交通信号控制与平衡网络设计组合模型中利益分配问题的研究

由于在交叉口进行信号控制使得系统的总延误增加，所以信号控制的优化目标是使系统的总延误最小，同时要使得增加的延误在用户之间尽可能均衡分配。为解决这一问题，设计了一个平衡约束条件下信号控制与平衡网络设计组合问题的多目标规划模型，然后使用效用函数法将有双目标的上层优化问题转化为一个单目标优化问题。此时，该模型变成一个标准的双层规划模型。并利用全局优化方法模拟退火算法和惩罚函数法相结合求解。     

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主要讨论基于用户平衡原则的交通网络优化问题。这些问题大致上可以分为二大类:一类是涉及到确定性用户平衡原则；另一类是考虑随机性用户平衡原则。众所周知，运筹学中的双层规划模型能够完美地刻画这些问题，但是所建立的双层优化模型往拄属于不可微优化问题的范畴，这就给设计有效的算法带来了很大困难.此文首先从模型和算法的角度总结了有关这类问题已有的研究成果，接着介绍有关这方面的最新的研究进展，即如何把用户基于平衡原则下的交通网络优化问题的双层规划模型统一地转换为一个连续可微的单层最优化问题，并设计统一的算法。作为统一的算法方面的研究，我们可以看到增广的拉格朗日方法可以用来解上述的第一类问题，而基于灵敏度的分析的序列二次规划方法完全有能力解上述的第二类问题。     

大型活动后车道单行优化的双层规划

为了缓解大型活动后疏散期间的拥堵,建立了车道单行优化问题的双层规划模型．该模型考虑了交通组织者与参与者之间的共同作用．模型的上层模型的优化目标是总疏散时间最短,下层模型的优化目标是出行者自身疏散时间最短．将离散粒子群算法用于解决该双层规划问题．用简化的实际交通网络检验优化效果．实验结果表明,基于双层规划模型的车道单行方案能减少总疏散时间20％．     

接触网检修计划自动编制模型构建与应用

针对接触网检修计划人工编制效率低又难以实现优化的问题，将接触网检修计划编制转化为一个规划优化问题，利用整数规划方法，同时考虑接触网检修作业的连续性，将设备检修状态作为决策变量，以超周期惩罚费用与检修路径代价最小为优化目标，建立基于弹性周期区间的接触网检修计划自动编制模型，并基于多目标规划中分层序列法提出模型的启发式求解算法. 通过实际算例验证证明:该方法可实现接触网检修计划的自动编制与优化，编制时间相对于人工节省99.98%，巡检路径节省33.16%，提高了接触网检修计划的编制效率和效果.      

弹性需求下拥挤道路收费的模型与算法研究

拥挤道路收费作为交通需求管理的一种有效措施在许多国家和地区开始提倡。研究了弹性需求下的拥挤道路收费问题,建立了双层规划模型,其中上层模型以用户盈余最大化为目标,下层模型满足弹性需求下的随机用户平衡(SUE)。基于双层模型求解的复杂性,设计了一个基于步长加速法和惩罚函数法的启发式算法,实例计算表明该模型与算法是有效的。     

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研究了考虑可持续发展的混合型交通网络设计问题的优化模型和算法. 利用双层规划模型描述问题,其中上层模型是以方案总投资费用和汽车废气排放量最小化为优化目标,并受占用土地规模和路段负荷度的约束,下层模型为确定型的交通网络平衡配流模型. 使用路段等级决策变量将问题离散化,并基于模拟退火算法和基于路径的梯度投影算法进行模型求解. 算例计算表明,优化后的交通网络不仅拥堵状况得到显著缓解,而且路网内汽车废气排放量下降幅度也非常明显. 这都证明本文所提出的双层规划模型和求解算法是一种研究可持续发展环境下交通网络设计问题的有效方法.     

停车换乘设施布局优化研究

分析了全程私家车和停车换乘两种出行方式的出行效用,在此基础上建立了停车换乘设施布局的离散双层规划模型.其中上层规划的优化目标为总的社会福利最大,而以弹性需求下的停车-换乘组合用户平衡作为下层规划,并设计了求解该模型的遗传算法.算例分析表明,不同的布局方案会对出行者的出行选择行为和交通状况产生显著影响,停车换乘设施布局优化模型和算法能够更好地优化停车换乘设施布局,使其能更有效得解决道路拥挤问题.     

多区域通勤定制公交线路规划模型及求解算法

“定制公交”作为一种基于需求响应的公交服务模式，被认为能够有效吸引城市居民转向公共交通出行.通勤类型作为定制公交服务中的一种重要形式，其线路设计问题具有现实意义.首先，本文在已有理论的基础上，构建了多区域运营模式的通勤定制公交线路规划模型，该模型以最小化乘客出行成本、车辆运营成本为优化目标.其次，为求解模型，设计了一个两阶段启发式算法以获得多目标优化模型的Pareto解.最后，通过几组算例对模型进行了验证.结果表明，本文所提出的方法可根据优化目标提供多种线路方案集，丰富了定制公交的运营模式，为定制公交的线路规划提供了依据.     

测量控制网优化设计中建模与求解的一般方法

本文在目前国际公认的求解带约束非线性规划最为有效的方法之一－逐步二次规划（ＳＱＰ）法的基础上，结合目标规划原理，导出一套适用于求解一般的多目标优化模型的逐步线性目标规划（ＳＬＧＰ）法，基于ＳＱＰ法和ＳＬＧＰ法的先进性，又提出解决一般测量控制网优化设计问题的总体思路和方法，并给出了新的建模方法。     

综合客运通道设计的双层规划模型及算法

描述了综合客运通道的网络结构,分析了通道内旅客出行的广义费用函数,将运输成本、安全性、舒适性等服务属性作为出行阻抗的度量因素,以添加新的旅客运输方式为手段来优化旅客运输网络,设计了综合客运通道离散型网络优化设计问题的双层规划模型,上层模型以网络容纳的OD需求量最大为目标,下层模型为用户平衡问题．采用分支定界法对模型进行求解,并通过算例证明了模型的有效性．根据结果比较各方案的单位投资额所引起的网络容纳OD需求增加量,进一步从投资效率角度解释了方案的优劣,分析表明,该模型和算法能够得到综合客运通道网络优化设计的最优投资方案,为建设决策部门提供定量的决策支持．     

不确定环境下的物流配送中心选址方法研究

针对现实中普遍存在的不确定环境,本文在传统的双层目标规划的基础上进行了改进,建立了不确定环境下的物流配送中心选址的双层规划模型及算法.最后,通过一个具体的实例,阐述了如何用该理论解决实际问题,对未来配送中心的建设提供一定的参考作用.     

一种新的时域动态载荷识别方法

为了准确地识别未知载荷和降低测量噪声对识别结果的影响,基于动态规划方法和Bellman最优化原理,提出了新的时域动态载荷识别方法.从系统的状态空间方程出发,利用最小二乘法建立了系统响应的实际测量值与识别值之间的目标函数,同时引入Newmark积分,得到了基于系统位移、速度和加速度响应的系统离散运动方程;将动态规划方法和Bellman最优化原理应用于目标函数的最小化,推导了动态优化载荷识别公式.通过数值算例对文中方法进行了验证,结果表明:该方法对动态载荷识别适应性强,在测量响应含有10%噪声干扰下,误差均低于25%.      

多品种供应的多供应商选择模型及分解算法

为解决供应链中多品种供应的多供应商选择问题，建立了以供应综合成本最低为目标函数、满足多个约束条件的组合优化模型．为解决求解的困难，采用变换分解算法，将原模型转换为整数规划问题．根据不同迭代方式，给出了2种基本运算步骤．在算例中运用模型和算法，得到了多物资供应环境下多供应商的最优任务分派．新方法克服了常规供应商的选择评价方法只针对单一物资供应过程和面向单一供应商选择过程的局限性．     

连续交通网络设计的全局双层多项式优化模型

提出了一种面向典型连续交通网络设计问题的全局双层多项式优化模型,其函数均为多项式,且下层问题为凸问题;上层问题旨在优化网络性能,下层问题用来刻画确定性用户均衡(DUE)交通流模式;利用Fritz John条件和乘子代替下层规划,将提出的双层多项式优化模型转换为等价单层优化问题,并利用矩半定规划(MSDP)方法得到其全局最优解;利用矩矩阵的秩作为保证全局最优性的充分条件,并估计全局最优解的个数;给出了最优道路收费问题的数值算例,用提出的双层多项式优化模型描述了算例中的最优道路收费问题,并通过Wardrop用户均衡约束调整现有路段上的交通流量,使总通行费收益最大化。研究结果表明:该简单算例的最大收益为13.5元,同时可以得到该算例的矩矩阵的秩为1,从而证明了该结果的全局最优性,提出的方法克服了均衡约束数学规划(MPEC)法和值函数法等现有求解双层优化问题的经典算法由于连续交通网络设计固有的非凸性,只能找到局部最优的问题;提出的全局双层多项式优化模型与算法为典型连续交通网络设计提供了更好的探索工具。      

基于非线性规划法的最小阻力船型优化设计

为了获得阻力性能优良船型,以兴波阻力理论为基础,利用非线性规划法并结合CAD技术研究最小阻力船型的优化设计.以总阻力为目标函数,总阻力用兴波阻力和平板摩擦阻力之和来表达,设计变量取船型修改函数的参数,在保证必要的排水量为基本约束条件下,选取Wigley船型为初始船型,分别对船体的首部和全船线型进行优化设计.通过将改良船型的阻力性能、船体线型和基于Michell积分法的优化计算结果相比较,证实了在相同的设计参数和约束条件下,采用Rankine源法进行船型优化结果更可靠.     

考虑跳停策略的城轨列车运行图与车站限流协同优化研究

为应对日趋严重的地铁系统拥堵问题及客流过饱和情况，从系统优化角度出发，将服务供给侧与需求侧综合为一个整体进行研究。考虑乘客的持续性到达特征，提出考虑跳停策略的城轨列车运行图与车站限流协同优化方法。首先，引入列车运行图与车站限流相关决策变量，以提高列车运行效率、减少客流乘车延误人数为优化目标，建立轨道交通列车运行与车站限流协同优化双目标整数非线性规划模型。其次，为便于模型求解，引入0-1变量，使用时间重构和大M方法将模型中的非线性约束线性化处理，将模型重构为整数线性规划模型，利用CPLEX软件求解。算例结果表明，双目标优化方法与传统单目标优化方法相比，相较于仅考虑列车服务时间，本文模型可使客流乘车延误人数显著减少；相较于仅考虑客流乘车延误人数，本文方法可使列车服务时间降低2%~3%。     

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城市交通系统是一个复杂的大系统,针对交通流的不确定性,本文基于动态规划思想提出了交通流预测与分配的方法。考虑路段容量对交通分配的影响,建立了路网流量预测和分配模型。为了保持并充分利用传统网络模型的性质和特征,引入惩罚函数,将容量约束条件转换到目标函数中,使模型符合传统均衡网络流结构。将凸规划法作为一个子过程植入惩罚函数,得到模型的求解算法。控制策略上采取预测控制、反馈校正和滚动优化的方式。最后,通过算例分析,进一步阐述模型和算法的应用,验证算法的有效性。为交通流预测和分配提供一定的参考。     

一种新的曲线光顺优化模型

对曲线光顺的优化模型进行了讨论，并对直接根据型值点列进行曲线光顺处理的方法进行了研究，提出一种新的优化模型，利用进化规划对曲线光顺问题进行了求解，取得了良好的效果，理论分析和计算实例表明，进化规划算法和文中提出的优化模型是对曲线进行光顺的有效方法。     

基于动态规划的列车节能运行两阶段优化方法

针对地铁列车多站间节能运行优化问题，提出将列车节能驾驶优化过程和时刻表优化过程结合的两阶段优化方法，分别求解两优化过程的全局最优解，从而获取列车在多站间运行的最优操纵策略. 首先考虑节能和节时两个目标，构建列车节能驾驶多目标优化模型，结合动态规划多阶段寻优思路，建立一系列包含多个过程指标及约束的子阶段求解模型，逆序求解后获取列车站间运行最优操纵策略的Pareto前沿；其次建立时刻表优化模型，基于动态规划方法，调用各站间Pareto前沿，搜索站间运行时间最优分配方案；最后以北京地铁亦庄线为例，验证两阶段优化方法的有效性和高效性. 试验结果表明，与最速操纵策略相比，经过两个阶段优化后的列车牵引能耗分别降低了53.87%和54.69%，两阶段优化过程分别用时258.90 s和0.08 s.      

基于凝聚函数法的稳态热传导区间反演

考虑观测数据的不确定性,建立了识别稳态热传导边界条件和导热系数的有限元数值反演模型.采用凝聚函数法将此非线性规划问题转化为一个可微的单约束优化问题,在此基础上采用乘子罚函数法求解,获得了反演变量所在区间范围.