基于交通延誤最小的道路養護策略研究

摘 要：為了降低四車道道路在養護的時候出現的交通延誤，建立起道路養護策略的優化模型來使交通延誤最小化，路網總的交通延誤最小用目標函數表示，總的可用工作時間為約束條件；本文通過實際案例，對該模型的實用性進行了驗證。

關鍵詞：交通延誤；道路養護；模型；優化

中圖分類號：F40 文獻標識碼：A

1研究方法

1.1車道關閉模式研究

為使養護工作區的交通所受影響降至最低，雙向四車道道路養護中車道關閉的模式有兩種，首先關閉一條車道，其只影響工作區一側車輛，對另一側的交通沒有影響；其次，關閉一幅車道，另一側車道被雙向來車共用。研究發現，第一種關閉模式在對交通影響程度上比較小，但施工費用高且周期長，交通事故率也較高，所以，如果沒有特殊要求，一般的道路養護基本采用第二種車道關閉模式。本文也著重對第二種車道關閉模式進行研究。

1.2交通延誤模型的建立

對道路養護工作區的交通延誤一般可以看做是兩個部分構成：交通擁堵造成的延誤及速度降低造成的延誤。兩種延誤類型的計算模型如下：

如果養護區內的隨機一輛車，因為速度下降造成交通延誤，則可表示為：

（1）

該式中，每一輛車因為速度下降造成的交通延誤用表示，單位hr；車道變比以后的行車平均速度用表示，單位km/hr；車道關閉前的行車平均速度用表示，單位km/hr；道路養護工作區的長度用表示，單位km。

在某一特定時段內一般會出現交通擁堵延誤，工作區內的通行能力低于到達的交通量，導致車輛出現排隊的現象。給定時間段內存在車輛排隊現象，那么車對長度會隨著時間的推移而變化，那么可以用時間函數來表示：

（2）

該式中，初始時刻排隊的長度用表示，單位veh；當前時刻的交通量用表示，單位veh/hr；養護工作區的通行能力用表示，單位veh/hr；時間用表示，單位hr；工作時間的長度用表示，單位hr。則在車輛排隊時間段內總交通延誤就可以表示為：

（3）

該式中，T時間段內總的交通延誤用dc表示，單位veh·hr；在T時間段內排隊所持續的時間用T1表示，單位hr。那么就有，如果vt-1+vt>c時，不會發生排隊延誤；如果vt-1+vt>c時，T=T1；在t時刻開始時，用vt-1表示上一時間段內在排隊但是沒有通過的車輛。

在時間段內，隨機路段的總交通延誤表示為：

dT=vTds+dc（4）

該式中，在時間段T內工作區通過的所有車輛用vT表示，單位veh。

2模型優化

在路面管理系統中，養護策略優化是重要內容，指在預算資金及其它約束條件下，利用優化的手段尋找最佳的養護策略，從而實現效益的最大化；或是在特定的路面性能要求與資源要求等條件約束下，尋找最佳養護策略，實現費用最小化。

現階段，優化方法上主要可分兩個類型：人工智能及數學規劃。人工智能優化方法主要為模糊邏輯、神經網絡及遺傳算法等；數學規劃優化方法主要涵蓋動態規劃、線性規劃、整數規劃及目標規劃等。

在小規模路網養護策略優化中，主要采用整數規劃的優化方法，該方法運算方便、模型簡單，現階段也在路網管理系統中普遍應用，其主要以維修方式作為決策變量。整數規劃優化模型的建立如下：

（5）

（6）

（7）

上式中，

，

；編號為i的路段需要養護時造成的交通延誤用di表示，單位veh·hr；編號為i的路段需要的養護時間用ti表示，單位hr；養護小組全天可用工作時間用Ttatal表示，單位hr。

在優化模型中，由于養護工作區的時間的增加會導致交通延誤的增加，所以，在約束條件中，用式（7）來防止為了尋找最小延誤的策略時，導致工作時間降低的誤區。而對于以上三個模型而言，總共有24個變量，所有變量解的空間都是，利用LINGO應用程序可以對這些變量求解。

3實際案例

已知某實際路網需要進行養護，該路網中總共包含九個節點，分別用編號A到I來表示，包含24個單向路段，分別用編號1到24來表示，各基本路段包含兩條機動車車道。進行路面養護時，選擇的養護方式有三種：裂縫填補、坑洞填補及瀝青表面治理；路面的損壞程度分為三種：L（低）、M（中）、H（高）；以路段的年平均日交通量作為路段交通量。總共有四個養護小組進行日常道路養護，如果按照8小時工作制計算，則道路養護每天的總工作時間就是32個小時。假設每一個養護小組都可以進行三種路面養護工作，即每一個工作小組都能在完成任一一種養護方法以后，還能進行另外兩種養護工作。本案例的目的是為了在已有的總工作時間及路網條件的基礎上，尋找最佳的養護策略，從而使養護活動對交通延誤產生的影響最小化。

在LINDO系統中，其最強大的功能就是求解優化問題的解決，能夠對整數規劃、線性規劃等優化問題進行求解，還能對非線性優化問題有效的求解，本實例中的所有計算采用LINDO5版本程序計算，不影響整數變量個數以及總的變量個數。

根據計算得到的最佳養護策略，可以按照上文中公式（1）-（4）求出目標函數的值，為133.38，那么也就是說該路網總的交通延誤為133.38veh·hr。

結語

在當前的道路養護策略優化中，交通延誤最小化是一個重要的目標，尤其是對于城市道路交通中非常適用。文章主要對交通延誤問題進行分析，通過建立整數規劃模型，尋找最佳的養護策略，并通過實際案例對該模型進行進一步的驗證。

參考文獻

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[2]楊艷群，鄭新夷，陳少惠.城市道路養護作業對駕駛員安全駕駛的影響[J].中國安全科學學報，2011（02）.