黃 敏，李 敏，鈕中銘，李爾達

(中山大學 工學院∥廣東省智能交通系統(tǒng)重點實驗室, 廣東 廣州 510006)

指路標志是道路交通的語言，為交通參與者傳遞道路方向、地點、距離等信息[1]。隨著我國城市道路的發(fā)展建設(shè)，城市路網(wǎng)日趨復(fù)雜，道路路徑的選擇更趨多元化，從而使得道路使用者對指路標志誘導(dǎo)系統(tǒng)的需求和依賴逐漸增加。指路標志作為城市靜態(tài)誘導(dǎo)系統(tǒng)的核心組成部分，它為道路使用者提供道路的指引信息?？茖W合理地布設(shè)指路標志不僅能使出行者方便、快捷、舒適地到達目的地，而且能夠從整體上改善交通運行系統(tǒng)的效率[2-3]。對已有的指路標志誘導(dǎo)系統(tǒng)(下稱誘導(dǎo)系統(tǒng))進行可達性優(yōu)化是提高指路標志誘導(dǎo)功能與改善道路使用者出行環(huán)境的重要舉措。

目前國內(nèi)外對指路標志的研究工作主要集中在指路標志牌的設(shè)置位置、版面的設(shè)計以及布設(shè)整體狀況的分析評價幾方面，而對指路標志系統(tǒng)優(yōu)化方面研究的較少，特別是對指路標志可達性優(yōu)化[4-13]。很多學者指出，提供連續(xù)的指引信息使得出行者順利到達目的地是指路標志誘導(dǎo)系統(tǒng)最基本的功能[8-15]。相關(guān)文獻對誘導(dǎo)系統(tǒng)的指引可達性給予了明確的定義與分析[5]，但如何對指路標志可達性進行優(yōu)化并沒有明確提及。在此背景下，根據(jù)已有指路標志可達性分析評價模型[6]，本文對其可達性分析結(jié)果進行優(yōu)化，使其指引可達。首先以前人研究的指路標志指引可達性分析模型為基礎(chǔ)，找出連續(xù)路徑與初級路徑(指引不可達)，并提出將初級路徑轉(zhuǎn)換成連續(xù)路徑的優(yōu)化方法，構(gòu)建了指路標志可達性優(yōu)化模型；最后，將上述優(yōu)化模型應(yīng)用于廣州大學城路網(wǎng)中，針對一個給定的被標識對象(道路)對其指引可達性進行優(yōu)化，驗證了優(yōu)化模型的有效性。

1 指路標志的指引可達性分析

1.1 指引可達的含義

從出現(xiàn)目的地的某個指路標志牌開始，根據(jù)指引信息行進，若在分岔口遇到指引信息缺失時，則按默認的尋路規(guī)則(如直行)選路，最終能到達目的地，則認為當前的指路標志布設(shè)是指引可達的。以圖1為例，D為目的地，出行者根據(jù)指引行進，在分岔口O缺失指引下，選擇直行，最終能達到目的地，所以圖中的指路標志布設(shè)是指引可達的。

圖1 指引可達示意圖

1.2 連續(xù)路徑及初級路徑

文獻[6]給出指路標志指引信息的可達性分析模型，基于此，對指引信息構(gòu)成的指引路徑進行分類和定義。連續(xù)路徑：如果道路使用者通過指路標志對目的地(D)的指引信息以及根據(jù)默認規(guī)則，能夠順利到達目的地，則把此指引的路徑稱為連續(xù)路徑，記為ConPath，如圖2中的Path1。初級路徑：道路使用者根據(jù)指路標志對目的地(D)的指引信息及默認規(guī)則尋路，但不能到達目的地，則從尋路開始處到標志信息缺失處的路徑稱為初級路徑，記為NonPath，如圖2中的Path2，其中A表示初級路徑的末端點。

2 指引可達性算法優(yōu)化模型

2.1 優(yōu)化模型考慮的因素

在擴展指引路徑時，主要考慮兩方面的因素：擴展指引路徑的長度(dt)和增加指引信息的數(shù)量(cn)。下面以圖2來進行說明。在圖2中，弧段CE是目的地D的入口弧段，指引到達CE則屬于指引可達。對初級路徑Path2進行指引擴展可能出現(xiàn)兩種情況。第一種是從初級路徑的末端A增加指引信息到連續(xù)路徑Path1上，通過已有的連續(xù)指引路徑來到達目的地，此時擴展指引路徑為圖3的A-B-G-E。第二種是從初級路徑的末端增加指引信息直接到目的地，此時擴展指引路徑為圖3中的A-F-C-E。

擴展指引路徑的長度為從初級路徑末端指引到目的地的路徑長度。對于第一種情況，擴展指引路徑的長度等于A到B的路徑長度與連續(xù)路徑Path1上B到E的路徑長度之和；對于第二種情況，擴展指引路徑的長度等于A到F、F到C以及C到E三者的路徑長度之和；這兩種優(yōu)化方案需增加的指引信息數(shù)量分別為1和2，如圖3的實點所示。

2.2 選取優(yōu)化路徑的方法

對初級路徑進行擴展指引，要求到達目的地的距離盡可能短，增設(shè)的指引信息數(shù)量盡可能少，因此，需定義一個綜合考慮指引距離及增設(shè)信息數(shù)量的衡量指標，以對不同的優(yōu)化方案進行評價比選。由于兩個考慮要素存在量綱差異，因此需要對其進行歸一化處理[16]。當存在兩條擴展指引路徑時，設(shè)第一條路徑的距離為Dopt1，需增加指引信息的數(shù)量為Nopt1；設(shè)第二條路徑的距離為Dopt2，需增加指引信息的數(shù)量為Nopt2；定義Pc對兩條路徑進行比較，其計算公式如下

(1)

Pc利用擴展優(yōu)化路徑長度和以及標志設(shè)置數(shù)量和為分母，去除量綱，分子則體現(xiàn)兩條路徑的在路徑長度及標志數(shù)量上的差距。若Pc≤0則選取第一條優(yōu)化路徑，若Pc>0則選取第二條優(yōu)化路徑。

圖2 連續(xù)路徑與初級路徑示意圖

圖3 初級路徑優(yōu)化示意圖

2.3 優(yōu)化算法模型

根據(jù)上述優(yōu)化的思想，提出了優(yōu)化初級路徑的算法模型，算法的主要思路為：根據(jù)與目的地的遠近對初級路徑排序，距離目的地近的優(yōu)先處理，對每一條初級路徑進行優(yōu)化，增加指引信息，使其成為連續(xù)路徑，并更新至連續(xù)路徑集中。下面以一條初級路徑為例，說明優(yōu)化的思想。

1)建立用于存儲需搜索弧段的鏈表，初始化時把初級路徑末端弧段放入鏈表中。

2)對鏈表中的弧段進行遍歷，取出一條弧段，判斷當前搜索弧段是否處于入口路段集或連續(xù)路徑集中，若是則更新相關(guān)數(shù)據(jù)；若否則轉(zhuǎn)步驟3)；

3)更新當前弧段的屬性，再以當前弧段為基礎(chǔ)找到相鄰連通弧段集并逐一判斷是否需要加入鏈表中，具體方法見算法流程圖。

4)重復(fù)步驟2)、3)到鏈表中的所有弧段均被搜索完。

算法模型中用到的符號如下：

DT為擴展指引路徑的長度閾值；CN為所需要增加的指引信息的數(shù)量閾值，設(shè)定初始值DT與CN均為無窮大。

Entrance為目的地的入口路段集；ConPaths為已有的連續(xù)路徑集；

a為當前正在搜索的弧段；e為初級路徑的最后一弧段；

a.dt為從初級路徑末端到當前正在搜索的弧段a的長度；a.len為當前正在搜索的弧段的長度；a.st、a.lt、a.rh、a.ut分別為從初級路徑的末端到達當前搜索弧段a需要增加的直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、掉頭的指引信息數(shù)；a.cn為從初級路徑末端到達當前弧段a所需要增加的指引信息總數(shù)；a.parent為a的上一弧段；a.flag∈{-2, -1, 0, 1}，表示弧段在搜索過程中的狀態(tài)，其中-2表示不能通過此弧段到達目的地，不用從當前弧段向外搜索(即超過了搜索的權(quán)值等)；-1表示當前弧段還未被搜索過；0表示當前弧段正處于搜索過程中；1表示當前弧段已達到連續(xù)路徑或目的地的入口上。

a.dt′為當前搜索弧段為入口路段或連續(xù)路段時的擴展指引路徑長度；a.cn′為擴展指引路徑中需要增加的指引信息的數(shù)量。

a′：a的某條相鄰連通弧段；

對一條初級路徑優(yōu)化的具體算法流程如圖4所示，其中處理一條相鄰連通弧段a′的算法流程如圖5所示，該算法主要是判斷是否將a′加入list中以及改變其屬性值。

圖4 優(yōu)化模型算法總流程圖

圖5 處理一條相鄰連通弧段的算法流程圖

3 應(yīng)用實例

本文選取廣州大學城為示范區(qū)域，建立起指路標志數(shù)據(jù)庫[5，14]，運用可達性性分析算法模型分析大學城道路的指引可達性[6]，再運用本文提出的優(yōu)化算法模型，對指引可達性進行優(yōu)化。以中環(huán)東路為例，其中指引中環(huán)東路的指路標志有61個；3個指引信息未能構(gòu)成連續(xù)指引，如圖6大圓圈所示，故中環(huán)東路的連續(xù)性為58/61×100%=95.07%。

當運用本文提出的優(yōu)化算法模型后，最終需增加兩個相關(guān)指引信息，就能滿足中環(huán)東路的連續(xù)性達到100%，其示意圖如圖7所示，虛線小圈表示需要增加的指路標志的位置，有空心長方形的線表示擴展路徑。

4 總 結(jié)

隨著城市路網(wǎng)的日趨復(fù)雜，指路標志誘導(dǎo)系統(tǒng)作為靜態(tài)誘導(dǎo)系統(tǒng)的重要組成部分在交通系統(tǒng)中起到了重要的作用，對指路標志的誘導(dǎo)功能進行優(yōu)化是指路標志誘導(dǎo)系統(tǒng)分析評價的進一步工作，是對誘導(dǎo)系統(tǒng)功能的補充與完善。本文的工作旨在對指路標志指引可達性進行優(yōu)化。文中簡單地介紹了先前研究的指路標志可達性分析模型，在此基礎(chǔ)上考慮擴展指引路徑的長度以及增加的指引信息數(shù)這兩個要素，構(gòu)建了指引可達性優(yōu)化模型。最后應(yīng)用上述成果，對廣州大學城中環(huán)東路的指引可達性進行分析及優(yōu)化。本優(yōu)化模型只考慮了單個給定目的地的指引可達性優(yōu)化，若對多個目的地進行優(yōu)化，增設(shè)指引信息，可能會造成指引信息過載的問題，在后續(xù)的研究中將對過載信息進行相關(guān)處理以達到綜合最優(yōu)，更好地完善指路標志的誘導(dǎo)功能。

圖6 中環(huán)東路可達性分析示意圖

圖7 中環(huán)東路可達性優(yōu)化示意圖

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