蚁群算法下交通流分配对路网结构可靠度的影响

doi:10.3969/j.issn.1674-0696.2017.05.16

摘要/Abstract

摘要： 利用自编的MATLAB软件下的蒙特卡罗程序求解路面结构可靠度，并将之与道路网络可靠度相结合，得到能够更加反应实际情况的道路网络结构可靠度，并给出了其计算的数学模型。提出了以饱和度0.6作为交通流量分配的标准。鉴于目前蚁群算法理论研究方面的不充分性，将改进蚁群优化算法下的交通流量分配方法与传统的较成熟的解析型求解算法以道路网络结构可靠度为依据进行定量比较，通过具体的实例对比，在一定程度上验证了蚁群算法用于路网交通流量分配的正确性和可靠性。同时，通过改进的蚁群优化算法对拥堵道路进行流量分配前后的结果对比可知：在交通流量分配后，同一路网的道路网络结构可靠度会降低。这表明对路网中的拥堵道路进行流量分配时，其他道路上的车流量会增加、可靠度会降低，最终会致使整个路网的可靠度下降。

关键词: 交通运输工程, 改进蚁群算法, 道路网络结构可靠度, 增量交通分配, 路段饱和度

Abstract: The road network structural reliability which reflected situation more actually was obtained by combining the road structure reliability solved by self-edit Monte Carlo MATLAB program and the road network reliability, and the mathematical model of its calculation was also presented. Saturation 0.6 was proposed to be the standard of the traffic volume distribution. Aiming at the insufficiency of the current theory of ant colony algorithm, the traffic volume assignment method under the improved ant colony algorithm was compared quantitatively with traditional mature analytical algorithm according to the road network structural reliability. Through the comparison of specific examples, ant colony algorithm is proved to be correct and reliable in road network traffic flow distribution at a certain extent. At the same time, through the comparison results before and after the traffic assignment of the congested road through the improved ant colony algorithm, it is indicated that the road network structural reliability of the same road network will reduce after traffic assignment. Therefore, when the traffic assignment is implemented in the congested roads, the traffic volume of others will increase and its reliability will reduce; finally, the reliability of the whole road network will reduce.

Key words: traffic and transportation engineering, improved ant colony algorithm, road network structural reliability, increment traffic distribution, section saturation

中图分类号:

U491.1+12

徐旭，郑伟舜. 蚁群算法下交通流分配对路网结构可靠度的影响[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2017, 36(5): 91-97.

XU Xu, ZHENG Weishun. Impact of Traffic Volume Distribution on Reliability of Road Network Structure by Using Ant Colony Algorithm[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University(Natural Science), 2017, 36(5): 91-97.

参考文献

［1］ AASHTO. Proposed AASHTO Guide for Design of Pavement Structures［R］.Washington,D C: American Association of State Highway and Transportation Officials, 1985.
［2］徐旭，王祺国．基于数值模拟的沥青路面结构可靠度分析［J］．公路交通科技，2008，25(5)：18-22．
XU Xu, WANG Qiguo. Analysis of the reliability of asphalt structure based on numerical simulation［J］.Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2008, 25(5): 18-22.
［3］ LIU Xuejie, WEN Huimin, GAO Yong. The evaluation method of road network connectivity reliability based on key segments identification［C］// Proceeding CSO’09 Proceedings of the 2009 International Joint Conference on Computational Sciences and Optimization. Sanya, Hainan. Washington, D C: IEEE Computer Society, 2009: 69-71.
［4］ ASAKURA Y, KASHIWADANI M. Road network reliability caused by daily fluctuation of traffic flow［C］// Proceedings of the 19th PTRC Summer Annual Meeting.University of Sussex, United Kingdom, Brighton: PTRC, 1991: 73-84.
［5］徐旭，付蓉．道路网络结构可靠度的研究［J］．中外公路，2013，33(1)：72-76．
XU Xu, FU Rong. The study of road network reliability［J］. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2013, 33(1): 72-76.
［6］徐旭，蔡锦波．交通流量分配对道路网络结构可靠度的影响［J］．公路交通科技，2014，31(7)：121-128．
XU Xu, CAI Jinbo. Influence of distribution of traffic volume on reliability of road network structure［J］. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2014, 31(7):121-128.
［7］ STUEZLE T, DORIGO M. A short convergence proof for a class of ant colony optimization algorithms［J］. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 2002, 6(4): 358-365.
［8］ HOU Y H, WU Y W, LU L J, et al. Generalized ant colony optimization for economic dispatch of power systems［J］.International Conference on Power System Technology, 2002,1（1）: 225-229.
［9］ GUTJAHR W J. A graph-based ant system and its convergence［J］.Future Generation Computer Systems,2000,16(8):873-888.
［10］李巧茹，张倩，陈亮，等．基于改进蚁群算法的高速公路疏散路径研究［J］．重庆交通大学学报(自然科学版)，2015,34(3): 86-92．
LI Qiaoru, ZHANG Qian, CHEN Liang, et al. Study on highway evacuation route based on improved ant colony algorithm［J］. Journal of Chongqing Jiaotong University(Natural Science), 2015, 34(3): 86-92.
［11］孙华灿，李旭宏，刘艳忠，等．容量限制分配的蚁群优化算法［J］．东南大学学报(自然科学版)，2009，39(1)：177-180．
SUN Huacan, LI Xuhong, LIU Yanzhong, et al. Ant colony optimization arithmetic of capacity restraint traffic assignment［J］. Journal of Southeast University(Natural Science), 2009, 39(1): 177-180.
［12］徐勋倩，王亚萍．用蚂蚁算法处理固定需求交通平衡分配问题［J］．南通工学院学报(自然科学版)，2004，3(2)：24-27．
XU Xunqian,WANG Yaping.Solving traffic equilibrium assignment problem of fixed traffic demand with ant algorithm［J］. Journal of Nantong Institute of Technology(Natural Science), 2004, 3(2): 24-27.
［13］王祺国，徐旭．响应面方法在路面可靠度分析中的应用［J］．中外公路, 2006, 26(4):62-64．
WANG Qiguo, XU Xu. Response surface method in reliability analysis of pavement［J］. Journal of China & Foreign Highway, 2006, 26(4):62-64.
［14］翟京，冷军强，王天逸，等．基于替代路径的道路系统连通可靠性分析［J］．昆明理工大学学报（自然科学版）, 2010,35(4): 57-60．
ZHAI Jing, LENG Junqiang, WANG Tianyi, et al. Reliability analysis of road network system based on substituted route［J］.Journal of Kunming University of Science and Technology(Natural Science), 2010, 35(4): 57-60.
［15］杜华兵．基于畅通可靠度的城市道路网络改扩建优化［D］．北京：北京工业大学，2002:100-105.
DU Huabing. The Urban Road Network Optimization Basing on Unblocked Reliability［D］.Beijing:Beijing University of Technology,2002: 100-105.
［16］臧华，彭国雄．道路网络可靠度问题分析［J］．山东交通学院学报，2002，10(3)：33-36．
ZANG Hua, PENG Guoxiong. Analysis on road network reliability［J］.Journal of Shandong Jiaotong University, 2002, 10(3): 33-36.
［17］ DORIGO M, MANIEZZO V, COLORNI A. Ant system: optimization by a colony of cooperating agents［J］.IEEE Transactions on Systems, 1996, 26(1): 29-41.
［18］ DORIGO M, GAMBARDELLA L M. Ant colony system: a cooperative learning approach to the traveling salesman problem［J］.IEEE Transactions on Evolutionary Computation,1997,1(1): 53-66.
［19］林泉，许伦辉，唐德华．改进蚁群算法在动态交通分配中的应用研究［J］．科学技术与工程, 2009,9(18): 5410-5414．
LIN Quan, XU Lunhui, TANG Dehua. Study on application of improved ant algorithm in dynamic traffic assignment［J］.Science Technology and Engineering, 2009, 9(18): 5410-5414.
［20］王炜，过秀成．交通工程学［M］．南京：东南大学出版社，2002:10-15.
WANG Wei, GUO Xiucheng. Traffic Engineering［M］.Nanjing: Dongnan University Press, 2002:10-15.
［21］徐旭，付蓉．基于畅通可靠度的道路网络结构可靠度［J］．上海大学学报（自然科学版），2012，18(5)：448-453．
XU Xu, FU Rong. Road network structural reliability based on mobility reliability［J］.Journal of Shanghai University(Natural Science), 2012, 18(5): 448-453.
［22］黄兵，周正峰，贾宏财,等．半刚性基层沥青路面结构动力响应分析［J］．重庆交通大学学报(自然科学版)，2014，33(1)：47-51．
HUANG Bing, ZHOU Zhengfeng, JIA Hongcai, et al. Dynamic response of semi-rigid base asphalt pavement［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University(Natural Science), 2014, 33(1): 47-51.

[1]	李晶1,2，钟鹏1，吕靖1,2. 基于系统动力学的陆港与城市经济互动研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(07): 1-7.
[2]	李军1，朱云升2. 三角模糊层次分析的综合评价在黄河库区船舶安全评估中的应用[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(07): 16-22.
[3]	邓萍1,2，宋莲1，黄承锋1,2. 三峡坝区过闸船舶拥堵成本测算及对坝区货物总价值影响研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(07): 23-30.
[4]	程谦1 ，朱晓宁2 ，卢万胜3. 中长运距城际旅客出行方式选择行为模型——以高铁、民航为例[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(07): 39-45.
[5]	连齐才1，李涵1，石小林1，闫章存2. 基于面板数据Mixed logit模型的自动驾驶选择行为分析[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(07): 46-52.
[6]	戚春华，王笑男，朱守林，李航天. 基于驾驶员视觉兴趣区域的交通工程设施信息量阈值研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(07): 53-60.
[7]	李升朝，吴越，白雪萌，王玥，张海. 基于TOPSIS与灰色关联的危货车辆违规报警研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(07): 61-66.
[8]	杨庆芳1,2,3，王立强2，郑黎黎1,2,3，孟凡运2. 一种环形交叉口交通排放及燃油消耗模型研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(07): 67-73.
[9]	白翰，张康宇，王修光，燕翔，冯启龙. 合放交通流条件下城市交叉口通行能力研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(06): 12-20.
[10]	张重阳,黄淑萍. 路网抗震可靠性及震后运输调度路径选择研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(06): 43-51.
[11]	郭文文1，计明军2，祝慧灵3，周文杰2. 集装箱码头场桥调度优化模型研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(06): 66-72.
[12]	李广儒，张新，朱庆辉. 基于Adaboost的改进Elman神经网络港口吞吐量预测方法[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(05): 1-5.
[13]	孙元广1，茧敏2，金华2，陈绍宽2. 城市轨道交通列车故障救援延误计算与仿真[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(05): 6-12.
[14]	王宏刚1,2，白朋1，邹庆茹2，赵玲1. 地铁车辆段股道运用优化模型[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(05): 13-18.
[15]	孙延浩1,2，张琦1,2，任禹谋1,2,3，孙鹏举4. 高速铁路列车调度员应急处置能力评价研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(05): 19-25.