高速公路VMS规划布设模型研究

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1、高速公路VMS规划布设模型研究摘要：本文对高速公路vms布局规划问题进行了研究，介绍了vms的相关理论知识，总结整理了vms的规划原则及步骤，给出了基于动态规划法的高速公路vms规划算法模型，对我国高速公路管理有一定的借鉴意义。关键词：高速公路可变情报板动态规划法0引言vms是交通诱导系统中出行者信息系统的主要实现工具。它通过安装在路边或公路上方的电子信息显示牌为驾驶员提供与交通相关的信息和诱导。vms的信息包括危险、交通条件、停车、公共交通以及环境等。在交通条件对于驾驶员是未知的情况下vms信息的作用尤其明显

2、，它可以帮助驾驶员选择合适的路径以避开交通堵塞和减少驾驶员的焦虑。1高速公路vms规划布设原则1）基于功能分析原则vms的布设应坚持功能分析的原则，减少盲目性。对所有拟实现的功能应按重要程度进行排序，并坚决摒弃无用的功能。根据确定的功能进行标志优化布设。对以诱导交通为主的布设，应在对路网进行分析的基础上，布设在优化可选路径的分流口前端适当位置，以求取得最大效果。2）基于路网特点原则高速公路网根据监控与管理范围的不同，可以分为两类：通道型高速公路网和网络型高速公路网。通道型高速公路网以一条高速公路为核心，vms的

3、布设与设计要围绕核心高速公路展开。在一个大的范围内，高速公路数目比较多，且彼此相交，形成网络型高速公路网。进行vms布设时，要对所有的高速公路平等看待。3）前瞻性布设原则vms的布设应在满足功能的基础上，有一定的前瞻性。前瞻性应建立在对路网规划的充分了解和对本项目交通流量科学分析预测分析的基础之上，根据对路网规划的调研和项目服务水平的预测，可以指导vms的布设密度。2高速公路vms规划布设模型2.1相关概念及定义由于路段自身的特征不同，因而不同路段上，发生事故和拥堵的频率亦是不同的。为了简化问题，只考虑其中的重

4、要信息，现定义路段j的信息量为：其中：fj——路段j的信息量；uj——路段j上发生事故的概率；vj——路段j发生常发性交通拥挤的概率；wj——路段j上灾害性天气的概率。一个vms放置在不同的路段上，所显示出来的有效信息量是不同的，从而体现出来的效益也是不一样的。为了评估vms放在不同路段上所表现出不同的效益，定义当在路段i显示路段j的信息时，其效益为：qi——路段i的交通量；vij——在路段i上显示路段j信息的效益。考虑到产生交通信息的地点离vms远近不同，信息的有效性亦不同，引入衰减系数这一概念。路段离vms

5、越近，其路段上交通信息的有效性衰减程度越小；反之，衰减程度越大。用eij表示路段j的信息在路段i上显示的衰减因子，则效益vij变为：vij=eijqifj（3）2.2数学规划模型的建立根据vms的作用可知，vms的合理放置地点应当是使vms显示尽可能多的有效信息，同时又能让尽可能多的出行者看到，因此，建立如下的数学规划模型：（5）其中：f——vms效用；l——vms设置总数量；ri——与路段i距离在46km内的路段j的集合；xi——0，1变量。3）关于模型约束条件的说明本模型的约束条件主要包括以下两个方面：（1

6、）第一个约束是vms设置总数的限制。vms的高造价决定了过多的vms布设在经济上是不能承受的，而且vms密度过大，也会对驾驶员的安全驾驶造成影响。（2）第2个约束是vms在路段i上布设与否的约束。考虑到经济性和安全性，vms布设的总数总是小于备选路段总数。因此，vms选址问题就变成：在所有备选路段中，选择一部分路段布设vms。3模型求解的动态规划法动态规划法主要用于投资方面，将有限的资源或资金分配到不同的项目中，以实现效益最大化为目标。而vms的设置路段数与vms建设资金正相关，显示的路段数越多，则要求版面越大

7、，也就越贵。在总的设置路段数一定的情况下，vms的布设也可以看作是一种资源分配问题。根据本文建立的规划模型，用动态规划法求解模型过程的相关说明如下：1）设总的路段数为，欲分配在n个路段进行显示；2）把整个分配过程分为m个阶段，第k个阶段是向第k个路段分配资源；3）状态变量xk表示分配完第1,2,…，k-1个路段后剩余资源数量，x1=m；4）决策变量取为uk，表示分配给第k个路段的资源数量：当第k个路段上布设vms时，uk=1，反之uk=0；5）l(uk,k)为阶段指标，在这里指由于第k个阶段新增的vms而增加的

8、效益值；6）最优值函数f（xk+1,k+1）表示把剩余的资源xk分配给第k+1，k+2，…，m个路段能获得的最大效益。根据动态规划方法，利用动态规划基本方程和状态转移方程逆向递推可求得最优决策序列和总效益的最大值。4结语本文研究探讨了网络型高速公路vms的规划布设模型，结合高速公路实际情况，通过引入衰减因子，建立了路网中各路段的相互关联性，最后引入动态规划法对模型进行求解。参考文献：[