基于元胞自动机模拟和遗传算法改进的动态网络分配模型分析文献综述

 2023-10-30 11:53:32

文献综述

本课题研究的现状及发展趋势:

1. 研究现状

动态交通网络分配(DTA)是研究时变条件下出行者的择路行为在交通网络上引起的流量变化与分布。它是以道路网交通流为对象,以道路交通控制管理为目标开发出来的需求预测法。与静态交通配流相比,DTA考虑了道路交通需求随时间变化的特性,同时适用于自由流与交通拥挤流,且更能反映道路交通的实际情况。动态的道路需求分析模型能够更广泛、更确切地描述城市道路交通网络上的、各种道路交通现象,是动态道路交通网络分析、动态道路交通需求分析的一个重要组成部分,也是ITS项目中最重要的关键技术以及核心技术之一。

(1)国外研究现状。一般有两种描述交通流状况的模型,包括道路交通流模型和动态道路网络交通流模型。其中道路交通流模型的发展始于20世纪三四十年代的概率论模型,经过了运动学模型、跟驰模型、流体动力学模型的不断推进,发展到90年代的元胞自动机模型。道路网络交通流模型的研究始于20世纪的出行路径选择的用户均衡原理与等价数学规划模型,随后出现了随机效用理论、组合网络模型、网络设计问题的模型与求解、随机均衡分配模型,到90年代的动态分配模型。2018年,Kucharski[1]等人提出了信息合规模型(ICM),该模型扩展了Gentile在2016年提出的宏观单日动态交通网络分配模型,当交通事件及其对拥塞的影响信息在驾驶员之间和交通网络上传播时,ICM能够模拟预测出事件在时间与空间中路径重塑的演变,从而创造性地将DTA中动态用户均衡的概念进一步细化。2018年,Zhao[2]等人用图解法分析了基于单日激励的路径选择策略的三交替网络动态交通分配问题,基于变分法绘制了动态系统最优(DSO)分配路线,比较完整地提出了实现DSO的一种策略。2018年,Friesz[3]等人将变分不等式理论应用于动态用户均衡问题,旨在为研究人员提供一种新的参考。2018年,Wang[4]等人综述了DTA模型在环境可持续公路运输应用中的最新方法学进展,包括有关环境排放和排放定价的交通信号控制。这些模型极大地推动了动态交通网络分配的研究方法,从不同角度为解决动态交通网络分配问题作了巨大贡献。

(2)国内研究现状。我国对动态交通网络分配的研究起步较晚,但进步迅速。2016年,孙瑜[5]分析了离散化条件下的动态交通模型中的路段与交叉口通行能力限制下的约束条件,建立了基于网络超点模型的城市动态网络交通流分配模型。对深度优先搜索算法进行改进,提出一种搜索单源单汇所有出行路径的方法。此外还提出基于带精英策略的非支配快速遗传算法解决动态网络交通流分配的方法。2016年,俞灏[6]在构建的基于信号控制的动态网络交通流传输模型的基础上,考虑动态用户均衡条件,设计了动态交通分配与信号控制协同优化模型,深入分析交通诱导与信号控制动态协同过程。2017年,费文鹏[7]基于Dijkstra算法设计动态路网下的最优路径算法,并考虑最优权重急剧变化路段对最优路径的影响,改进动态网络下的Dijkstra算法。2017年,张艳[8]假定在路网随机变化的情况下,出行者以估计广义出行费用最小为路径选择标准,构建多模式下的动态网络分配模型,和与平衡条件等价的变分不等式模型,并给出了求解算法。2017年,张传琪[9]等人考虑城市路网拥挤程度受城市工商业分布和居民集散特征影响,将路网拥挤情况沿时间轴展开,为确定最佳出发时刻以及服务线路,以配送成本最小为目标函数,构建了考虑服务途中动态拥挤的多车型车辆路径模型,设计了求解该模型的改进遗传算法。2017年,李东岳[10]根据基础METANET理论,对METANET模型进行扩展研究,建立对路网的交通演化过程的动态方程,基于动态交通流的网络模型,结合分流信息对路段出口流量变化的影响,建立改进的动态O-D反推模型。2017年,余婷[11]将道路阻抗分为路段阻抗与节点阻抗,建立基于实时路况的交通网络最优路径模型。2017年,李潇逸[12]以基于路径的元胞传输模型作为SO-DTA的DNL模型,考虑车流的出行路径选择,构建城市路网无流量抑制的动态性系统最优模型。2018年,王钰[13]提出了一种新的短时交通流预测模型—变时域动态模型,以约束坐标轮换法作为优化算法,实现了动态预测机制,使得模型的参数随着预测进程滚动优化。2018年,项俊平[14]采用了网格化、混合概率灰数表达、多智能体动态规划等模型,设计了不依赖于交通流模型、适合于并行计算、并且能同时优化车辆行驶路径的交通信号区域协调控制算法。2018年,邹娟[15]建立了基于改进CTM的交叉口信号配时优化模型,设计了基于蜜蜂算法的动态配时优化方法对模型进行求解。2018年,李杰[16]等人在NaSch模型的基础上,引入三种参数,从换道条件、确定性减速方面重新定义规则,建立分析驾驶行为特性的快速路周期边界条件下的双向四车道交通流元胞自动机模型。2018年,夏运达[17]改进VE模型的随机慢化概率,使其随着空间间距与前车虚拟速度的和的变化而变化,获得一个改进VE模型。

2. 发展趋势

对于宏观模型,结合实际交通状况进一步研究路段与交叉口的通行能力限制条件、路段与交叉口的瞬时阻抗函数中存在的边际阻抗。对于选择出行时间、弹性需求与自适应信号控制的动态交通流分配问题有待进一步研究。

对于微观模型,有待于结合实际交通情况进一步研究路网模型中车辆的到达模式;进一步细化换道超车以及其他因素对瞬时路段阻抗的影响;进一步研究扩展交通设施形式(如三车道、四车道和环形交叉口)以及路网规模的动态网络交通流配流问题。

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