[发明专利]基于蒙特卡洛仿真的交叉口设计方案变权综合评价方法

说明书

技术领域

本发明属于道路交叉口设计领域，尤其是一种基于蒙特卡洛仿真的交叉口设计方案变权综合评价方法。

背景技术

平面交叉口是道路交通系统的关键节点，由于交叉口交通组成多样、交通行为复杂、交通冲突集中、运行状态不稳定等特点，平面交叉口往往成为制约交通系统高效、通畅、有序、安全运行的瓶颈。由于交通需求迅速增加，交通运行环境多变复杂，不确定性因素对交叉口运行态势的影响日益突出。从不确定性角度分析交叉口运行效能逐渐成为国内外学者近年来关注的热点之一，也是精细化、科学化研究我国交叉口运行问题的前提和基础。

工程实际中，不确定性因素主要是指系统设计中难以预测、估量的不确定参数以及系统建模过程中的模型误差等，包括由于偶发因素的干扰使得结果呈现的随机性(如：恶劣天气对于事故发生概率的影响是随机的，难以预判的)、由于界限或约束条件不分明使得评定标准呈现的模糊性(如：交通冲突数据采集时严重冲突与一般冲突的划分界限不明晰)以及由于获取信息能力和渠道的限制使得对事物的认识存在的灰色性(如：因事故数据采集及统计时存在的缺漏导致对交通设施安全性认知不客观)等。而在确定性多目标优化模型中，模型参数在整个优化过程中为恒定值，约束条件将设计空间分为可行区域和不可行区域两部分。在进化计算中得到的最优解往往位于边界附近，而某些十分接近可行区域的不可行解由于不能严格满足约束条件而被淘汰，即确定性多目标优化设计可能会排除工程实际中可接受的最优方案。因此，寻求一种能够考量不确定因素的道路交叉口综合评价方法，具有较高的理论意义、社会效益和实用价值。

蒙特卡洛仿真方法又称为统计实验方法，它是一种采用统计抽样理论近似求解不确定性问题的方法。该方法的基本思想是，首先建立与描述该问题相似的概率模型，然后对模型进行随机模拟或统计抽样，随后利用所得到的结果求出特征的统计估计值作为原问题的近似解，并对解的精度做出某些估计。蒙特卡洛仿真方法的主要理论依据是大数定理，其主要手段为随机变量的抽样分析。

采用蒙特卡洛仿真法进行设计方案经济效益评价时，模型输入的指标参数既可以是一常量，也可以服从某种分布；此外，在生命周期内，指标参数可以随时间发展或指标值的变化而变化，因此将该评价模型称为变权综合评价模型。将蒙特卡洛仿真方法用于多个平面交叉口设计综合评价及排序，可以将多个评价目标进行综合权衡，操作简便，且结果直观。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于蒙特卡洛仿真的交叉口设计方案变权综合评价方法，在选择交叉口设计相关评价指标的基础上，将权变因子与蒙特卡洛仿真方法相结合，考虑了不确定性因素，克服了传统的采用常权系数进行多目标评价的缺陷。

实现本发明目的的技术解决方案为：

基于蒙特卡洛仿真的交叉口设计方案变权综合评价方法，包括以下步骤：

步骤1：建立交叉口设计方案的评价指标体系，包括运行效率评价指标、交通安全评价指标、交通环境评价指标、能源消耗评价指标和经济评价指标，其中，运行效率评价指标包括行程时间和交叉口延误，交通安全评价指标包括交通事故，交通环境评价指标包括一氧化碳、氮氧化合物、挥发性有机化合物等尾气排放量，能源消耗评价指标包括燃油消耗量，经济评价指标包括建设费用、维护费用和项目生命周期剩余价值；

步骤2：建立VISSIM仿真评价模型，采用实测数据对仿真模型进行标定和校核，利用模型输出得到运行效率评价指标、交通安全评价指标、交通环境评价指标和能源消耗评价指标，其中，交通安全评价指标中用事故修正系数表征交通安全的影响效果；用费用统计数据表征建设费用、维护费用和项目生命周期剩余价值，得到经济评价指标；

步骤3：改变VISSIM仿真评价模型中进入交叉口的交通流量以及车流构成，对各交叉口设计方案进行敏感性分析，得到各交叉口设计方案的运行效率评价指标、交通安全评价指标、交通环境评价指标和能源消耗评价指标的变化范围及分布形式；

步骤4：将步骤3中得到的运行效率评价指标、交通安全评价指标、交通环境评价指标和能源消耗评价指标进行经济效益化处理，计算得到运行效率评价指标、交通安全评价指标、交通环境评价指标和能源消耗评价指标的净现值分布；

步骤5：将步骤4中的运行效率评价指标、交通安全评价指标、交通环境评价指标和能源消耗评价指标的净现值分布和经济评价指标作为输入参数，采用蒙特卡洛仿真方法对各交叉口设计方案进行不确定性分析，计算得到各交叉口设计方案在生命周期内的总等价净现值及分布形式。