公路网络路线布局优化的双层规划模型及算法研究

首先分析了省、市级公路网布局的特点和要求,然后通过将连续变量离散化、引入双层规划模型,建立了适合省、市级公路网络的路线布局双层规划模型。最后研究了模型的求解算法,将模拟退火算法应用于公路网络路线布局优化问题中,应用V isual Basic 6.0语言开发了相应的算法程序。     

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采用混合整数优化方法,研究城市公交系统宏观网络优化整合问题. 根据区域间服务水平要求、公交供给能力以及满足一定乘客出行要求,构造公交系统宏观网络优化整合多目标模型,该多目标函数考虑乘客总出行时间成本、各公交方式的建设总费用、各公交方式的能耗和污染物排放总费用、枢纽建设总费用最优;并给出最优解的多方案求解步骤;针对多节点采用Branch-Cut算法进行求解,提高求解效率;通过算例对模型和算法的可行性和有效性进行了验证,说明该算法可得出不同发展阶段下的公交宏观网络最优布局方案;结果表明,提出的模型与算法能对城市公交宏观网络布局提供辅助决策支持.     

流线网络优化的变分不等式模型与算法

为解决具有复杂超网络特点的流线优化问题,求解以供需匹配度最大化为目标,以能力和资源限制为约束条件的流线网络优化模型,利用向量概念,对流线网络优化模型的目标函数和约束条件进行了简化和修正,将其转换为变分不等式形式,给出了基于投影算法的求解步骤,并以某市物流节点布局规划为例进行分析.案例研究表明:利用投影算法得到的区域物流网络供需匹配度为0.999 7,高于经验比较法得到的供需匹配度0.947 6,更接近实际物流需求;并验证了基于变分不等式的流线优化模型存在唯一解.     

公路网布局的多目标优化模型

针对现有公路网布局优化模型的目标函数过于偏重机动性的缺点,在公路网布局优化模型中引入了可达性的概念,建立了多目标双层优化模型.上层考虑建设资金的约束,以公路网可达性最大和交通负荷度最小为目标函数;下层与传统的4阶段交通规划模型相结合,采用用户均衡配流模型.为了反映上层模型的两个目标函数之间的trade-off关系,设计了基于Pareto最优的求解算法,并采用进化算法实现.文中提出的方法在北部湾区域公路网布局规划中得以运用.     

公路旅客最少换乘次数乘车方案选择算法

对公路旅客最少换乘次数乘车方案选择算法进行了研究,建立了描述公路客运换乘网络的有向无权图模型,将两站之间最少换乘次数乘车方案选择问题,转换为在权图中搜索两顶点间的最短路径问题,同时给出求解换乘网络中单一最短路径的基本广度优先搜索算法和求解全部最短路径的改进广度优先搜索算法,并通过算例验证算法的正确性.最后对算法的执行效率进行了分析.     

基于加权Voronoi图的连续型物流节点布局优化

为了解决物流节点动态服务范围划分及其连续型物流节点协调布局问题,建立基于引力模型的物流节点服务范围划分模型,引入加权Voronoi图及其实现的离散生成法,实现复杂区域物流系统动态服务范围的精确划分,在此基础上,构建区域物流节点协调布局优化模型,结合最大空心圆策略和模拟退火算法提出模型的高效求解算法.     

基于综合货运枢纽公路货运场站布局

在综合货运枢纽的条件下,运用几种不同的预测方法预测公路货运场站的适站量,根据得到的结果,进一步确定公路货运场站的规模和数量。结合公路货运场站规划的实践以及需求预测成果,对综合公路货运场站的布局模型进行分析。通过重要度指标量化,建立基于重要度的混合整数规划模型,并借助优化建模软件,对实际问题进行抽象建模,编写求解程序,成功建立求解模型,使得模型能够更好地应用于实践中。     

基于两阶段启发式算法的公路网布局研究

为形成科学、合理的公路网布局方案,为公路网布局实践提供理论支撑,以节点重要度为基础,在一定的约束条件下,以满足节点间的运输需求为目的,以路网总旅行时间最小为目标构建混合整数规划模型.在此基础上,以路段重要度和运输需求为启发式条件,设计基于随机游走算法和模拟退火算法的两阶段启发式算法,对MATLAB生成的随机算例进行求解.计算结果表明,在算法迭代初期,节点重要度较大的节点优先被连通,伴随迭代次数的增加和一定的随机扰动,节点在实现全部连通的基础上以路网总旅行时间最小为目标进行优化,最终获得目标函数值最优的公路网布局方案.算例求解过程符合公路网规划实践规律,表明了该模型和算法的有效性,同时表明模拟退火算法对随机游走算法求得的初始解具有一定的优化效果.可以看出,两阶段启发式算法能在较短时间内求解NP-hard问题并获得相对满意的解,可为求解大规模网络优化问题提供一定的方法借鉴.     

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.     

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公路客运快递依托客运线路采用直达模式进行运输获得了较好的经济效益,但直达模式却制约着其运输网络的能力和结构. 为提高运输网络的能力,完善运输网络结构,发挥公路客运时效性好的优势,本文提出转运的思想,并用优化模型设计公路客运快递的运输网络,使快件运输时间最小化. 优化模型是带有时间窗的运输网络设计问题,传统算法难以求解,因此用蚁群算法进行求解. 算例分析表明,基于优化模型设计的运输网络可以节省快件的运输时间,提高公路客运快递的运输能力.     

基于建设成本约束的公路网结构演化研究

通过简化公路网系统,建立了公路网结构自组织演化框架,对演化过程进行了 仿真研究.首先,在给定各城市社会经济状况条件下,研究各城市节点间的连接概率,建立 初始路网;然后,在初始路网的基础上,通过交通分布和分配获得各道路的饱和度;最后, 以降低出行时间为目的,在建设成本最小的约束条件下,通过扩大路网规模或提高道路 等级,更新路网结构.本文以一个城市圈为对象,对路网演化过程进行了仿真.研究发现, 路网规模和等级更新存在一定的规律,城市圈内部的道路等级高于外部,且不相邻城市 间的道路等级一般较低.     

基于连通能力的区域公路网的连通度研究

由于受公路技术等级、功能差异和地区经济发展不平衡的影响,传统连通度和模糊连通度的计算方法很难真实反映区域公路网的连通状况．基于公路适应交通量、公路重要度和节点重要度对连通能力的影响进行分析,分别对节点连通度和网络连通度的定义做新的描述,提出区域公路网连通度的计算模型．通过实例表明,考虑连通能力的区域公路网连通度计算模型不仅能真实反映区域公路网的结构性能,而且还可以对节点连通度进行排序,深化了连通度的内涵,有助于为区域交通规划提供决策参考．     

城市路网模块结构探测及Hub路段诊断算法

为了剖析城市路网拓扑结构的复杂性,识别路网中的关键路段,根据模块结构理论,分析了城市路网的聚类特性,提出了一种适用于城市路网模块结构划分和Hub路段诊断的算法——GN-T算法.该算法通过逐条移除介值最大的路段实现模块结构的划分,从而诊断出路网中的Hub路段.为确定模块结构的最佳划分,提出了一个改进的模块度函数.以武昌区路网为例对该算法进行验证,结果显示:武昌区路网模块度的最大值为0.41,表明该路网具有明显的模块结构特性;利用该算法诊断出的Hub路段与实际情况相符,证明了该算法的有效性和实用性.      

考虑连接性的路网划分算法

针对传统K均值聚类算法在非均质路网划分应用中的不足,将路网连接性融入算法,解决其在路网划分应用中聚类结果不连续的问题.先使用最大最小距离算法确定初始聚类中心和路段差异性,并以聚类评价指标ANSK确定K值;然后统计连续时间间隔下路网划分结果的动态频数,合并和拆分不稳定的“噪声”路段,提高划分子区内路网的紧凑性.最后,基于现实路网中的车牌照自动识别实测数据,对改进的聚类方法进行了验证.将算法得到的划分效果与K均值聚类算法和Ncut算法进行对比,并对子区做宏观基本图分析.结果表明,改进后的K均值聚类算法在保证自身原有聚类优势下,可以有效实现连接性约束下的路网划分.     

随机用户均衡交通分配问题的蚁群优化算法

研究了出行者对路网熟悉程度的指标与交通流分配均衡性之间的关系, 提出了具有指数形式信息素更新策略的随机用户均衡模型蚁群优化算法, 建立了从Logit模型加载, 到交通需求确认及路径流量、路段流量、路段阻抗、路径阻抗迭代计算的交通分配动态循环流程; 计算了Nguyen-Dupuis路网模型中各路段的流量与阻抗, 并与连续平均算法计算结果进行比较; 通过调节出行者对路网熟悉程度的因子, 分析了蚁群优化算法与连续平均算法的敏感性。研究结果表明: 采用连续平均算法和蚁群优化算法计算的路段流量分布分别为20~280、40~260pcu, 蚁群优化算法的流量分布区间减小了15.4%, 路段流量的最大值减小了7.1%, 因此, 采用蚁群优化算法计算的路段流量较为均衡; 采用蚁群优化算法时, 在Nguyen-Dupuis路网模型中各路段流量的标准差从65pcu降至48pcu, 88%可选路径的阻抗分布在61~64, 且84%的路径阻抗低于采用连续平均算法计算的阻抗, 因此, 采用蚁群优化算法减少了用户出行时间; 当路网熟悉程度分别为0.01、0.1、1、2、7、11时, 采用连续平均算法计算的路段流量标准差分别为75、65、50、47、45、45pcu, 采用蚁群优化算法计算的路段流量标准差分别为48、48、48、47、43、43pcu, 可见, 随着路网熟悉程度的增大, 分配在各路段上的流量范围逐渐减小, 标准差趋于稳定, 信息素更新策略对出行者的路径选择概率影响越明显, 出行者选择阻抗小的路径的概率变大, 因此, 采用蚁群优化算法对路段的流量分配逐渐优于连续平均算法。      

基于DPSIR模型的经济圈交通网络评价指标体系

为表征经济圈交通网络与经济社会发展之间的关系,运用DPSIR分析模型,从驱动力—压力—状态—影响—响应5个方面分析构建经济圈交通网络评价指标体系.新构建的经济圈交通网络评价指标体系由3个准则层、20个指标构成.经济圈交通网络评价指标体系的建立对于客观评价经济圈交通网络的发展状态,制定科学的经济圈交通发展规划具有重要的意...     

基于交通限制的路网最优路径算法

为了解决车辆诱导系统中复杂道路结构表达及因为城市道路交通信号管理而产生的最优路径选择求解的复杂性,依据图论中最短路径算法的基本原理,提出了含有禁行路线路网的最优路径求解算法。以行程时间最少为目标,按照网络转化法把含有禁行路线的路网转化为不含有禁行路线的路网,采用邻接节点矩阵和邻接节点权矩阵实现了道路节点关系的表达,改善了传统的Dijkstra算法,将全局节点路径的求解转化为与求解节点紧密联系的局部区域求解,将所研究的网络转化方法和改进的路径寻优算法应用于车辆诱导系统。结果表明应用该算法能够在含有禁行路线的路网中求解最优路径,减少了问题求解的路网节点数,提高了计算效率。     

城市路网畅通可靠度计算方法及其应用

常规路网畅通可靠度计算方法难以对路段多、结构复杂的大型路网进行全面优化.为进行简化计算,首先给出畅通可靠度的定义及畅通标准,然后提出考虑各等级道路影响的路网畅通可靠度的近似算法并分析其影响因素--路网饱和度和路网密度.以北京市五环以内路网为例,利用浮动车数据及近似算法计算路段畅通可靠度及交通小区路网畅通可靠度.评价结果...     

总需求固定时出行网络结构的优化

考虑到出行网络结构优化是缓解城市道路交通拥堵的有效措施,构建了提高出行网络和道路网络匹配程度的出行网络优化算法．针对城市道路交通双层网络特性,提出了双层网络的匹配程度指标．考虑匹配程度指标,构建了基于边删除法的出行网络优化算法．分析结果表明：本算法能优化出行网络结构、有效缓解城市道路的交通拥堵．     

基于四阶矩的路网总行程时间可靠性评价

为了评价供需服从任意分布时的路网总行程时间可靠性,提出一种基于四阶矩的计算方法.通过计算机模拟计算出路网出行总时间的四阶矩,然后推导总行程时间预算与四阶矩之间的关系,继而定义了路网总行程时间可靠性,并采用逆向求解方程得到该值.通过在大型算例路网上进行测试,得到该网络的不同预算下的总行程时间可靠性.分析结果表明,路网总行程时间可靠性随着总行程时间预算的增加而增加,当增加到一定程度时,可靠性趋于稳定值1.0,完全符合实际情况,从而说明计算机模拟加上逆向求解的基于四阶矩的可靠性算法是一个有效的算法,可以很好地应用在供需随机分布路网的行程时间可靠性研究中.