：将第n次的辅助路径作为第n+1条路径P
rs
(n+1)，即P
rs
(n+1)＝P
zrs
(n)；第n+1条路径P
rs
(n+1)的路径分配需求流量为：第i＝1，2
…
，n条路径P
rs
(i)的路径分配需求流量为：
[0023]步骤8，更新路网分配结果：对新的路径簇中的所有i＝1，2
…
，n+1条被选择路径进行交通需求加载，通过路段编号、瓶颈识别、拥堵回溯，得到第n+1次的路网分配结果，上述第n+1次的路网分配结果包括：路段分配需求流量流入流量流出流量
[0024]步骤9，判断迭代终止条件：如果满足收敛精度ε或超过最大迭代次数M，则终止迭代，分配结果为路段分配需求流量流入流量流出流量否则本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑拥堵空间排队与溢出的静态交通流分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，初始化：迭代次数n＝1，按照选择最短路作为第一条迭代路径P
rs
(n)，对需求流量Q
rs
进行全有全无分配，得到路径分配需求流量步骤2，加载初始交通需求：首先，进行路段编号：从起始路段开始，对被选择路径的路段进行编号；其次，识别物理瓶颈与次生瓶颈，并进行拥堵回溯；最后，得到第n次的路网分配结果，上述第n次的路网分配结果包括：路段分配需求流量流入流量流出流量步骤3，更新各路段阻抗：步骤4，标记拥堵区域：确定被使用路段的拥堵状态，标记拥堵区域；基于途经瓶颈路段的路径进行拥堵回溯，找到队尾路段的下游端点为拥堵区域起点，瓶颈路段的下游端点为拥堵区域终点；步骤5，寻找辅助路径：按照步骤3得到的更新后的寻找第n次的辅助路径P
zrs
(n)，得到辅助路径分配需求流量只基于辅助路径P
zrs
(n)进行交通需求加载，通过路段编号、瓶颈识别、拥堵回溯，得到第n次的路网辅助分配结果，上述第n次的路网辅助分配结果包括：路段的辅助分配需求流量辅助流入流量辅助流出流量步骤6，确定流量转移系数：λ为流量转移系数，其数值与迭代次数有关，可通过下式由二分法得出：可简化为：步骤7，确定新的分配路径簇：将第n次的辅助路径P
zrs
(n)作为第n+1条路径P
rs
(n+1)，即P
rs
(n+1)＝P
zrs
(n)；第n+1条路径P
rs
(n+1)的路径分配需求流量为：第i＝1，2
…
，n条路径P
rs
(i)的路径分配需求流量为：步骤8，更新路网分配结果：对新的路径簇中的所有i＝1，2
…
，n+1条被选择路径进行交通需求加载，通过路段编号、瓶颈识别、拥堵回溯，得到第n+1次的路网分配结果，上述第n+1次的路网分配结果包括：路段分配需求流量流入流量流出流量步骤9，判断迭代终止条件：如果满足收敛精度ε或超过最大迭代次数M，则终止迭代，分配结果为路段分配需求流量流入流量流出流量否则令迭代次数n＝n+1，返回步骤3继续迭代；精度e表达式为：精度当e≤ε时认为符合精度要求。2.如权利要求1所述的一种考虑拥堵空间排队与溢出的静态交通流分配方法，其特征
在于：步骤2的具体步骤为：步骤2

【专利技术属性】
技术研发人员：岳昊，张琦悦，任孟杰，杨子玉，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：