基于交通延误最小的道路养护策略研究

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1、基于交通延误最小的道路养护策略研究摘要：为了降低四车道道路在养护的时候出现的交通延误，建立起道路养护策略的优化模型来使交通延误最小化，路网总的交通延误最小用目标函数表示，总的可用工作时间为约朿条件；本文通过实际案例，对该模型的实用性进行了验证。关键词：交通延误；道路养护；模型；优化中图分类号：F40文献标识码：A1研究方法1.1车道关闭模式研究为使养护工作区的交通所受影响降至最低，双向四车道道路养护中车道关闭的模式冇两种，首先关闭一条车道，其只影响工作区一侧车辆，对另一侧的交通没有影响；其次，关闭一幅车道，另一侧车道被双向来车共用。研究发现，

2、第一种关闭模式在对交通影响程度上比较小，但施工费用高口周期长，交通事故率也较高，所以，如果没有特殊要求，一般的道路养护基木采用第二种车道关闭模式。本文也着重对第二种车道关闭模式进行研究。1・2交通延误模型的建立对道路养护工作区的交通延误一般可以看做是两个部分构成：交通拥堵造成的延误及速度降低造成的延误。两种延误类型的计算模型如下：如果养护区内的随机一辆车，因为速度下降造成交通延误，则可表示为:(1)该式屮，每一辆车因为速度下降造成的交通延误用表示，单位吐；车道变比以后的行车平均速度用表示，单位km/hr；车道关闭前的行车平均速度用表示，单位k

3、m/hr；道路养护工作区的长度用表示，单位km。在某一特定时段内一般会出现交通拥堵延误，工作区内的通行能力低于到达的交通量，导致车辆出现排队的现象。给定时间段内存在车辆排队现象，那么车对长度会随着时间的推移而变化，那么可以用时间函数來表示：(2)该式中，初始时刻排队的长度用表示，单位veh；当前时刻的交通量用表示，单位veh/hr；养护工作区的通彳亍能力用表示，单位veh/hr；时间用表示，单位hr；工作时间的长度用表示，单位吐。则在车辆排队时间段内总交通延误就可以表示为：(3)该式中，T时间段内总的交通延误用de表示，单位veh-hr；在T

4、时间段内排队所持续的时间用T1表示，单位hr。那么就有，如果vt-l+vt>c时，不会发生排队延误；如果Vt-l+vt>c时，T二T1；在t时刻开始时，用vt-1表示上一时间段内在排队但是没有通过的车辆。在时间段内，随机路段的总交通延误表示为：dT二vTds+dc(4)该式中，在时间段T内工作区通过的所有车辆用讥表示，单位veh。2模型优化在路面管理系统中，养护策略优化是重要内容，指在预算资金及其它约束条件下，利用优化的手段寻找最佳的养护策略，从而实现效益的最大化；或是在特定的路面性能耍求与资源要求等条件约束下，寻找最佳养护策略，实现费用最小

5、化。现阶段，优化方法上主要可分两个类型：人工智能及数学规划。人工智能优化方法主要为模糊逻辑、神经网络及遗传算法等；数学规划优化方法主要涵盖动态规划、线性规划、整数规划及目标规划等。在小规模路网养护策略优化中，主耍采用整数规划的优化方法，该方法运算方便、模型简单，现阶段也在路网管理系统中普遍应用，其主要以维修方式作为决策变量。整数规划优化模型的建立如下：(5)(6)(7)上式中，;编号为i的路段需要养护时造成的交通延误用di表示，单位veh-hr；编号为i的路段需要的养护时间用ti表示，单位h“养护小组全天可用工作时间用Ttatal表示，单位h

6、r0在优化模型中，山于养护工作区的时间的增加会导致交通延误的增加，所以，在约束条件中，用式(7)來防止为了寻找最小延误的策略时,导致工作时间降低的误区。而对于以上三个模型而言，总共有24个变量,所有变量解的空间都是，利用LINGO应用程序可以对这些变量求解。3实际案例已知某实际路网需要进行养护，该路网屮总共包含九个节点，分别用编号A到I来表示，包含24个单向路段，分别用编号1到24来表示，各基本路段包含两条机动车车道。进行路面养护时，选择的养护方式有三种:裂缝填补、坑洞填补及沥青表面治理；路面的损坏程度分为三种：L（低）、M（中）、H（高人以

7、路段的年平均日交通量作为路段交通量。总共有四个养护小组进行日常道路养护，如果按照8小时工作制计算，则道路养护每天的总工作时间就是32个小时。假设每一个养护小组都可以进行三种路面养护工作，即每一个工作小组都能在完成任一一种养护方法以后，还能进行另外两种养护工作。本案例的目的是为了在已有的总工作时间及路网条件的基础上，寻找最佳的养护策略，从而使养护活动对交通延误产生的影响最小化。在LTNDO系统中，其最强人的功能就是求解优化问题的解决，能够对整数规划、线性规划等优化问题进行求解，还能对非线性优化问题有效的求解，本实例中的所有计算采用LINDO5版

8、本程序计算，不影响整数变量个数以及总的变量个数。根据计算得到的最佳养护策略，可以按照上文屮公式（1）-（4）求出日标函数的值，为133.38,那么也就是说该路网总的