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1城市交通微循環系統優化分析

1．1城市交通微循環系統功能特性分析城市交通微循環系統是一個復雜的系統，居民出行的起點及終點都需要微循環道路連通，因此微循環系統具有系統性和交通性．系統性指有機性、復雜性、長期性、艱巨性．交通性包括:交通需求總量大，密度高;非機動交通需求大，流速緩慢;道路網絡連通度、可達性、靈活性高;交通流流向自由，時空分布均勻，波動性?。诖嘶A上，城市交通微循環系統應具有以下功能:路網結構的完善;干道網絡的分流;內部交通的輸送;區域居民的生活;地段特征的保護．

1．2城市交通微循環系統優化目標城市交通微循環系統優化目標包括4方面內容．1)交通微循環系統的根本目標是緩解主干道交通壓力，所以首要目標是干道交通效率得到提高，此可以從干道路段平均阻抗最小來體現．2)在充分滿足交通需求的前提下使改造成本最?。顿Y費用不僅與優化改造的路段長度和改造程度有關，還包括文物保護、環境治理等．同時，改造過程中還應盡量減少交通微循環系統對區域干擾的費用．3)由于交通微循環系統主要是利用區域支路、內部街巷等來組織交通，在優化過程中勢必會影響居民的生活和出行，因此應盡量減少車輛廢氣對環境的影響．4)交通微循環系統中存在如學校、醫院、歷史文化古跡等特殊區域，這需要在空間資源上得到相應的保護與重視．

2城市交通微循環系統優化模型

本研究的城市交通微循環系統優化模型所使用的符號及說明如下:城市道路網絡集，M=(N，A∪B)，其中，N為節點集，A為干道網絡集，B為備選改造的交通微循環網絡集，D為特殊區域周邊的路段集合，D∈B，d為集合D中路段的數量．l(a)為路段a的長度;珔S(a)為路段a的最大飽和度;C0(a)為路段a上原始通行能力，C(a)為路段a實施微循環系統功能優化后的通行能力，Cmax(a)為路段a最大通行能力;P(a)為微循環系統內路段a優化費用，Za(C0(a)，C(a))為路段a從通行能力C0(a)到通行能力C(a)的改造費用函數;Qa為路段a上的CO排放量;ua(k)為k時段進入路段的流入率;usa(k)為k時段進入路段口的并且要到終點s去的流入率，va(k)為k時段離開路段的流出率，vsa(k)為k時段離開路段口的并且要到終點s去的流出率;xa(k)為k時段路段上的流量，xsa(k)為k時段進人路段口的并且要到終點s去的流量;gsl(k)為k時段在節點l產生的并且要到終點s去的流量速率;ta(k)為k時段通過路段的車輛到達終點s的阻抗，在時段k中只有usa(k)為未知量，因此，可表示為ta(usa(k));φsa(k)為時段k通過路段的車輛到達終點s的最小阻抗．

2．1優化目標分析1)由于干道路段的平均阻抗是所有干道路段阻抗的加權平均值，故選取干道平均阻抗作為交通效率的評介指標．所以，k時段的平均阻抗可表示為。

2．2約束條件干道路段的飽和度與區域交通微循環道路的飽和度必須滿足飽和度限制，即，路段a∈A∪B的飽和度不能大于最大期望飽和度。

2．3多目標協同優化方法由于交通微循環系統優化目標之間無論是單位還是數量級都難以統一，并且在同等數量級上的變化對方案效用值的影響不同，不能完全按照賦權加和的方式進行交通微循環系統多目標優化設計．對此，本研究基于多目標效用理論，運用多目標協同優化的方法，將系統優化的多個目標設定為使得決策最容易被接受，或者使得決策被更多人所接受，并通過分析各個目標函數的效用函數與權重，得到最容易被接受的優化方案．

2．4模型建立綜上所述，本研究的城市交通微循環系統優化問題可以通過構造一個多目標雙層規劃模型來描述．

2.4.1上層模型．上層規劃的決策變量為交通微循環路段的單向行車組織方案y(a)，a∈B，優化目標為最小化干道路段平均阻抗、最小化改造費用、最小化環境污染及特殊區域保護．基于多目標協同的交通微循環系統優化模型的上層模型可表示為，

2.4.2下層模型．為了真實地反映交通微循環系統路網的實際狀態，交通微循環系統優化模型的下層規劃模型選用離散化后的基于瞬時路段阻抗的變分不等式模型來描述路段流量，并動態地進行路徑選擇。

3模型求解算法

在交通微循環系統路網中，如果已知路段通行能力的增加量，將其代入下層規劃模型，則變為求解動態均衡配流問題，此可利用修正的投影算法得出對應的k時段進入路段的流入率ua(k)．上層規劃模型可采用遺傳算法求解．對交通微循環系統路段的單行決策變量y(a)進行實數編碼得(y(a)，a∈B)，估計目標函數Z的上界，記為Zmax，并構造適應度函數，F(y)=Zmax－Z．算法具體實現步驟如下:①開始;②確定交叉率、遺傳率、最大進化代數，隨機產生初始群體，③循環執行以下步驟;④對于每一個個體y(a)，a∈B)，利用修正的投影算法進行動態用戶均衡配流，得到對應各路段的流量;⑤返回上層模型計算個體目標函數和適應度，并檢查約束條件的滿足情況;⑥如果到達最大迭代次數，則滿足約束條件的適應度排名最大的個體即為最優解，否則繼續進行選擇、交叉、變異操作;⑦返回，結束．

4結論

城市交通微循環系統主要利用干道與干道之間的密度高但使用率低的次級路網分流交通，在合理規劃與設計的前提下，充分利用道路資源減輕城市干道的交通壓力，緩解交通擁堵．本研究針對城市交通微循環系統優化問題，構造了多目標雙層規劃模型，其重點是在解決交通擁堵的同時，對居民生活與環境影響最小．同時，運用多目標協同優化方法對優化目標進行分析，并采用動態交通分配模型進行流量分配，以更加真實地反映交通網絡的實際情況．最后，運用遺傳算法對模型求解，可確定交通微循環路段改造后的交通組織形式．

作者：王浩蘇羅霞單位：西南交通大學交通運輸學院