停车需求分布的双层规划模型及算法

针对停车需求给定条件下的停车设施选择问题,建立了描述停车设施选择和出行路线选择行为的双层规划模型,并基于在部分增广乘子法中嵌套Frank-Wolfe算法的思路设计了求解模型的有效算法.上层模型在满足停车需求和设施停放车辆数有限条件下,力图最小化实际停车需求分布与期望分布间的差异.下层模型假设出行者路线选择行为遵循用户均衡原则.上下层模型通过设施选择概率函数实现有效关联.部分增广乘子法中嵌套Frank-Wolfe 算法求解上层模型可以有效利用上层模型的单纯形式约束特征.算例分析验证了新模型与算法的有效性.研究结论拓展了现有理论的应用场景,为相关研究提供了新的建模分析思路.     

用户均衡条件下3类停车设施收费定价模型

为了模拟多类停车设施运营(收费定价)竞争以及出行者的反馈行为,建立了基于用户均衡条件的路外、路内停车场和停车换乘设施等3类停车设施的收费定价模型.上层优化模型模拟停车运营者以利润最大为目标的停车费定价决策,下层用户均衡条件描述出行者以个人出行成本最小为原则的旅行选择行为,包括方式、路径和停车设施的选择.采用基于灵敏度分析的算法来求解该非线性规划问题.设计算例对模型和算法的有效性进行验证,结果表明:考虑多类停车设施运营竞争对停车收费定价最优解有显著影响,并且可能导致较低的停车收费水平和较好的交通需求管理效果,如人均出行的交通拥挤成本降低,停车换乘方式分担率提高等.     

基于路段的拥挤收费与停车收费组合优化研究

确定性路段拥挤收费对收费路段的交通拥挤缓解有很好的效果,停车收费对抑制区域路网出行需求有重要影响,将两者组合起来系统研究具有重要意义. 本文通过将路段拥挤收费与停车收费进行组合,分析组合收费策略下出行成本和出行需求变化的基础上,建立了双层规划模型. 以收费社会效益最大化为目标,以拥挤收费和停车费可行区间为约束条件作为上层优化模型,下层模型是考虑广义交通出行费用(含行程费用和停车费用)的弹性需求条件下用户平衡模型,进行路段拥挤收费与停车收费组合优化. 设计了模式搜索算法进行求解,得到不同初始步长和迭代精度下模型的最优解. 数值计算结果表明,联合收费使得路网流量分布更加均衡,缓解了收费路段的交通拥挤,同时出行需求得到了一定抑制,证明该模型与算法具有有效性.     

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确定性路段拥挤收费对收费路段的交通拥挤缓解有很好的效果,停车收费对抑制区域路网出行需求有重要影响,将两者组合起来系统研究具有重要意义. 本文通过将路段拥挤收费与停车收费进行组合,分析组合收费策略下出行成本和出行需求变化的基础上,建立了双层规划模型. 以收费社会效益最大化为目标,以拥挤收费和停车费可行区间为约束条件作为上层优化模型,下层模型是考虑广义交通出行费用(含行程费用和停车费用)的弹性需求条件下用户平衡模型,进行路段拥挤收费与停车收费组合优化. 设计了模式搜索算法进行求解,得到不同初始步长和迭代精度下模型的最优解. 数值计算结果表明,联合收费使得路网流量分布更加均衡,缓解了收费路段的交通拥挤,同时出行需求得到了一定抑制,证明该模型与算法具有有效性.     

用户均衡条件下3类停车设施收费定价模型

为了模拟多类停车设施运营(收费定价)竞争以及出行者的反馈行为,建立了基于用户均衡条件的路外、路内停车场和停车换乘设施等3类停车设施的收费定价模型。上层优化模型模拟停车运营者以利润最大为目标的停车费定价决策,下层用户均衡条件描述出行者以个人出行成本最小为原则的旅行选择行为,包括方式、路径和停车设施的选择。采用基于灵敏度分析的算法来求解该非线性规划问题。设计算例对模型和算法的有效性进行验证,结果表明:考虑多类停车设施运营竞争对停车收费定价最优解有显著影响,并且可能导致较低的停车收费水平和较好的交通需求管理效果,如人均出行的交通拥挤成本降低,停车换乘方式分担率提高等。     

基于路网容量的城市中心商业区停车设施供给研究

本文利用双层规划模型从城市动态变通和静态交通的相互约束关系出发，以城市道路网动态交通容量及服务水平为约束条件，预测城市中心商业区可以容纳的最大停车泊位数量，在双层模型中，上层模型以城市中心商业区的停车泊位数量最大为目标，约束条件是城市道路网路段上动态变通流量不超过相应的容量；下层模型是普通的用户平衡分配问题，用来优化用户出行的路线选择行为。文章的最后，应用该双层模型具体研究了大连市的中心商业区的停车泊位数量。     

双模式的交通拥挤收费模型研究

针对公交车和私家车辆两种交通模式,建立了交通拥挤收费的双层规划模型.在模型的阻抗函数计算中,考虑了两种模式之间相互影响及其车载能力的差异.以总体出行成本最小为目标建立上层模型、以用户最优的交通配流模型作为下层模型,出行模式的选择满足Logit模型.通过"对角化"算法直接搜索满足路径选择/模式选择的下层交通配流模型均衡解.通过步长加速和惩罚函数法对这个双层规划模型进行求解,最后给出了算例.     

考虑移步需求的无桩型共享单车动态调度研究

共享单车系统自发的不均衡性导致单车数量分布与用户需求分布之间产生偏移，降低了系统服务能力，需要调度实现再平衡. 现有动态调度算法缺乏考虑起点车辆供给不足，用户在出行过程中“再次”取车的移步需求，难以准确识别用户真实的出行需求分布，降低了调度效果. 本文提出以用户出行选择行为为下层，以调度车辆路径规划为上层的双层规划模型框架，设计结合仿真系统的启发式求解算法. 算例场景基于上海市虹口、杨浦区共享单车历史出行数据搭建，并进行网格化处理. 算例结果表明，模型能有效识别移步需求，提高共享单车的供需匹配能力. 针对各类调度资源配置情况，共享单车的供需匹配率提升18.07%~ 19.89%，提高了共享单车系统的管理效率.     

考虑潜在需求的区域共享泊位滚动时域分配研究

为研究城市道路网络交通状况和停车潜在需求对区域共享泊位选择的影响，本文通过分析历史停车数据得到当日潜在停车需求，以区域共享停车场和道路网络为研究对象，构建考虑潜在需求的区域多停车场泊位动态预约与分配整数线性规划模型。模型以平台收益和用户成本两者综合收益最高为目标，在分配开始前，处理提前预约停车用户数据时考虑潜在停车需求，提前拒绝一部分周转率较差和车位利用率较低的停车预约用户，在开始分配阶段，同时考虑提前预约用户和临时预约用户，根据实时路网交通流状况进行车位滚动时域分配。通过模型评价和算例分析发现，当停车需求较大时，在实时分配预约停车用户过程中考虑潜在需求能够提高后续泊位分配收益。相比单一停车场的共享泊位分配研究，考虑潜在需求并根据路网交通状况和停车用户信息进行区域共享泊位滚动时域动态分配会使停车场收益平均提高10%，停车位利用率和拒绝率分别提高20%和降低8.5%。在考虑潜在需求的情况下，拒绝的停车用户数量和停车时长均显著影响系统收益。模型可为共享停车平台在局部存在多共享停车场和多目的地时的停车分配与管理决策提供理论参考。     

混合交通网络充电站选址模型

电动汽车充电站的合理布局对减少里程焦虑,提高出行舒适度及电动汽车的普及起到了关键作用。本文针对电动汽车充电站建立了基于随机用户均衡的双目标双层规划选址模型。上层模型考虑政府的目标,为系统最优模型,以最小化系统旅行时间和温室气体排放为目标,采用NSGA-II算法求解;下层模型考虑用户的目标,为随机用户均衡模型,考虑带里程约束的多车型混合交通网络分配问题,采用MSA算法求解。最后的算例结果表明电动汽车渗透率、交通组成模式、财政预算水平对充电站最佳选址有较大影响,论证了该模型和算法的有效性以及在实践中的可行性。     

考虑临时和预约需求的共享泊位动态分配方法

为解决多居住区共享停车场同时存在临时共享停车需求和提前预约共享停车需求的动态泊位分配问题，本文提出将未来几个时段的共享停车供需同时考虑到当前时段泊位分配中的单时段泊位分配方法，并将本时段泊位匹配结果延伸到后续时段，从而提出共享泊位动态分配流程。对临时停车需求，以用户成本最小为目标确立优先泊位匹配的原则；对预约停车需求，以系统收益最大为目标确立在当前时段结束时统一分配泊位的原则。定义4个指标评价模型效果。 选择来源于成都市某共享停车APP的3个居住小区一天的数据，对模型进行实证研究以及灵敏度分析。研究结果表明：临时共享停车需求和提前预约共享停车需求所占比例在0.4~0.6时，泊位分配后总目标表现最好；将未来几个时段的供需同时考虑到当前时段中，泊位分配效果更好，且考虑的未来时段越多，泊位分配后总目标越好；在泊位分配时，为了较好地保证临时停车需求能够优先分配到泊位，往往会造成总目标变差。     

基于预约需求的共享停车平台泊位分配方法

为解决在预约需求下，考虑预约时刻、时长及延时需求的共享停车分配问题，提出一种共享停车泊位分配模型. 以平台收益和停车步行距离为优化目标，将需求分为基本及延时两种情况，确定停车预约请求的分配策略. 根据模型结构，设计随机解集生成方法，利用蒙特卡洛法确定模型的最优解. 以医院停车场及周边停车场为案例，测试模型. 结果表明，模型能较好地服务于共享停车泊位的分配，实现平台收益与满足需求之间的平衡.     

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考虑城市路网中不同出行方式车流之间相互影响,通过对私家车实行拥挤道路使用收费和增加公交发车频率之间的相互制约关系分析,提出了基于可变公交发车频率的城市拥挤道路收费定价的优化问题. 在分析确定路网上公交车和私家车出行方式的广义出行成本的基础上建立了该问题的双层规划模型,其中上层规划以路网上的出行者消费盈余最大为优化目标,下层规划为弹性需求下的组合出行网络用户平衡模型;并设计了基于模拟退火算法求解的优化算法. 算例分析表明,基于可变公交发车频率的城市拥挤道路收费定价模型和算法能够更有效地解决道路拥挤问题.     

基于可变公交发车频率的城市拥挤道路收费定价优化

考虑城市路网中不同出行方式车流之间相互影响,通过对私家车实行拥挤道路使用收费和增加公交发车频率之间的相互制约关系分析,提出了基于可变公交发车频率的城市拥挤道路收费定价的优化问题. 在分析确定路网上公交车和私家车出行方式的广义出行成本的基础上建立了该问题的双层规划模型,其中上层规划以路网上的出行者消费盈余最大为优化目标,下层规划为弹性需求下的组合出行网络用户平衡模型;并设计了基于模拟退火算法求解的优化算法. 算例分析表明,基于可变公交发车频率的城市拥挤道路收费定价模型和算法能够更有效地解决道路拥挤问题.     

考虑速度限制的连续交通网络设计问题

本文提出了一个考虑车速限制的双目标连续交通网络设计问题,旨在通过合理的路段拓展与限速策略提高网络交通运行效率和减少交通系统的环境污染.构建了一个双目标双层规划模型来描述提出的交通网络设计问题.其中,上层问题从交通管理者的角度出发,以系统总阻抗与总投资额之和最小及网络总的车辆尾气排放最小为目标,制定最优的网络设计方案和不同时段最优的限速方案;下层问题基于用户平衡准则,描述不同时段出行者的路径选择行为.设计了基于非支配排序的遗传算法对提出的双层规划模型进行求解,并采用数值算例验证了提出的模型与算法的有效性.     

弹性工作制和动态停车收费组合策略研究

提出弹性工作制与动态停车收费的组合管理策略，探究组合策略下，出行分布的变化机理及动态停车收费费率的制定，以达到缓解通勤拥堵的目的. 构建双层规划模型建立动态停车收费费率的制定与多用户出行选择的相互作用关系，基于灵敏度分析的下降算法求解. 仿真模拟出不同弹性工作制规模时，均衡状态下多用户出行分布模式和优化的动态收费费率. 结果表明，组合策略能促使弹性与非弹性员工错峰出行，有效分散交通流，与单一策略相比，缓解路网拥堵的效果更好.研究成果为交通管理优化策略的制定提供了新思路.     

基于鲁棒接续时间的铁路空车调运优化

空车调运是铁路运输的关键环节，其方案具有一定的鲁棒性，可以避免车站技术作业时间以及站间旅行时间等不确定因素对调运方案实施的影响. 基于固定的车站技术作业时间和站间旅行时间，提出了空车供应站到达列车与发出列车、空车供应站发出列车与空车需求站发出列车间的空车接续时间关系判别方法. 以空车调运收益最大化为目标，建立了确定情形下考虑车种替代的空车调运模型，在此基础上，引入波动率描述车站技术作业时间和站间旅行时间的不确定性，并通过设置波动下限调整模型的鲁棒性，建立了不确定情形下的空车调运鲁棒优化模型；结合模型性质，以车流关系变化为依据，设计了鲁棒优化模型的快速求解算法，将非线性优化问题转化为易求解的鲁棒等价模型. 结果表明:求得的空车调运方案可以得出列车间的空车配流和车种替代情况，不确定因素的波动率和波动下限会影响空车调运方案的效益值，绝对鲁棒下站间旅行时间、供应站技术作业时间和需求站技术作业时间3个不确定因素导致方案效益值较确定模型分别下降了16.2%、12.1%和28.1%.