随机用户均衡交通分配问题的蚁群优化算法
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杨 临 涧１,２,赵 祥 模１,贺 冰 花１,魏 秋 月１,安 毅 生１
(１������ 长安大学 信息工程学院,陕西 西安 ７１００６４;２������ 云南省道路运输管理局,云南 昆明 ６５００３１)
摘 要 :研 究 了 出 行 者 对 路 网 熟 悉 程 度 的 指 标 与 交 通 流 分 配 均 衡 性 之 间 的 关 系 ,提 出 了 具 有 指 数 形 式 信息素更新策略的随机用户均衡模型蚁群优化算法,建立了从 Logit模型加载,到交通需求确认及路 径流量、路段流量、路段阻抗、路径阻抗迭代计算的交通分配动态循环流程;计算了 NguyenＧDupuis路 网模型中各路段的流量与阻抗,并与连续平均算法计算结果进行比较;通过调节出行者对路网熟悉程 度的因子,分析了蚁群优化算法与连续平均算法的敏感性.研究结果表明:采用连续平均算法和蚁群 优化算法计算的路段流 量 分 布 分 别 为 ２０~２８０、４０~２６０pcu,蚁 群 优 化 算 法 的 流 量 分 布 区 间 减 小 了 １５．４％ ,路 段 流 量 的 最 大 值 减 小 了 ７．１％ ,因 此 ,采 用 蚁 群 优 化 算 法 计 算 的 路 段 流 量 较 为 均 衡 ;采 用 蚁 群优化算法时,在 NguyenＧDupuis路网模型中各路段流量的标准差从６５pcu降至４８pcu,８８％可选路 径的阻抗分布在６１~６４,且 ８４％ 的 路 径 阻 抗 低 于 采 用 连 续 平 均 算 法 计 算 的 阻 抗 ,因 此 ,采 用 蚁 群 优 化 算 法 减 少 了 用 户 出 行 时 间 ;当 路 网 熟 悉 程 度 分 别 为 ０．０１、０．１、１、２、７、１１ 时 ,采 用 连 续 平 均 算 法 计 算 的 路 段 流 量 标 准 差 分 别 为７５、６５、５０、４７、４５、４５pcu,采 用 蚁 群 优 化 算 法 计 算 的 路 段 流 量 标 准 差 分 别 为４８、４８、４８、４７、４３、４３pcu,可 见 ,随 着 路 网 熟 悉 程 度 的 增 大 ,分 配 在 各 路 段 上 的 流 量 范 围 逐 渐 减 小,标准差趋于稳定,信息素更新策略对出行者的路径选择概 率 影 响 越 明 显,出 行 者 选 择 阻 抗 小 的 路 径 的 概 率 变 大 ,因 此 ,采 用 蚁 群 优 化 算 法 对 路 段 的 流 量 分 配 逐 渐 优 于 连 续 平 均 算 法 . 关 键 词 :智 能 交 通 ;动 态 交 通 流 分 配 ;蚁 群 优 化 算 法 ;随 机 用 户 均 衡 问 题 ;Logit模 型 ;敏 感 性 分 析 中 图 分 类 号 :U４９１．１２３ 文 献 标 志 码 :A
收 稿 日 期 :２０１８Ｇ０２Ｇ１５ 基 金 项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (５１２７８０５８);高 等 学 校 学 科 创 新 引 智 计 划 项 目 (B１４０４３) 作 者 简 介 :杨 临 涧 (１９８０Ｇ),男 ,山 东 兰 陵 人 ,长 安 大 学 工 学 博 士 研 究 生 ,从 事 交 通 运 输 规 划 与 管 理 研 究 . 导 师 简 介 :赵 祥 模 (１９６６Ｇ),男 ,重 庆 大 足 人 ,长 安 大 学 教 授 ,工 学 博 士 .
(１．SchoolofInformationEngineering,Chang���a���n University,Xi���a���n７１００６４,Shaanxi,China; ２．RoadTransportAdministrationofYunnanProvince,Kunming６５００３１,Yunnan,China)
Anantcolonyoptimizationalgorithmofstochasticuser equilibriumtrafficassignmentproblem
YANG LinＧjian１,２,ZHAO XiangＧmo１,HEBingＧhua１,WEIQiuＧyue１,AN YiＧsheng１
第 １８ 卷 第 ３ 期 ２０１８ 年 ６ 月
交通运输工程学报 JournalofTrafficandTransportationEngineering
Vol������１８ No������３ June２０１８
文 章 编 号 :１６Biblioteka Baidu１Ｇ１６３７(２０１８)０３Ｇ０１８９Ｇ１０
随机用户均衡交通分配问题的蚁群优化算法
Abstract:Therelationship betweentheindicatorsofthetraveler���s��� familiarity withtheroad networkandtheequilibrium oftrafficflow assignmentwasstudied．Anantcolonyoptimization algorithm withthepheromoneupdatestrategyofexponentialform wasproposedtosolvethe stochasticuserequilibriumproblem．Inaddition,thedynamiccycleprocessoftrafficassignment wasestablishedfromthelogitmodelloadingtotheiterativecalculationsoftrafficdemand,path flow,roadflow,roadimpedanceandpathimpedance．Theroadflowsandroadimpedancesof NguyenＧDupuisroadnetwork modelwerecalculatedandcompared withtheresultcomputedby thesuccessiveaveragealgorithm．Thesensitivitiesofantcolony optimization algorithm and successiveaveragealgorithm wereanalyzedbyadjustingthefactorsofthetraveler���s��� familiarity
(１������ 长安大学 信息工程学院,陕西 西安 ７１００６４;２������ 云南省道路运输管理局,云南 昆明 ６５００３１)
摘 要 :研 究 了 出 行 者 对 路 网 熟 悉 程 度 的 指 标 与 交 通 流 分 配 均 衡 性 之 间 的 关 系 ,提 出 了 具 有 指 数 形 式 信息素更新策略的随机用户均衡模型蚁群优化算法,建立了从 Logit模型加载,到交通需求确认及路 径流量、路段流量、路段阻抗、路径阻抗迭代计算的交通分配动态循环流程;计算了 NguyenＧDupuis路 网模型中各路段的流量与阻抗,并与连续平均算法计算结果进行比较;通过调节出行者对路网熟悉程 度的因子,分析了蚁群优化算法与连续平均算法的敏感性.研究结果表明:采用连续平均算法和蚁群 优化算法计算的路段流 量 分 布 分 别 为 ２０~２８０、４０~２６０pcu,蚁 群 优 化 算 法 的 流 量 分 布 区 间 减 小 了 １５．４％ ,路 段 流 量 的 最 大 值 减 小 了 ７．１％ ,因 此 ,采 用 蚁 群 优 化 算 法 计 算 的 路 段 流 量 较 为 均 衡 ;采 用 蚁 群优化算法时,在 NguyenＧDupuis路网模型中各路段流量的标准差从６５pcu降至４８pcu,８８％可选路 径的阻抗分布在６１~６４,且 ８４％ 的 路 径 阻 抗 低 于 采 用 连 续 平 均 算 法 计 算 的 阻 抗 ,因 此 ,采 用 蚁 群 优 化 算 法 减 少 了 用 户 出 行 时 间 ;当 路 网 熟 悉 程 度 分 别 为 ０．０１、０．１、１、２、７、１１ 时 ,采 用 连 续 平 均 算 法 计 算 的 路 段 流 量 标 准 差 分 别 为７５、６５、５０、４７、４５、４５pcu,采 用 蚁 群 优 化 算 法 计 算 的 路 段 流 量 标 准 差 分 别 为４８、４８、４８、４７、４３、４３pcu,可 见 ,随 着 路 网 熟 悉 程 度 的 增 大 ,分 配 在 各 路 段 上 的 流 量 范 围 逐 渐 减 小,标准差趋于稳定,信息素更新策略对出行者的路径选择概 率 影 响 越 明 显,出 行 者 选 择 阻 抗 小 的 路 径 的 概 率 变 大 ,因 此 ,采 用 蚁 群 优 化 算 法 对 路 段 的 流 量 分 配 逐 渐 优 于 连 续 平 均 算 法 . 关 键 词 :智 能 交 通 ;动 态 交 通 流 分 配 ;蚁 群 优 化 算 法 ;随 机 用 户 均 衡 问 题 ;Logit模 型 ;敏 感 性 分 析 中 图 分 类 号 :U４９１．１２３ 文 献 标 志 码 :A
收 稿 日 期 :２０１８Ｇ０２Ｇ１５ 基 金 项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (５１２７８０５８);高 等 学 校 学 科 创 新 引 智 计 划 项 目 (B１４０４３) 作 者 简 介 :杨 临 涧 (１９８０Ｇ),男 ,山 东 兰 陵 人 ,长 安 大 学 工 学 博 士 研 究 生 ,从 事 交 通 运 输 规 划 与 管 理 研 究 . 导 师 简 介 :赵 祥 模 (１９６６Ｇ),男 ,重 庆 大 足 人 ,长 安 大 学 教 授 ,工 学 博 士 .
(１．SchoolofInformationEngineering,Chang���a���n University,Xi���a���n７１００６４,Shaanxi,China; ２．RoadTransportAdministrationofYunnanProvince,Kunming６５００３１,Yunnan,China)
Anantcolonyoptimizationalgorithmofstochasticuser equilibriumtrafficassignmentproblem
YANG LinＧjian１,２,ZHAO XiangＧmo１,HEBingＧhua１,WEIQiuＧyue１,AN YiＧsheng１
第 １８ 卷 第 ３ 期 ２０１８ 年 ６ 月
交通运输工程学报 JournalofTrafficandTransportationEngineering
Vol������１８ No������３ June２０１８
文 章 编 号 :１６Biblioteka Baidu１Ｇ１６３７(２０１８)０３Ｇ０１８９Ｇ１０
随机用户均衡交通分配问题的蚁群优化算法
Abstract:Therelationship betweentheindicatorsofthetraveler���s��� familiarity withtheroad networkandtheequilibrium oftrafficflow assignmentwasstudied．Anantcolonyoptimization algorithm withthepheromoneupdatestrategyofexponentialform wasproposedtosolvethe stochasticuserequilibriumproblem．Inaddition,thedynamiccycleprocessoftrafficassignment wasestablishedfromthelogitmodelloadingtotheiterativecalculationsoftrafficdemand,path flow,roadflow,roadimpedanceandpathimpedance．Theroadflowsandroadimpedancesof NguyenＧDupuisroadnetwork modelwerecalculatedandcompared withtheresultcomputedby thesuccessiveaveragealgorithm．Thesensitivitiesofantcolony optimization algorithm and successiveaveragealgorithm wereanalyzedbyadjustingthefactorsofthetraveler���s��� familiarity