基于拥堵费的全局流量最优交通诱导算法研究

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1、万方数据浙江大学硕士学位论文绪论汽车数量的快速增长，使我国一跃成为世界上汽车保有量第二大的国家。作为一个汽车大国，在享受汽车出行便利的同时，也要面对其带来的各种其他问题。由于城市道路改造修建的速度远小于汽车增长的速度，过多的出行车辆，导致交通通行压力增大，城市拥堵现象时常发生，增加了用户的时间成本和燃油损耗。根据交通部发表的数据显示，我国一年因交通拥堵造成的损失高达2500亿元人民币，相当于国内生产总值的5％。世界上其他国家因拥堵造成的损失也非常严重。美国年损失为680亿美元，英国年损失43亿英镑，荷兰6年前的损失已达30亿欧元。除了交通拥堵外，过多的汽车数

2、量还会引发环境污染和交通事故【2]。2013午全国平均雾霾天数为29．9天，创52年来之最，该年1月份由雾霾事件造成的交通和健康的直接损失约为230亿元人民币[31。以往，许多发达国家解决交通问题的传统方法是修建道路，但由于土地资源日益紧缺以及城市发展的不可逆转，依靠扩大路网规模来满足人们日益增长的道路需求已经变得不太可行。随着信息技术的发展，用高新技术改造传统行业成为了各国的共识，智能交通被认为是解决交通问题的可行之举【4】[51。智能交通系统(IntelligentTransportationSystem，ITS)是将众多的先进技术(计算机技术、通信技术

3、、信息技术、控制技术和传感技术)综合运用于整个交通管理系统中，进而建立起的一种在大范围发挥作用的，实时、高效的综合运输和管理系统[6】。它在出行者、车辆和道路之间建立智能联系，对车辆进行综合诱导调度，以提高道路的使用效率，保障车辆的通行安全，同时能减少大气污染物排放，是公认的解决交通问题的有效方法[7】【8】。图1．2ITS涉及的技术及分类2万方数据浙江大学硕士学位论文绪论智能交通诱导系统【9】[103是智能交通系统的一个子系统，它利用全球定位系统、电子地图、通信技术和计算机技术，能显示车辆位置、道路状况和路线等信息，为使用者提供行驶路线。使用这种系统，能有

4、效减少交通的拥挤次数，提高车辆在道路上的行驶速度。它一般由三个模块组成：车辆定位模块、通信模块和决策模块[11]。车辆定位模块提供车辆的位置信息，定位过程主要由全球定位系统和地图匹配协同完成。通信模块负责完成数据中心和车辆间的信息交换。决策模块主要负责计算最优路径，最优路径的选择可以随着使用者的需求而改变，可以是时间最少或者路程最短。图l-3是智能交通系统的示意图，图中显示了车辆、卫星、基站和中心服务器之间的信息传递。据预测，使用智能交通系统后，能有效提高道路的行驶速度，交通拥挤可以降低20％，延误损失将减少10％一25％，油耗可以减少30％，车祸能降低50

5、％一80％[121。电子地图图1．3智能交通系统示意图诱导车辆决策模块是智能交通诱导系统的核心模块，许多国内外的学者对其进行了深入研究。根据诱导遵循的路网数据是否具有实时性，可将其分为静态路径诱导和动态路径诱导，之前由于计算和实时通信能力的限制，多采用静态诱导的方式，但随着计算机技术的发展以及道路信息随时间变化的特点，采用动态路径诱导将成为未来诱导的趋势。根据决策计算中心位于车载终端还是中心服务器，可以将其分为分散式动态路径诱导DDRG(DistributedDynamic3万方数据浙江大学硕士学位论文绪论RouteGuidance)和中心式动态路径诱导CD

6、RG(CentrallyDynamicRouteGuidance)u引。在DDRG中，由各个车载终端根据路况自主计算推荐路径，这要求终端有较强的计算能力。在CDRG中，由中心服务器计算推荐路径，然后经由通信网络下发至各用户的终端显示。CDRG可以分为广播式的中心决定路径诱导B—CDRG和交互式的中心决定路径诱导I-CDRG。在I—CDRG中，中心服务器根据用户请求计算推荐路径并下发给各用户，这要求服务器能同时处理多路并发请求并能保证在大负载下的实时响应性能。1．2国内外研究现状及存在的问题1．2．1诱导算法国内外研究现状最短路经是图论中的经典问题，在实际路网

7、中应用广泛。目前许多寻路算法可以归结为在不同权值下寻找最短路径。国内外有许多专家学者致力于该问题的研究：以图论为基础，利用丰富的计算机算法和多样的数据结构，研究出许多新的最短路径算法。这些算法在空间复杂度、时间复杂度和应用范围上各具特色[14】[151。这部分主要对已有的应用较广的算法进行介绍，并从时间、空间复杂度的角度进行分析。最短路径问题根据是否有限制条件可以分为自由最短路径和限制最短路径。自由最短路径按照起点和终点的数目以及路径的条数，可以分为单对节点最短路径、所有节点间最短路径和K条路径。其中单对节点最短路径是最基本也是最常见的算法。所有节点间的最短

8、路径可以将其看作是多个不同节点对间的单节点最短路径的