基于交通延误最小的道路养护策略研究

摘 要：为了降低四车道道路在养护的时候出现的交通延误，建立起道路养护策略的优化模型来使交通延误最小化，路网总的交通延误最小用目标函数表示，总的可用工作时间为约束条件；本文通过实际案例，对该模型的实用性进行了验证。

关键词：交通延误；道路养护；模型；优化

中图分类号： F40 文献标识码：A

1研究方法

1.1车道关闭模式研究

为使养护工作区的交通所受影响降至最低，双向四车道道路养护中车道关闭的模式有两种，首先关闭一条车道，其只影响工作区一侧车辆，对另一侧的交通没有影响；其次，关闭一幅车道，另一侧车道被双向来车共用。研究发现，第一种关闭模式在对交通影响程度上比较小，但施工费用高且周期长，交通事故率也较高，所以，如果没有特殊要求，一般的道路养护基本采用第二种车道关闭模式。本文也着重对第二种车道关闭模式进行研究。

1.2交通延误模型的建立

对道路养护工作区的交通延误一般可以看做是两个部分构成：交通拥堵造成的延误及速度降低造成的延误。两种延误类型的计算模型如下：

如果养护区内的随机一辆车，因为速度下降造成交通延误，则可表示为：

（1）

该式中，每一辆车因为速度下降造成的交通延误用表示，单位hr；车道变比以后的行车平均速度用表示，单位km/hr；车道关闭前的行车平均速度用表示，单位km/hr；道路养护工作区的长度用表示，单位km。

在某一特定时段内一般会出现交通拥堵延误，工作区内的通行能力低于到达的交通量，导致车辆出现排队的现象。给定时间段内存在车辆排队现象，那么车对长度会随着时间的推移而变化，那么可以用时间函数来表示：

（2）

该式中，初始时刻排队的长度用表示，单位veh；当前时刻的交通量用表示，单位veh/hr；养护工作区的通行能力用表示，单位veh/hr；时间用表示，单位hr；工作时间的长度用表示，单位hr。则在车辆排队时间段内总交通延误就可以表示为：

（3）

该式中，T时间段内总的交通延误用dc表示，单位veh·hr；在T时间段内排队所持续的时间用T1表示，单位hr。那么就有，如果vt-1+vt>c时，不会发生排队延误；如果vt-1+vt>c时，T=T1；在t时刻开始时，用vt-1表示上一时间段内在排队但是没有通过的车辆。

在时间段内，随机路段的总交通延误表示为：

dT=vTds+dc （4）

该式中，在时间段T内工作区通过的所有车辆用vT表示，单位veh。

2模型优化

在路面管理系统中，养护策略优化是重要内容，指在预算资金及其它约束条件下，利用优化的手段寻找最佳的养护策略，从而实现效益的最大化；或是在特定的路面性能要求与资源要求等条件约束下，寻找最佳养护策略，实现费用最小化。

现阶段，优化方法上主要可分两个类型：人工智能及数学规划。人工智能优化方法主要为模糊逻辑、神经网络及遗传算法等；数学规划优化方法主要涵盖动态规划、线性规划、整数规划及目标规划等。

在小规模路网养护策略优化中，主要采用整数规划的优化方法，该方法运算方便、模型简单，现阶段也在路网管理系统中普遍应用，其主要以维修方式作为决策变量。整数规划优化模型的建立如下：

（5）

（6）

（7）

上式中，

，

；编号为i的路段需要养护时造成的交通延误用di表示，单位veh·hr；编号为i的路段需要的养护时间用ti表示，单位hr；养护小组全天可用工作时间用Ttatal表示，单位hr。

在优化模型中，由于养护工作区的时间的增加会导致交通延误的增加，所以，在约束条件中，用式（7）来防止为了寻找最小延误的策略时，导致工作时间降低的误区。而对于以上三个模型而言，总共有24个变量，所有变量解的空间都是，利用LINGO应用程序可以对这些变量求解。

3实际案例

已知某实际路网需要进行养护，该路网中总共包含九个节点，分别用编号A到I来表示，包含24个单向路段，分别用编号1到24来表示，各基本路段包含两条机动车车道。进行路面养护时，选择的养护方式有三种：裂缝填补、坑洞填补及沥青表面治理；路面的损坏程度分为三种：L（低）、M（中）、H（高）；以路段的年平均日交通量作为路段交通量。总共有四个养护小组进行日常道路养护，如果按照8小时工作制计算，则道路养护每天的总工作时间就是32个小时。假设每一个养护小组都可以进行三种路面养护工作，即每一个工作小组都能在完成任一一种养护方法以后，还能进行另外两种养护工作。本案例的目的是为了在已有的总工作时间及路网条件的基础上，寻找最佳的养护策略，从而使养护活动对交通延误产生的影响最小化。

在LINDO系统中，其最强大的功能就是求解优化问题的解决，能够对整数规划、线性规划等优化问题进行求解，还能对非线性优化问题有效的求解，本实例中的所有计算采用LINDO5版本程序计算，不影响整数变量个数以及总的变量个数。

根据计算得到的最佳养护策略，可以按照上文中公式（1）-（4）求出目标函数的值，为133.38，那么也就是说该路网总的交通延误为133.38veh·hr。

结语

在当前的道路养护策略优化中，交通延误最小化是一个重要的目标，尤其是对于城市道路交通中非常适用。文章主要对交通延误问题进行分析，通过建立整数规划模型，寻找最佳的养护策略，并通过实际案例对该模型进行进一步的验证。

参考文献

[1]胡明伟.公路养护作业区交通影响的仿真分析和评价[J]，公路，2010（05）.

[2]杨艳群，郑新夷，陈少惠.城市道路养护作业对驾驶员安全驾驶的影响[J].中国安全科学学报，2011（02）.