道路可變信息標志設(shè)置方法研究

肖志豪

摘 要：可變信息標志（Variable Message Signs）是交通誘導系統(tǒng)中的重要工具和手段。特別是對于駕駛員在行駛的過程中，不清楚道路的及時交通狀況的條件下，道路VMS信息對于駕駛員的作用更加的顯著，通過顯示屏上所發(fā)布的信息，更好的讓駕駛員選擇合適的路線，從而避免所帶來的交通問題，同時也提高了道路的通行能力。

關(guān)鍵詞：可變信息標志;設(shè)置位置;通行能力

1 引言

道路VMS（Variable Message Signs）在城市道路的管制和對駕駛員行駛時進行合理誘導等方面應用非常的多。它作為交通誘導系統(tǒng)中一個重要的組成部分，通常安裝在道路旁邊或者道路上方的信息標志牌為駕駛員提供及時的路況信息和誘導，有效的緩解了道路通行壓力，同時提高了道路的通行效率。特別是對于駕駛員在行駛的過程中，不清楚道路的及時交通狀況的條件下，道路VMS信息對于駕駛員的作用更加的顯著，它通過顯示屏上所發(fā)布的信息，更好的讓駕駛員選擇合適的路線，從而避免所帶來的交通問題，同時也提高了道路的通行能力。

2 國內(nèi)外研究綜述

日本在城市道路的管制中，最先采用了道路VMS對駕駛員進行誘導，在使用過程中，不斷對道路VMS進行改進和研究，其中最出名的是日本的首都東京城市道路用VMS進行管制的系統(tǒng)就是其中的典型例子。Abbas[1]對道路VMS系統(tǒng)進行了大量研究，其中在道路VMS位置設(shè)置的方法上，提出了如何合理的設(shè)置道路VMS的位置，讓駕駛員獲取到及時的交通狀況信息，這時可以讓駕駛員做出路徑改變，從而使得道路上的交通量轉(zhuǎn)移到繞行路線，達到產(chǎn)生的車輛延誤達到最小。

我國在道路VMS方面的研究起步比較晚，由于我國高速公路的建設(shè)直到20世紀后期才開始，因此道路VMS的應用比較晚，在沈大高速中首先對道路VMS進行了應用，后來，我國對道路的交通監(jiān)控與管制更加重視，VMS也就得到了我們更加廣泛的使用。

車廣俠、石建軍等[2]研究了道路VMS與駕駛員行為習慣之間的關(guān)系，提出了目前我國道路VMS系統(tǒng)的不足;干宏程、孫立軍[3]在之前研究的基礎(chǔ)上，對道路VMS系統(tǒng)的研究得到進一步的完善，對道路VMS系統(tǒng)中所應用的方法進行了評價;在VMS選址的問題上，周元峰研究了在VMS信息下駕駛員對路徑選擇行為的問題。

3 VMS設(shè)置點的研究

在城市交通流誘導系統(tǒng)中了，VMS發(fā)揮著重要的作用，如發(fā)布下游路段事故和擁堵信息，給出預計的出行時間等。在城市區(qū)域交通路網(wǎng)中，在給定VMS數(shù)量的情況下，如何確定VMS的最優(yōu)分布地點，使VMS發(fā)揮最大的效用，這是本文研究的重點。本節(jié)針對城市區(qū)域路網(wǎng)中VMS分布地點的最優(yōu)選擇進行研究，結(jié)合VMS布點原則和VMS指標選取原則，以VMS效用最大和總建設(shè)費用最小為目標建立數(shù)學模型，針對模型的求解復雜性，采用遺傳算法進行優(yōu)化求解，得到能使VMS發(fā)揮最大效用建設(shè)成本較小的布設(shè)路段。

根據(jù)路網(wǎng)中路段交通量的情況，運用遺傳算法對實例進行求解，求解過程如下所示：

第一步：確定約束關(guān)系式。

第一個約束條件是對路段VMS安裝與否進行約束，當路段a上安裝VMS時，=1;反之，=0。

第二個約束條件是路段VMS設(shè)置的個數(shù)進行約束，VMS設(shè)置的數(shù)量有最大值與最小值，數(shù)量的確定是交通決策者依據(jù)路段的交通狀況來確定的，假設(shè)在這次實例中VMS設(shè)置數(shù)量最大值為6塊，最小值為2位。

約束條件三為路段VMS設(shè)置的疏密程度進行約束。即假定：如果路段a上安裝了VMS，那么和它相鄰的所有下游路段都不能安裝。第二步：確定VMS效用值函數(shù)。

基于數(shù)學規(guī)劃原理，建立VMS的效用最大化模型如下：

其中：

F指VMS的效用值;指路徑r上的車流量;指路段k的影響因子;指路徑r上、路段k上的交通信息在路段a上VMS顯示的衰減系數(shù)，由于交叉口的個數(shù)越少，則離目標VMS越近，相應的獲取的信息更準確，所以衰減系數(shù)用交叉口個數(shù)的倒數(shù)來表示，即=1/交叉口個數(shù);指VMS設(shè)置在a路段上時，所有經(jīng)過a路段的路徑的集合;指在路徑r中、路段a上的VMS的有效影響路段。

所以第i個個體的效用值即為第i個個體的目標函數(shù)值。

第三步：確定染色體編碼方法。

即確定出遺傳算法的搜索空間。因為一共有18個路段作為備選路段，所以用二進制編碼串表示一條染色體。

第四步：確定遺傳參數(shù)。

復制運算使用比例選擇算子，交叉運算使用單點交叉算子，變異運算使用基本位變異算子。

染色體的長度m=18;

初始種群的大小n=20，（一般為20-100）;

交叉概率=0.8，（一般為0.5-1.0）;

變異概率=0.01，（一般為0.001-0.1）;

運算次數(shù)T=100。一般取100-500次。

第五步：用matlab編寫遺傳算法進行運行[5]。

4 結(jié)論

本論文基于道路可變系統(tǒng)的設(shè)置位置進行了簡單的研究，利用matlab進行編程運算，將運算出的結(jié)果按照VMS設(shè)置的個數(shù)進行統(tǒng)計分析，選取效用值高的路段進行設(shè)置VMS。

參考文獻：

[1]Abbas M，McCoy P.O ptimizing variable message sign locations on freeways using genetic Algorithm[A].Transportation Research Board 78th Annual Meeting[C]. Transportation Research Board，2009.

[2]車廣俠，石建軍，隋莉穎.VMS交通誘導系統(tǒng)現(xiàn)狀分析[J].道路交通與安全，2016，6（08）：19-21.

[3]干宏程，孫立軍.VMS技術(shù)的評價、現(xiàn)狀與進展[J].上海公路，2013

（02）：34-38.

[4]李碩.可變信息標志系統(tǒng)選址優(yōu)化模型[J].2005年10月，第5期.

[5]雷英杰.MATLAB遺傳算法工具箱及應用[M].西安電子科技大學出版社，2005年.