城市兴趣点指路标志指引路径规划模型及算法
黄 敏*，郑 健，刘 芳
【摘 要】摘 要：兴趣点指路标志指引路径规划过程中，不仅需要考虑指引路径的长度，还需要考虑布设成本因素.本文首先基于道路网络的拓扑表达，考虑指引路径长度和设置指路标志数量，以两者综合代价最小为目标，建立了从重要道路出入口到兴趣点的指路标志指引路径的线性规划模型；然后结合人工蜂群算法，设计了求解该规划问题的算法.最后以广州大学城为试验区域，利用上述模型规划了从重要道路南沙港快线出口到兴趣点中山大学的指路标志指引路径，并与指路标志布设现状进行对比分析，对比结果表明，该模型兼顾了布设路径的便捷性和指路标志布设成本的特点，更具可行性. 【期刊名称】交通运输系统工程与信息 【年(卷),期】2016(016)005 【总页数】7
【关键词】城市交通；兴趣点指路标志；指引路径；线性规划模型；人工蜂群算法
0 引 言
指路标志为公众提供道路指引信息，是道路交通管理设施的重要组成部分［1］.设置科学合理的指路标志能使出行者方便快捷地到达目的地，从整体上提升交通系统的运行效率.因此，指路标志的布设被受关注.有学者从驾驶人的出行心理出发，分析了指路标志系统设置的方法，提出逐级引导、由远及近、分级指引的方法［2］.祖永昶［3］分析了城市路网的功能，提出从信息量和驾驶员路径选择特点对指路标志进行合理布设的方法.卢亮等［4］站在信息传递角度分析
了交通标志信息的表达，构建了交通标志信息的概念模型.钮中铭［5］用圈层覆盖法来构建单目标的指路标志布设模型，模型以指引路径最短为目标，在一定范围内布设指路标志对兴趣点进行指引.贺崇明提出了与交通组织管理相结合，从均衡路网交通流等目标出发，合理选择指示路径，以此对指路标志的布设方案进行调整优化［6］.尽管理想的状态是在指路标志指引路径的每一交叉口处都设有指引目的地的指路标志，但根据学者的调研分析可知，在某些交叉口（如直行路口）不设置指路标志也不会影响出行者对指引信息的理解［7］. 在实际工程中，对特定的兴趣点目的地，及重要道路出入口之间，需要规划一条指引兴趣点的指路标志布设指引路径.从出行者的角度来看，驾驶员一般希望能诱导他们找到最短的行驶路径，快捷到达目的地；而从交通管理者的角度来看，管理人员希望指路标志的维护难度及使指路标志设置的费用在合理的范围内才是理想的选择.因此，为一个给定的兴趣点规划指路标志指引路径要综合考虑多方面的因素，如指引的行驶路径尽可能短，途经道路的交通流量尽可能低，设置指路标志的数目尽可能少等.
在这样的背景下，本文旨在构建兴趣点指路标志指引路径的规划模型.文中首先基于路网拓扑结构，以指引路径长度和布设指路标志牌数量为综合优化指标，构建了兴趣点指路标志指引路径的数学规划模型；然后，结合人工蜂群算法设计了求解该规划问题的算法.并详细介绍了算法的求解原理；最后，以广州大学城为试验区域，应用模型计算出从重要道路南沙港快线出口到兴趣点中山大学的最优指路标志布设指引路径，并与指路标志布设现状进行对比分析.对比结果表明，该模型兼顾了布设路径的便捷性和指路标志布设成本的特点，更具可行性.
1 指引路径规划数学模型
对于给定的交通路网、兴趣点及重要道路出入口，规划一条从道路出入口到兴趣点的指路标志指引路径.该路径考虑2个因素：指引路径长度和设置指路标志牌数目.以这两个因素作为优化目标，建立兴趣点指路标志指引路径的线性规划模型.结合问题的背景，把寻找最优指引路径的过程看作是一个从起点（重要道路出入口）流往终点（兴趣点）的可行流，并寻找使优化目标最优的可行流.下面引入以下符号对问题进行描述. 1.1 交通路网
交通网路是指路标志指引的基础，也是本节数学线性规划模型的已知输入.本文以有向图G=（V，A）表示路网，其中，V=｛vi｝为路网节点集，表示交叉口或分岔口，在本研究中，用vS表示道路出入口节点，用vD表示兴趣点节点；为有向弧段集，其中，aij表示从节点vi到vj的有向弧段，cij表示弧段aij长度.
路网的每个节点属性中，记录了很多路网信息，本研究中节点属性主要记录3个要素：连接弧段、北偏角和相邻节点逻辑连通关系.弧段的北偏角为从正北方向到该弧段的顺时针转角，根据北偏角可计算各路段间的几何转向［11］，如图1所示，节点vk记录的北偏角为θ（vk）=｛θ1 ，θ2，θ3，θ4｝.在实际交通路网中，即使弧段在物理上是连通的，由于存在通行限制，可能会导致相邻路段间不能直接到达，因此在节点属性中设计函数对相邻节点间的逻辑连通关系进行记录，若，表示弧段aik可以通过节点vk到达弧段akj；若，则表示弧段a不可以通过节点v到达弧ikk段akj，即两弧段是逻辑上不连通的，数值由交通路网的实际情况确定.
城市兴趣点指路标志指引路径规划模型及算法
