基于路段服务水平约束的路网容量可靠性分析

(1)
本文以此概念为基准 ,建立评价模型.
2. 2 路段行程时间
路径选择的确定是以行程时间为基准的 ,本文
采用 BPR函数确定路段行程时间 ,具体形式如下 :
Ta = ta 1 +β xa n
(2)
Ca
式中 Ta ———路段行驶时间 ;
ta ———路段 a的自流行程时间 ,为一定值 ;
xa ———路段 a上交通流量 ;
D ocum en t code: A
收稿日期 : 2009203217 修回日期 : 2009206211 录用日期 : 2009207220 基金项目 :国家自然科学基金项目 (50278027). 作者简介 :冷军强 (1974 - ) ,男 ,山东威海人 ,博士生. 3 通讯作者 : zxlt0905@163. com
ability. A numerical examp le is p rovided to illustrate the p racticality of the p roposed model under different LOS
requirements. This model can effectively p rovide grounds for road network p lanning, managment, and imp rove2
即满足一定的行程时间服务水平要求. 如要求行
程时间可靠性不低于
γ a
,
可表示为
Ra = P [ Ta ≤ ( 1 +δ) ta ] ≥γa
(3)
式中 Ra ———路段 a的行程时间可靠性 ; δ———反映出行者对行程时间增量的容忍度 ,
反映行程时间服务水平要求 ;
γ a
———可接受的行程时间可靠性的下限值 ,
p rogramm ing model was p roposed based on the subjection of LOS. The threshold of increased travel time and satu2
ration as subjections are p roposed in the upper p rogramm ing model. The stochastic user equilibrium (SUE) is set
第 9卷 第 5期 2009年 1 0月
交通运输系统工程与信息
Journal of Transportation System s Engineering and Information Technology
文章编号 : 100926744 (2009) 0520148205
系统工程理论与方法
Vol19 No15 October 2009
由于篇幅限制本文仅列出od对15的可靠性路段通行能力理论值与仿真估计值table2statisticalvalueoflinkcapacities表3od对交通需求理论值与仿真估计值table3statisticalvalueofoddemand表4od在各服务水平下的可靠性table4reliabilityofod15atdifferentlos用者及管理者对道路服务水平的要求从路段的层研究结论面即路段上可能出现的交通拥堵程度及出行者对本文在确定路网最大容量时全面考虑路网使路段行程时间增量容忍度两方面描述服务水平研152交通运输系统工程与信息2009年10o8060402的可靠性fig3reliabilityatvariouscapacityandtraveltimelosodpair15究了在上述路段服务水平约束下的路网容量可靠性构建了相应的双层规划模型并设计了有效的求解方法
以上研究比较有效的方法是 Chen、刘海旭等 建立的双层规划模型. 但该模型在最大化路网备 用能力最大乘子 μ的过程中 ,并没有充分考虑路段
服务水平的约束 ,从而导致计算结果不能很好地体 现在不同服务水平要求下的路网容量可靠性. 因 此 ,本文的研究目的在于 ,对双层规划模型进行改 进 ,在约束条件中引入体现服务水平的行程时间增 量 、路段饱和度指标. 并采用遗传算法与 Monte Carlo 仿真相结合的方法 ,对模型进行求解.
2 模型建立
2. 1 路网容量可靠性概念
容量可靠性是从通行能力的角度研究路网的可
靠性 ,是指路网在可接受的服务水平下能够容纳一
定交通量的概率. 它反映了路网在道路通行能力受
随机因素影响下的应变能力 ,能够明确地反映出道
路的运行情况 ,是衡量路网可靠性的重要指标.
目前 ,还没有一个统一的路网容量可靠性概
1
n
F- 1 Ca
(1
-
γ a
( a. School of Automobile Engineering; b. School of Transportation Science and Engineering; c. School of M arine Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)
中图分类号 : U491
文献标志码 : A
A ssessm en t of Road Network Capac ity Reliab ility Ba sed on the Constra in ts of L ink LO S
LEN G Jun2qianga, b , ZHAN G Ya2p ingb , ZHAO Ying2p inga , L EN G Yu2quanc
ment of road network performance. Key words: reliability; urban traffic; road network capacity; Monte Carlo simulation; level of service
(LO S) CLC num ber: U491
念. 其中比较经典的是 Chen ( 1999 )提出的 ,道路
交通网络能够容纳一定交通量的概率. 此概念是
在备用能力的基础上提出的. 因为路段通行能力
是随机变化的 ,故备用能力也是随机变量 ,用交通
量最大乘子
μ表示
,如果用
μ r
表示实际的交通量
水平 , Chen提出容量可靠性表达式可表示为
R (μr ) = P (μr ≤μ)
up in the lower p rogramm ing model to follow the characteristics of route choice. The paper p roposes an assessment
methodology, which integrates genetic algorithm and Monte Carlo simulation methods to evaluate the capacity reli2
Ca ———路段 a通行能力 ;
β、n ———参数.
2. 3 路径选择行为
除了路段容量和交通需求的随机变化外 ,另一
个影响路网整体可靠性的重要因素是出行者路径
选择行为. 出行者的路径选择行为决定了交通需
求在路网中的分配 , 从而最终影响路网的容量可
靠性. 以往的路网可靠性分析大都假设出行者依
据确定性用户均衡模型 DUE (Determ inistic U ser E2
者和交通管理者的重视 ,而现有评价方法大多在确定路网最大容量过程中并没有综合考
虑服务水平的约束. 本文为在路网容量可靠性评价中更好地体现出行者及管理者对服务
水平的要求 ,新建了基于服务水平约束的路网容量可靠性双层规划模型. 以行程时间增量
系数和饱和度系数为约束构建上层规划 ,结合用户路径选择行为的特点 ,选用 SUE (随机
基于路段服务水平约束的路网容量 可靠性分析
冷军强 a, b ,张亚平 3 b ,赵莹萍 a ,冷雨泉 c
(哈尔滨工业大学 a. 汽车工程学院 ; b. 交通科学与工程学院 ; c. 船舶工程学院 ,哈尔滨 150090)
摘要 : 路网容量可靠性是评价路网综合性能的重要指标之一 ,已越来越受到路网规划
quilibrium ) 选择出行路径 , 然而 DUE分配模型假
150
交通运输系统工程与信息
2009年 10月
定路网使用者都准确知道路网中各条路线的交通
状况和所需的出行费用 , 通常这与实际情况不相
符. 在实际的道路交通中 , 由于路网的复杂性和
交通状况的随机性 , 道路使用者并不完全知道网
容量可靠性概念是由美国犹他州立大学 Chen 等人于 1999年提出的. Chen 等又于 2002 年以备 用通行能力 (Reserve Capacity)概念为基础构建了 路网容量可靠性模型 ,并进一步以蒙特卡罗为基 础 ,结合可靠性分析 、不确定性分析 、路网均衡模 型 、灵敏度分析等多种方法 ,提出一套完整的评估 退化道路网可靠性的方法 [ 1 ] . 2000 年 , Lo 和 Tung 将路网容量可靠性看作是在路段容量和行程时间 可靠性双重约束下 ,能够承受的最大交通流量 ,并 建立了 路 网 容 量 可 靠 性 的 随 机 约 束 线 性 规 划 模 型 [ 5 ]. 2003年 , Lo等提出 PU E (概率用户平衡 )模 型以反映随机路网中出行者的路径选择行为 ,并以 此为基础计算路网的容量可靠性. 由于 Lo将路段 通行能力的随机变动转换为路段通行能力的确定 性约束 ,因此与 Chen 的方法比较 ,计算量相对要 小 [ 6 ]. 刘海旭 、蒲云于 2004年 ,基于路网容量可靠 性概念的分析 ,构造了双层规划模型. 根据模型中 反映的路径选择行为特点 ,用灵敏度分析法求解路 网容量可靠性模型 ,并给出了简单的算例 [ 7 ].
络上的交通流状态 , 他们对出行路径的选择往往
是随机的 , 因此可以为双层规划的下层.
2. 4 双层规划模型的建立
在确定路网最大容量时需考虑两方面约束 :一
是受路段容量的约束 ,即满足一定的容量服务水平
要求 ;二是必须满足一定的行程时间可靠性约束 ,
用户平衡 )分配模型作为下层规划. 采用遗传算法和 Monte Carlo仿真相结合的方法求解
容量可靠性模型 ,并给出了算例. 计算结果表明 ,该模型能够较好地体现不同服务水平要
求下的路网容量可靠性 ,并为城市路网规划、管理及路网性能的改善提供依据.
关键词 : 可靠性 ;城市交通 ;路网容量 ; Monte Carlo仿真 ;服务水平
第 5期
基于路段服务水平约束的路网容量可靠性分析
1 49
1 引 言
交通运输网络作为重要的生命线系统之一 , 其运行稳定性直接关系人民的生命财产安全及国 民经济的正常发展. 然而 ,由于道路交通系统是一 个庞大的综合性动态系统 ,具有随机性 、动态性和 复杂性. 路网受到日常交通供需矛盾 、雨雪等不利 天气以及交通事故等影响 ,引起路网性能波动 ,使 出行的准点率 、安全性 、舒适性大大降低. 为了衡 量道路网在这类情况下的应变能力和承受能力 ,提 出路网可靠性指标. 路网可靠性指标主要包括 :连 通可靠性 、行程时间可靠性 、容量可靠性 [ 1 - 3 ]. 连 通可靠性主要是针对地震等极端恶劣条件下的路 网可靠性评价. 行程时间可靠性用于评价出行的 准点率 ,是路网使用者最为关心的评价指标 ,而容 量可靠性用来评价路网容量满足一定交通需求水 平的概率 , 是路网规划者 、管理者最为关心的指 标 [ 4 ]. 目前 ,路网可靠性的研究主要集中在行程时 间 、容量可靠性两方面. 本文针对容量可靠性进行 研究.
Abstract: A s one of the most important indexes of road network performance, the capacity reliability is consid2
erably emphasized by the road network p lanners and managers. Most of the existing evaluation methods in deter2
m ining the road network maximum capacity pay no attention to the subjections of level of service (LOS). To re2
flect the LOS demand of travelers and managers in estimating the road network capacity reliability, the bi2level
该值随路段的不同而不同 ,因为出行者对不同路段
交通拥堵的容忍程度不同.
γ a
可以通过
SP调查统
计等方法确定.
将公式 (2)代入公式 (3)可得 :
P
β δ
1
n
xa
≤ Ca
≥γa
(4)
假定 Ca 分布形式已知 ,则约束式 ( 4 )经等价 显示化处理之后 ,可从形式上转变为常规约束 :
xa ≤
δ β