[發(fā)明專利]分布式框架下交通流動態(tài)協(xié)同分配方法

有效

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• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN112991745B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設計）人: 劉寶舉;龍軍;鄧敏;石巖;楊學習
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G08G1/08
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業(yè)

本發(fā)明公開了一種分布式框架下交通流動態(tài)協(xié)同分配方法，以交叉路口為次級分配單位設立了多個虛擬的局部子規(guī)劃中心，每個子規(guī)劃中心管理與此交叉路口連接的多個路段。每個子規(guī)劃中心根據(jù)特定規(guī)則在此局域內為車輛重新規(guī)劃通行路徑并選擇下一通行路段。多個子規(guī)劃中心的配流過程可以同步進行，并最終將配流結果反饋到上一層次，大幅提升了交通配流效率；同時借助于市場行為中的招投標機制向路段分配交通流，提出了面向城市路網(wǎng)的交通流動態(tài)協(xié)同分配方法。該方法首先在對路段阻抗分析的基礎上分析并篩選擁堵路段交叉口，在每一個擁堵交叉口智能體中將擁堵路段作為招標人，將暢通路段作為投標人，采用招投標機制將車輛分配給出價最高的投標路段。

技術領域

本發(fā)明屬于交通工程領域，具體涉及一種分布式框架下交通流動態(tài)協(xié)同分配方法。

背景技術

交通流動態(tài)分配理論是研究交通網(wǎng)絡流的核心，高效的路由選擇算法是地理信息、交通乃至整個網(wǎng)絡科學領域需要解決的關鍵問題。動態(tài)交通分配具體為將時變的交通出行需求按照既定規(guī)則分配到道路網(wǎng)絡中。自從第一次提出動態(tài)交通分配的概念以來，交通領域的國內外學者發(fā)展出了四類動態(tài)交通分配的研究方法：數(shù)學規(guī)劃方法、最優(yōu)控制方法、變分不等式方法以及計算機模擬方法。數(shù)學規(guī)劃方法是通過構建符合動態(tài)Wardrop系統(tǒng)最優(yōu)或用戶最優(yōu)原則的非線性多目標數(shù)學規(guī)劃模型向路段分配交通流量；雖然該方法能夠保證最優(yōu)解，但復雜的數(shù)學約束、低效的求解算法和FIFO規(guī)則限制了該方法僅能作為較小規(guī)模簡單網(wǎng)絡的驗證手段。最優(yōu)控制方法利用最優(yōu)化控制理論，將動態(tài)流分配轉變?yōu)橐粋€連續(xù)的最優(yōu)控制問題，通過控制最優(yōu)值條件確定交通流分配狀態(tài)；這類模型通常被轉化為時間離散的整數(shù)規(guī)劃問題進行求解，但目前仍缺乏成熟高效的求解算法。變分不等式方法將動態(tài)交通分配分為網(wǎng)絡加載和網(wǎng)絡分配兩步，并將原問題分解為子線性規(guī)劃問題求解。計算機模擬方法則能對每一次迭代分配過程中的交通流信號行為進行模擬，但通常無法從自身解的角度分析結果收斂性和精度。這些交通流動態(tài)分配方法豐富了交通分配的理論基礎，但構建的模型復雜、求解算法低效、假設條件理想，使得他們難以適用于具有復雜結構的大規(guī)模城市道路網(wǎng)絡環(huán)境。

同時現(xiàn)有技術也存在如下缺點：（1）集中式的全局交通流分配框架導致的算法效率低下問題。在集中式的全局配流框架中，為了確定車輛從當前位置到目標點的最優(yōu)路徑，需要根據(jù)交通流實時位置度量所有路段的阻抗，算法時間復雜度為O(n×m×t)，其中n為車輛數(shù)量；m為路段數(shù)量；t為重規(guī)劃次數(shù)。所有交通流和所有路段的無差別計算不僅導致交通流分配效率的急劇下降，交通流分配方案在很大程度上也可能與前一時間步長存在重合生成完全一致的方案。與此同時，全局協(xié)同架構也造成了計算壓力負載過大和魯棒性低下的問題。

（2）交通流分配規(guī)則不合理導致的路網(wǎng)整體通行效率低下問題。交通流分配問題中，用戶的路徑選擇可以看作多車輛與多可行路段的復合指派過程，任何道路都允許多個車輛通行，單個車輛也可以將多條路段作為候選解。所以，動態(tài)交通配流是一個典型的組合優(yōu)化問題，眾多復雜路段、多步長的車輛以及道路承載率的不斷變化導致聯(lián)合策略空間巨大。在給定m個路段節(jié)點、n個車輛任務以及t次動態(tài)配流的情形下，動態(tài)配流問題的候選解數(shù)目最多將達到t×(m/2)×n-1)!個。這種候選解組合爆炸的危險是造成分配方案的路網(wǎng)通行能力低下的主要原因。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種分布式框架下交通流動態(tài)協(xié)同分配方法，該方法能夠提升交通配流效率。

本發(fā)明提供的這種分布式框架下交通流動態(tài)協(xié)同分配方法，包括如下步驟：

S1．為所有車輛規(guī)劃初始路線方案；

S2．統(tǒng)計當前路網(wǎng)車輛，當前路網(wǎng)車輛大于預設數(shù)值時，進行下面步驟處理；否則，統(tǒng)計路段流量并輸出所有車輛協(xié)同分配結果，結束當前交通流動態(tài)協(xié)同分配過程；

S3．統(tǒng)計當前時刻所有路段的交通密度；

S4．根據(jù)擁堵的交通密度閾值判定路段擁堵情況；路段不擁堵時進行步驟S5，否則進行步驟S6；