TRANBBS城市路網(wǎng)路線誘導(dǎo)系統(tǒng)TRANBBS交通流優(yōu)化策略 

　　一、前言 
　　目前的城市交通擁擠，在很大程度上是因?yàn)橛捎谌狈τ嘘P(guān)信息和引導(dǎo)，駕駛員不能合理選擇路線，從而造成交通量在道路網(wǎng)上分布不均衡造成的。路線誘導(dǎo)系統(tǒng)（Route Guidance System）通過(guò)推薦行駛路線來(lái)幫助駕駛員選擇路線，以充分利用現(xiàn)存的道路網(wǎng)絡(luò)、有效地緩解交通擁擠。1967年，美國(guó)運(yùn)輸部公共道路局就開始研制開發(fā)電子路線誘導(dǎo)系統(tǒng)ERGS，以向駕駛員提供最優(yōu)路線。80年代，美國(guó)、日本和德國(guó)開始大規(guī)模地進(jìn)行路線誘導(dǎo)系統(tǒng)的研究開發(fā)，以此帶動(dòng)了整個(gè)ITS領(lǐng)域的研究和開發(fā)。目前RGS已集成入各國(guó)／地區(qū)組織的ITS計(jì)劃中。隨著相關(guān)TRANBBS技術(shù)的成熟和系統(tǒng)的實(shí)用化，路線誘導(dǎo)將在未來(lái)的交通管理中扮演重要角色。 
　　路線誘導(dǎo)是通過(guò)向駕駛員提供最優(yōu)路線的形式求得路網(wǎng)交通流優(yōu)化的措施，實(shí)質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)交通流的再分配。因此，選擇合理可行的誘導(dǎo)目標(biāo)、確定即以何種交通流優(yōu)化模式來(lái)實(shí)施誘導(dǎo)是十分重要的。誘導(dǎo)目標(biāo)是誘導(dǎo)策略（Strategy）的首要因素，決定著誘導(dǎo)系統(tǒng)的模型方法體系，是誘導(dǎo)系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容。誘導(dǎo)效益從根本上取決于誘導(dǎo)目標(biāo)，誘導(dǎo)目標(biāo)必須以誘導(dǎo)效益為制定依據(jù)。本文對(duì)選取交通流優(yōu)化模式對(duì)于誘導(dǎo)的意義，優(yōu)化模型的確定方法及誘導(dǎo)目標(biāo)策略進(jìn)行了論述。 
　　二、路線誘導(dǎo)策略與交通流優(yōu)化目標(biāo) 
　　誘導(dǎo)策略是誘導(dǎo)系統(tǒng)的核心思想，它確定向用戶提供什么樣的路線、如何來(lái)對(duì)車輛誘導(dǎo)的問(wèn)題，決定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行目標(biāo)和機(jī)制，以及對(duì)系統(tǒng)軟硬件構(gòu)成的要求，是確定系統(tǒng)其他因素的基礎(chǔ)。誘導(dǎo)策略的要素包括誘導(dǎo)目標(biāo)、誘導(dǎo)變量和路線尋找方法。誘導(dǎo)目標(biāo)指進(jìn)行誘導(dǎo)所要達(dá)到的最優(yōu)目標(biāo)，是制定誘導(dǎo)策略的出發(fā)點(diǎn)。誘導(dǎo)因素指的是誘導(dǎo)策略中尋找最優(yōu)路線的依據(jù)。如果將誘導(dǎo)與一個(gè)優(yōu)化過(guò)程相對(duì)應(yīng)，則誘導(dǎo)目標(biāo)、誘導(dǎo)變量和路線尋找方法分別對(duì)應(yīng)著優(yōu)化過(guò)程的目標(biāo)函數(shù)、優(yōu)化變量和優(yōu)化算法。其中，誘導(dǎo)目標(biāo)是最基本的要素（楊&曾，1999）。 
　　誘導(dǎo)策略取決于管理者的要求、用戶的特征和實(shí)施條件。誘導(dǎo)策略的確定是綜合各種因素的結(jié)果，即：是在滿足管理者的要求和用戶需求下，依照用戶特性，在保證實(shí)施可行性的范圍內(nèi)進(jìn)行。路線誘導(dǎo)是通過(guò)調(diào)整駕駛員的行駛路線，使得路網(wǎng)交通流分配達(dá)到所希望的狀態(tài)。對(duì)于管理者來(lái)說(shuō)，最關(guān)心的問(wèn)題是：路線誘導(dǎo)與信息提供能否一定有利于緩解交通擁擠，是否能使路網(wǎng)交通狀態(tài)達(dá)到滿意的狀態(tài)？誘導(dǎo)用戶則希望誘導(dǎo)信息能幫助自己選擇一條最滿意的路線。而可行的誘導(dǎo)策略，應(yīng)在系統(tǒng)利益和用戶利益間尋找一種平衡。推薦路線一方面應(yīng)保證用戶的應(yīng)獲利益，另一方面要不對(duì)系統(tǒng)利益造成不能容許的損害。具體地說(shuō)就是：在向用戶推薦路線時(shí)上述兩類路線都應(yīng)當(dāng)避免。合理誘導(dǎo)目標(biāo)－－交通流優(yōu)化模式的確定對(duì)于解決這一問(wèn)題具有重要意義。 
　　三、擁擠條件下城市路網(wǎng)誘導(dǎo)的優(yōu)化目標(biāo) 
　　在傳統(tǒng)的交通分配的兩種模式：系統(tǒng)最優(yōu)（System Optimum，SO）和用戶最優(yōu)（User Optimum，UO）中，通常認(rèn)為交通管理者期望實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)，而用戶最優(yōu)更易為用戶所接受。在用于誘導(dǎo)時(shí)，兩者的缺點(diǎn)也是很明顯的，SO策略可能向用戶推薦行程時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的路線，而UO策略可能將用戶誘導(dǎo)到行程時(shí)間短但擁擠嚴(yán)重的路線上，從而大大增加其它用戶的行程時(shí)間，使系統(tǒng)效益受損。 
　　以傳統(tǒng)的平衡分配原理為基礎(chǔ)，通過(guò)費(fèi)用函數(shù)的變換，可以導(dǎo)出基于延誤的兩類平衡分配原則。與SO和UO類似，可將其稱為SDO（System Delay Optimum）和UDO（User Delay Optimum），統(tǒng)稱延誤平衡模式。與此對(duì)應(yīng)，將傳統(tǒng)基于行程時(shí)間的分配模式稱為行程時(shí)間平衡模式。有關(guān)于幾種平衡模式的比較分析可參見（曾，2000）。這里我們只給出兩個(gè)基本的結(jié)論： 
　　1.延誤平衡模式分配得到的系統(tǒng)總延誤小于行程時(shí)間平衡模式 
　　2.在擁擠條件下，延誤平衡模式分配得到的系統(tǒng)總行程時(shí)間在SO和UO分配的系統(tǒng)之間延誤模式對(duì)應(yīng)于通行能力最大化的配流目的，與交通控制系統(tǒng)的延誤最小目標(biāo)相一致，有利于實(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的集成。研究表明，在擁擠條件下路線行程時(shí)間中延誤占較大比例，城市路網(wǎng)中路線間行程時(shí)間差別往往取決于延誤大小，使用延誤分配模式優(yōu)化路網(wǎng)交通流，由于以延誤最小為優(yōu)化目標(biāo)，較傳統(tǒng)的系統(tǒng)最優(yōu)和用戶最優(yōu)模式，能更有效地減少交叉口擁擠。從系統(tǒng)總行程時(shí)間來(lái)考察也具有一定的優(yōu)勢(shì)。幾種分配模式的費(fèi)用比較見圖1、1.1。 
　　值得注意的是，延誤模式并不能消除對(duì)用戶不利的影響，即不能避免推薦繞行距離過(guò)長(zhǎng)的路線。但從城市路網(wǎng)的特點(diǎn)來(lái)看，由于路網(wǎng)密度大、替換路線多，尋找合適距離的繞行路線是比較可行的。在上述的UDE、SDO和SO分配模式中，可以使用容許行程時(shí)間比來(lái)對(duì)推薦路線進(jìn)行約束。容許行程時(shí)間比定義為：用戶對(duì)推薦路線的容許行程時(shí)間與最短路線行程時(shí)間的比值。 
　　容許行程時(shí)間比的意義在于保證路線的行程時(shí)間與用戶期望的行程時(shí)間的差異保持在一個(gè)可接受水平上。通過(guò)調(diào)整容許行程時(shí)間比的取值，可以使優(yōu)化目標(biāo)在和UDE－SDO－SO－UE間移動(dòng)。不管使用UDE、SDO和SO中哪一種分配模式，當(dāng)容許行程時(shí)間比為1時(shí)，所得分配結(jié)果與UE相同。在圖1中，以兩條路線為例，給出了形象的解釋（曾，2000）。 
　　基于延誤模式還可以得出城市路網(wǎng)誘導(dǎo)的兩個(gè)原則： 
　　1.逐步分流原則 
　　考慮城市路網(wǎng)密度大、可替換路線多的特點(diǎn)，確定交通的轉(zhuǎn)移原則：以相鄰路線逐步轉(zhuǎn)移交通量，實(shí)現(xiàn)從擁擠路線到非擁擠路線的交通分流。此原則的一個(gè)重要目的是從動(dòng)態(tài)路線調(diào)整方面考慮用戶對(duì)繞行距離－行程時(shí)間的要求。 
　　2.多路線誘導(dǎo)原則 
　　多路徑誘導(dǎo)要求以多條合理路線作為向用戶推薦的路線，而不僅是傳統(tǒng)的最短（快）路。按照前述的誘導(dǎo)原則，合理路線可定義為路線上（主要指沿線交叉口）沒有嚴(yán)重的擁擠、對(duì)駕駛員來(lái)說(shuō)行程時(shí)間是可接受的路線。合理路線是近最優(yōu)路線集，應(yīng)滿足如下條件：駕駛員在其中選擇哪一條，對(duì)網(wǎng)絡(luò)上交通均衡分布產(chǎn)生的影響均應(yīng)在允許的范圍內(nèi)。 
　　四、路線誘導(dǎo)宏觀策略 
　　路線誘導(dǎo)宏觀策略是指隨誘導(dǎo)系統(tǒng)市場(chǎng)化進(jìn)程而相應(yīng)地制定的誘導(dǎo)優(yōu)化目標(biāo)及相關(guān)方法的策略體系。如前所述，誘導(dǎo)優(yōu)化目標(biāo)的制定依據(jù)主要是誘導(dǎo)效益，包括系統(tǒng)效益和用戶利益。誘導(dǎo)效益與路網(wǎng)形態(tài)、需求水平及其分布和誘導(dǎo)車輛比率等因素有關(guān)。在一定的路網(wǎng)形態(tài)和交通需求條件下，誘導(dǎo)車輛比率對(duì)誘導(dǎo)效益有決定性的作用。通常使用誘導(dǎo)系統(tǒng)的市場(chǎng)化水平（LMP：Level of Market Penetration）來(lái)分析誘導(dǎo)車輛比率。 
　　誘導(dǎo)用戶的利益可分為直接利益和間接利益兩部分考察，直接利益是當(dāng)前誘導(dǎo)率條件下用戶因使用誘導(dǎo)系統(tǒng)而獲得的利益，表現(xiàn)為擁有誘導(dǎo)設(shè)備與無(wú)誘導(dǎo)設(shè)備時(shí)的利益差；間接利益是因誘導(dǎo)而使路網(wǎng)狀態(tài)優(yōu)化后的利益，這一利益是全體用戶都可獲得。單個(gè)用戶在考慮是否購(gòu)買誘導(dǎo)設(shè)備時(shí)，關(guān)心的是直接利益，即自己購(gòu)買誘導(dǎo)設(shè)備可能為自己帶來(lái)的利益。因此直接利益可以用來(lái)估計(jì)用戶購(gòu)買誘導(dǎo)設(shè)備的需求意向。 
　　在誘導(dǎo)目標(biāo)與誘導(dǎo)率的關(guān)系上有如

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下的結(jié)論： 
　　1.誘導(dǎo)效益隨誘導(dǎo)率升高，在誘導(dǎo)車輛比率達(dá)到一定比率時(shí)穩(wěn)定在一個(gè)上界點(diǎn)。這一誘導(dǎo)車輛比率稱為臨界誘導(dǎo)率（如圖3所示）。低誘導(dǎo)比率條件下誘導(dǎo)效益主要是直接效益，而高誘導(dǎo)比率條件下誘導(dǎo)效益則主要來(lái)自于間接效益。 
　　2.在低誘導(dǎo)率條件或低需求水平下，各種優(yōu)化模式差別很小，中誘導(dǎo)率條件下分配模式對(duì)系統(tǒng)總體利益和用戶直接利益的影響較大基于上述結(jié)論可以確立基于誘導(dǎo)率的多階段誘導(dǎo)策略目標(biāo)，即針對(duì)隨誘導(dǎo)系統(tǒng)的市場(chǎng)化的誘導(dǎo)率變化確定不同的誘導(dǎo)目標(biāo)，目標(biāo)調(diào)整的依據(jù)是管理者和要求和用戶的需求： 
　　1.誘導(dǎo)的優(yōu)化目標(biāo)應(yīng)隨誘導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)整，依據(jù)是管理者和要求和用戶的需求以及兩者在當(dāng)前誘導(dǎo)率水平下的獲利特點(diǎn) 
　　2.在低誘導(dǎo)率條件或低需求水平下，應(yīng)以保證用戶利益為主 
　　3.在中等誘導(dǎo)比率條件下，在追求系統(tǒng)效益的同時(shí)保證用戶利益十分重要 
　　五、結(jié)語(yǔ) 
　　本文分析了不同交通流優(yōu)化模式的系統(tǒng)效益和用戶效益的差別，以及效益和誘導(dǎo)率的關(guān)系。研究目的主要是建立適應(yīng)于不同誘導(dǎo)率下的誘導(dǎo)策略目標(biāo)，作為誘導(dǎo)系統(tǒng)研究開發(fā)的理論基礎(chǔ)之一。實(shí)用的路線誘導(dǎo)應(yīng)以解決城市路網(wǎng)的擁擠問(wèn)題為目標(biāo)，充分考慮城市道路網(wǎng)絡(luò)交通狀況復(fù)雜多變的特點(diǎn)，制定實(shí)用、靈活的路線誘導(dǎo)目標(biāo)策略。在此基礎(chǔ)上，從數(shù)據(jù)采集、優(yōu)化計(jì)算時(shí)間、與交通控制系統(tǒng)的集成等方面入手，以與實(shí)際相結(jié)合為建設(shè)原則，開發(fā)實(shí)用性強(qiáng)、效益好的誘導(dǎo)方法，應(yīng)是我國(guó)誘導(dǎo)系統(tǒng)研究開發(fā)的基本方向。 

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