基于网络分解与叠加的用户均衡网络敏感度分析

在交通网络用户均衡问题中,敏感度分析就是确定均衡网络状态时起讫点交通量及路段旅行时间的变化对路段交通量或路段旅 行费用的影响. 文章以确定型交通网络用户均衡问题为研究对象,推导了均衡网络的敏感度方程,运用网络分解与叠加的方法 提出了敏感度方程的求解方法,并分别给出了网络分解与叠加的实现方法. 该方法可以有效解决均衡网络敏感度分析中的秩亏 问题,相比基于数学规划法的敏感度分析有了很大改善. 这样,基于变分不等式的网络敏感度方程即可直接用于敏感度分析,为敏感度分析在交通规划、建设与管理中的应用提供了很大的便利.     

用户均衡网络中的敏感度分析方法

以确定性交通网络用户均衡问题为研究对象,在分析了确定性用户均衡模型与优化条件的基础上,从非线性规划理论出发推导出确定性用户均衡模型的敏感度分析方程.与变分不等式的敏感度分析方法相比较,该方法只需要一般的数学规划知识,很容易被交通规划师和工程师所接受;提供一种获得均衡网络路径解的方法,该方法根据路径费用的大小决定路径解集的取舍,最终可以找到与各OD相对应的多条最短路径,该路径解可以直接用于网络敏感度分析.实例说明了该算法的有效性和敏感度分析在交通规划、建设与管理中的应用.     

城市道路单行系统布局优化的双层规划模型和混合算法

研究了基于出行者路径选择行为的单行道布局优化问题.借助于双层规划思想,以最小化研究区域内的总旅行时间为交通管理者的决策目标,建立了单行道布局优化的混合整数非线性规划模型,用0-1变量表征路段单行与否,用Logit型随机用户均衡网络模型刻画在交通管理者确定的某一单行道布局方案下的网络均衡流量模式.设计了GA-MSA组合式算法, 其中遗传算法求解上层问题,MSA算法求解在上层给定的单行布局方案下的路段均衡流量模式.为使初始化和遗传操作得到的染色体可行, 设计了相应的染色体修复程序.算例分析验证了用定量化方法优化单行道布局的必要性,参数敏感度分析解析了参数取值对优化结果的影响趋势和程度.     

基于路径运行时间可靠度的随机系统最优拥挤收费模型

应用交通网络平衡模型和边际成本收费理论相结合的方法,研究了运行时间可靠度下的随机系统最优拥挤收费问题,建立了运行时间可靠度及内生ATIS市场渗透率条件下随机系统最优交通拥挤收费模型.分析了基于运行时间可靠度下的随机系统最优拥挤收费对用户出行行为的影响.发现了与确定性网络用户平衡流中的情形类似,对于考虑运行时间可靠度下的随机交通网络,边际成本收费理论仍然适用,即采用边际社会成本流函数代替单位路段成本流函数,可以使随机网络随机用户平衡流变为随机网络随机系统最优流.算例分析结果表明:在传统的拥挤收费模型中,拥挤收费仅与路径(路段)运行时间和路径(路段)流量有关.现实中,在确定他们的出行路线时,用户往往还会考虑网络运行时间可靠度因素,而不仅仅是路径运行时间或成本.用户对于运行时间可靠度的置信度要求越高,传统的拥挤收费执行效果越不理想.因此,现实生活中传统的拥挤收费不一定能使网络效益达到最优或缓解交通拥挤.     

异质用户下交通拥挤控制的混合策略研究

随着出行需求及汽车保有量的增加,交通拥挤愈发严重.为了缓解交通拥挤,本文针对公私合营的交通网络,考虑用户异质性,提出了对交通网络同时实行道路收费和可交易电子路票方案的混合策略,即分别对使用政府资建的公有路段和BOT模式下的私有路段的出行用户收取电子路票和费用.通过对用户在混合策略下的出行行为分析,建立了用户均衡和路票市场均衡下的变分不等式模型.接着,对交通网络的系统最优模型进行分析,得到了促使路网在用户均衡状态下达到系统最优的混合策略集合,同时给出了混合策略下系统效率损失的上界.在此基础上进一步提出了涵盖其他目标的双层规划模型,得到能实现双重目标的最优混合策略.最后,对具体路网进行数值实验,可分别得到路网中每一公有和私有路段的具体路票收取量和收费值,以及需要设置的收取总窗口数.     

基于储备容量的交通网络潜在瓶颈路段识别

交通网络潜在瓶颈路段是随着需求变化将来可能会成为瓶颈的路段.准确识别出潜在瓶颈路段并进行优化管理,可以更好地适应未来交通需求的变化.基于交通网络储备容量模型,提出了交通网络潜在瓶颈路段识别方法,并设计了储备容量模型的求解算法.算例分析比较了现状需求和路网可容纳最大需求下的交通均衡流量模式.结果表明,不能简单地根据现状需求去推断潜在瓶颈路段,而论文提出的方法可以识别出路网达到最大需求时的潜在瓶颈路段.此外,利用交通网络储备容量模型设计了一种次要潜在瓶颈路段识别方法,次要潜在瓶颈路段是在优化潜在瓶颈路段之后随需求增长新出现的瓶颈路段.算例表明该识别方法具有一定的适用性.     

城市道路网络交通状态时空演化量化分析

为了使对城市道路网络交通状态的分析不至陷入交叉口或路段内部的交通状态分析,需从中观或宏观的角度去分析交通状态.本文在探讨路网状态特征参数的基础上,定义了"路段拥挤度"指标,通过建立城市交通网络模型,并基于浮动车(GPS)采集数据设计了路网交通拥堵时空演化量化分析的流程,采用"路段拥堵持续时间""区域行程时间延误"区域拥堵路段数量"三个时空参数对路网交通拥堵状态的时空演化进行了量化研究.最后结合上海市浮动车数据与实际交通网络,得出了交通拥堵的延误时间和空间范围与拥堵程度大小的关系等结论.     

最优信号控制条件下城市交通离散网络设计问题的备用能力模型

将备用能力的概念与城市交通离散网络设计问题结合在一起,一方面通过对路口的信号进行最佳设置使交通网络可以容纳最大的交通需求量;另一方面,通过在交通网络中添加新的路段来提高整个交通网络的通行能力.给出了最优信号控制条件下城市交通离散网络设计问题备用能力的优化模型及其启发式求解算法.最后,通过一个简单的算例,说明该算法是可行并且有效的.     

多用户弹性需求网络的双准则系统最优交通分配

针对存在异质用户的弹性需求交通网络,当用户时间价值呈离散分布时,给出了系统时间最优和系统费用最优的双准则优化模型及其帕累托有效前沿.证明了存在正的匿名路段收费方案.支持除系统时间最优解之外的其他帕累托解与多用户均衡解达到一致,分析了帕累托最优解处的系统性能与各自的单目标最优系统性能之间的偏差.研究表明,该偏差的上界仅依赖于用户的时间价值分布,而与路段流量分布和路段出行时间函数无关.     

考虑网络连通性的交通网络防护加固决策优化

在自然灾害发生后,受灾区域内同样受损的交通网络是实施人道主义救援的最重要物质基础,且其损毁情况将直接决定救援行动的效率和效果。为增强交通网络的抗毁能力和保障救援工作的交通效率,在灾害发生前需将有限应急资源合理用于交通网络中关键路段的加固等应急预防护工程。本文在不确定灾害风险环境下,考虑灾后交通网络连通性、出行效率鲁棒性和防护预算等约束,以最小化交通网络基础设施的灾前养护加固成本和灾后维修成本为优化目标,建立了不确定风险环境下的交通网络应急预防护的"一主多从"双层规划模型,并基于模拟退火算法和基于路径的梯度投影算法,设计了模型的求解方法。计算分析表明,算法收敛性好;预防护方案的决策成本与交通出行效率鲁棒性约束成反比;问题可行解的存在性同时受到出行效率和防护预算等约束的影响,尤其是预算的设施对问题是否存在可行解有较大影响。     

饱和路网中动态交通分配与路口控制一体化建模研究

基于对动态交通分配和网络信号控制相互作用的研究,以饱和交通网络为研究对象,建立了动态交通分配和信号控制的一体化双层优化模型。在上层模型中考虑系统最优,进行信号策略的优化,在下层模型中反映用户最优,实施交通网络流的配置。模型中考虑了车辆的实际长度,研究了饱和网络中因为流量饱和而导致的路口排队现象及其对路段费用的影响。最后用实例仿真说明了饱和网络一体化研究的必要性和一体化模型的有效性。     

一种新的交通网络效率衡量方法及其应用

提出了一个交通拥挤网络的效率衡量方法,该方法能综合反映网络中交通需求、路段流量、旅行费用等因素对网络效率的影响,并基于该衡量方法,设计了一个网络组件(如节点和路段等)的重要度评价方法,用来辨别网络中重要的节点和路段,且该评价方法计算简便,计算结果具有一致性.算例计算分析的结果表明,相对其他网络效率衡量方法,根据本文方法计算得到的网络效率,能科学地反映交通拥挤网络的实际运行情况,并验证了所提出的效率衡量方法和重要度评价方法的合理性,同时还说明了交通拥挤网络的效率和组件重要度,均与网络中当前交通流量有直接关系.     

基于社会与空间公平多用户网络拥挤收费定位

为了解决多用户交通网络中的拥挤收费路段定位问题,在有不同VOT(时间价值)用户的拥挤收费双层模型的上层模型中,加入满足社会与空间公平要求的约束条件. 设计了相应的遗传算法来求解有公平约束的拥挤收费模型.算例结果表明,尽管加入公平约束后的模型不能使交通系统达到最优,但仍旧能够有效缓解交通拥挤,并且所得到的收费方案能被所有不同VOT的用户接受.     

交通信息对交通网络的影响研究

利用随机均衡模型，分析了交通信息对公路交通网络的影响，并利用经济学的方法提供交通信息（模型NI）和提供交通信息（模型I）两种模型进行比较，得出三个主要结论：（1）交通信息的提供可以增加交通网络中道路使用者（用户）数量的期望值；（2）交通信息的提供可以降低交通网络运行费用的期望值；（3）交通信息的提供可以增加交通网络的消费者剩余，这三个结论说明了提供交通信息是一种提高交通网络效率的有效方法。     

基于非线性时间价值的多用户出行均衡与系统最优

针对存在异质用户的固定需求交通路网,当用户的时间价值呈离散分布,且出行费用与出行时间表现为非线性函数关系时,分别建立了基于时间和费用两种计量准则下的系统最优和多用户均衡路径选择模型.证明了在非线性时间价值函数条件下,存在非负匿名路段收费方案,使得基于费用计量的多用户均衡解与系统最优解一致,但在时间计量单位下,使得系统最优解与多用户均衡解一致的匿名路段收费方案不存在.     

交通网络效率的度量和元件重要性的计算方法

针对固定需求和弹性需求的交通网络,综合考虑均衡状态下的出行行为、出行成本、出行需求以及路段流量等因素,分别 提出了网络效率的度量方法,并在此基础上计算网络元件的重要性.算例结果表明:所提出的效率度量方法和元件重要性计算公式是合理的,并对Braess悖论网络进行了分析,发现网络元件的重要性随需求变化而变化.所提出的方法和研究结论对设计和管理交通网络具有指导意义.     

基于成对组合Logit的多用户多模式随机用户均衡模型

在多用户多模式的交通网络中, 采用考虑成对方案间相关性的成对组合Logit模型, 建立了路径选择满足Wardrop原则, 模式选择满足Logit模型的随机用户均衡模型, 构造了时间价值不同的多种用户类别下, 不同模式间路段阻抗函数满足对称条件时与之等价的数学规划问题, 并证明了所构建的数学规划问题与基于成对组合Logit的多用户多模式随机用户均衡条件的等价性, 进一步证明了模型最优解的存在性和唯一性条件. 最后用一个简单算例表明了所构建的模型的正确性和可行性.     

ATIS作用下的混合交通行为网络与效率损失上界

考虑一个被路径诱导系统支持的交通网络,装有ATIS的出行者接受交通中心的指挥、按照系统最优的原则选择路径,没有该装置的出行者根据个人成本最小的原则择路,建立了刻画这种混合交通行为的变分不等式模型,推导了混合交通行为网络的效率损失上界,并以多项式路段成本函数为例给出了一些上界的特殊值.研究表明,效率损失上界与具体被研究的网络结构和交通需求水平有关,只有在特殊情况下,才可以得到与网络需求和网络结构无关的上界值.     

基于O-D网络的交通流模型的分岔与混沌

以交通流O-D网络系统为背景,通过分岔图和相图讨论了在无交通阻塞下的交通费用和交通容量变化下系统非线性动力学行为的变化和运动复杂性.交通费用和交通容量作为交通网络的固有属性,对定性分析交通网络的动力学行为具有至关重要的作用.同时,数值验证了两种计算交通流O-D网络系统分岔图的方法的等价性.     

基于优先与公平的城市群一体化混合公路交通网络设计模型

针对连续交通网络设计模型在实际应用中的不足，根据公路改扩建的实际做法，将连续交通网络设计转化为离散交通网络设计，给出混合公路网络设计方法。考虑城市群发展过程中的优先与公平问题，设置不同OD对的优先级，并给出纵向与横向公平性的计算方法．在此基础上构建一体化混合公路网络设计模型，并给出基于遗传算法的求解方法。