考虑风险分布特征的危险品运输路径优化（双语出版）

为控制危险品运输风险大小并提高风险分布合理性,兼顾运输商的利益诉求,对多种类型危险品在同一路网内运输时的多路径组合优化问题进行研究。首先根据运输路径物理特征,结合路段风险值给出路径间的物理相异度计算方法,并根据各路段在路网内的地理位置,给出路径间的空间相异度计算方法;然后设置总风险阈值和最小相异度约束,建立同时考虑累积运输风险、运输费用和运输时间的多目标优化模型,改进第2代非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ）对模型求解,利用动态拥挤距离来提高群体中个体分布的均匀性;最后通过随机网格网络算例对多种类型危险品在不同起讫点间单次、多次运输场景下的路径选择进行仿真优化,并利用实际路网数据对优化方法的可行性进行验证。结果表明：设置危险品运输路径之间的相异度约束,可减少共用路段/节点数量,避免运输风险在局部区域内过度集中;适当增加累积运输风险,有利于提高路径之间的物理相异度和空间相异度,使运输风险的分布更为分散,同时扩大了运输商的路径优化空间。研究结果可为政府部门对危险品运输风险控制及风险分布管理提供新的方法,为运输商的路径选择提供决策支持。     

考虑有限理性和公平性的危险品运输网络优化

针对含有风险控制的危险品运输网络优化问题，讨论了运输商的有限理性路径选择行为对运输风险的影响。基于鲁棒优化的方法构建了双层规划模型，通过增加各路段最大风险值的上界约束来实现不同路段之间运输风险分布的公平性，上层规划表示政府部门通过关闭部分路段来最小化最大运输网络总风险、路段最大风险的上界值以及路段关闭总数；下层规划表示有限理性的运输商在考虑感知偏差的情形下选择总成本最小的运输路径。考虑到传统启发式算法容易陷入局部最优解，通过重新定义上下层问题，设计了割平面算法求解该模型，并给出了算例分析。结果表明:虽然有限理性运输商的总成本增加了3.5%，但危险品运输网络的最大总风险下降了约8.4%；通过改变政府部门对各目标的关注度，可以影响有限理性运输商的路径选择行为，使得方差系数和基尼系数分别下降了约36.1%和26.2%，实现了不同路段之间风险分布的公平性目标；在实施车辆限行策略的情形下，针对有限理性运输商的感知偏差进行灵敏度分析，发现运输网络最大总风险的最小值不会改变，但会对路段关闭总数产生影响。在考虑运输商为有限理性决策者的情形下，可为政府部门设计更加符合实际情况的危险品运输网络，从而有效降低运输风险。      

基于博弈论的危险品运输网络选线

针对运输路段交通事故概率未知的情况,提出同时考虑运输成本和风险的危险品运输网络选线模型,以降低危险品运输事故对沿线居民和周围环境的影响。考虑发生交通事故后有毒气体泄漏的二次事故,对事故后果进行量化,界定为气体覆盖范围内的受影响人数;考虑在实际运输过程中路段的复杂性,采用最短路径算法选取运输成本较低的若干条备选路径,对运输路网进行简化;假设事故由袭击方制造且运输方对多条路径进行组合使用,以运输风险最小为目标,建立基于零和博弈理论的复合选线模型;采用启发式算法对模型进行求解,获得运输方对各条备选路径的选择概率,构成复合选线策略。以上海市道路网液氯运输选线问题作为典型案例,验证复合选线模型的有效性,并将模型得到的复合选线策略与最优单一选线策略的结果进行对比分析。结果表明：复合选线策略的期望受影响人数为184人,而单选线策略的期望受影响人数为374人;复合选线模型能够很好地解决危险品运输路段概率未知的问题,并能很好地指导实际危险品运输,且在降低运输风险方面效果优于单一选线策略;最短路径算法的运用能有效限制运输路径的长度,有利于节约运输成本;启发式算法的运行时间较短,在适当控制备选路径数量的前提下,可以用于更大规模路网下的运输选线工作。     

城市危险品道路运输网络的设计和分析

为了更好地研究道路危险品运输网络的拓扑特性,通过分析危险品道路运输路径选择模型特点和所面临的问题,建立了适用于危险品道路运输网络的、规范的、准确的一套体系和标准。以成都市为例,使用Arc GIS和Matlab软件初步设计和建立了道路危险品运输拓扑网络,统计了相关拓扑基础数据,并仿真生成相同规模的随机拓扑网络。对比发现:成都市危险品道路运输拓扑网络具有随机网络特性,主要表现为节点度频次分布服从泊松分布。分别通过线性拟合、高斯拟合、幂律拟合,以拟合优度值选择发现:节点度累积概率分布服从泊松分布;节点度分布中的主要集中节点度为2~4,平均节点度为2.968 2。这些表现特征可为危险品运输相关政府部门、运输公司提供危险品道路运输网络设计相关的科学有效方法。     

基于潜在瓶颈路段识别的可变信息标志选址分析

为了降低交通事故和交通拥堵对城市交通的影响程度,科学、合理地确定可变信息标志(Variable Message Signs,VMS)规划布设的点位并最大地发挥其交通诱导功能,以VMS的交通分流作用作为其选址的前提,首先利用路段脆弱度指标进行潜在瓶颈路段的识别,并在此基础上结合VMS的影响范围,明确VMS选址的路段候选集合;其次,引用驾驶人对于交通标志记忆的统计数据,得到标志信息随行程距离的衰减规律以确定信息效益,采用ARCGIS软件的网络分析模块寻求可替换路径以确定绕行效益,运用改进的用户均衡交通分配模型求解从VMS候选路段出发的节点间重新分流路径以确定路网总行程时间;最后将VMS信息利用最大化、绕行效益最大化和路网总行程时间最小化作为优化目标,以VMS布设成本作为约束,建立VMS选址优化模型,并以快速分类的非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)对选址优化模型进行运算。研究结果表明:以西安城区局部路网为例,可求得不同VMS设置数量下的点位布设非劣方案,从而验证模型和算法的可行性;随着路网VMS设置数量的增加,各Pareto解集的总体信息效益和绕行效益呈线性上升趋势,总行程时间呈线性下降趋势;合理的VMS设置数量能够使各选址方案的目标效益分布趋于集中。     

多分辨率视角下危险品事故风险评估方法

从区域宏观风险与路径事故风险的双重视角,科学评估危险品事故风险,对于危险品运输行业管理与事故应急管理具有重要价值.通过建立风险特征-风险影响因子-事故风险的分析框架,充分考虑单位面积人口数对地区事故风险的影响以及路径总长度和运输总时长对路径事故风险的影响,建立地区事故风险和路径事故风险识别方法,从危险品数量、事故风险2个维度构建危险品事故风险的多分辨率评估模型;利用电子运单数据结合空间分析方法,计算危险品的县域事故风险及路径事故风险.运用某地危险品公路运输电子运单数据进行实例评估,验证结果表明,该方法可评估多种视角下危险品事故风险,识别出高事故风险县域和路径,并具有与专项运输规划、突发事件应急预案等制度相结合的潜力.      

基于风险价值的危险品运输路径优化方法

考虑危险品事故发生概率和事故后果等主要因素,研究了危险品运输路径优化设计问题.通过分析不同危险值计算模型的性能特点,选用TR模型计算危险品运输的危险值,通过设定必要限制条件对KSP最短路径搜索算法进行改进,建立危险品运输最短路径集;考虑危险品运输事故发生概率受到多因素影响,具有一定的随机性和不确定性,引入金融领域用于风险管控制的风险价值理论,构建危险品运输路径风险价值模型,求解危险品运输网络在某置信水平下的最小风险值,从而提出了基于风险价值的危险品运输路径优化设计方法,并以长春市加油站为实例进行了模型检验和对比分析.结果表明:①随着置信水平的提高,对应的VaR值也在提高,最佳路径也会有所不同;②当置信水平在[0.9950,1.0000]时,最佳路径为路径6,此时不仅保证了路径最短,也保证了在可接受水平内的危险最小;③与传统最短路径模型相比,所建立危险价值模型能够不同置信水平下的危险路径选择方案,能有效降低运输危险.      

公路网合理多路径集合判断方法的研究

先前的合理路径的判断是以路径之间的距离差别作为判断标准,如给出了路段删除、路段惩罚、K-最短路径等方法;但是随着路网的扩展以及路网中车流量的增加,现有的一些判断合理路径集合的方法存在着一些潜在的问题,作为判断依据并不能够全面地反映出行者选择的路径集合。本研究结合目前城市路网以及高速公路路网中常用的合理路径集合判断算法,给出一种更加综合性的合理路径集合判断方法。为进一步的合理路径集合判断建立更加全面的实践和理论依据。     

基于图论与矩阵论的交通检测器布设新方法

为了获取各路段的交通流量,解决任意路网的交通检测器布点问题,提出了一种基于图论与矩阵论的交通检测器布设方法.从图论的角度出发,给出了顶点的度数、平衡点与非平衡点的定义;利用平衡点的平衡公式,提出交通量关系矩阵,计算出布设交通检测器的路段的数量;提出2条交通检测器的设置原则来进行交通检测器的设置;最后从矩阵运算推导出未对于设置交通检测器的路段,其交通流量的计算方法.该方法能在任意路网上进行交通检测器的优化布设.算例选取兰州市西关什子附近的路网,结果验证了所提出方法的有效性与可操作性.     

基于疏散连通度的干线路网疏散能力计算方法研究

为了保证路网中各节点间的连通,在路网连通度的计算基础上,进一步讨论干线公路中断条件下周边剩余路网的连通情况,并使用概率解析法对剩余路网的疏散连通度进行计算。考虑到概率法计算各小节点疏散连通度的繁杂性,本文对此计算方法进行优化,提出了逐步缩减计算范围的方法,便于使用者快速地确定连通薄弱路段。     

危险品公路运输安全保障关键技术研究进展

危险品公路运输事故突发性强,给交通运营安全带来巨大风险.根据危险品公路运输过程安全关键技术的研究内容,分别梳理了危险品运输事故致灾机理、运输风险评价、运输路径优化、智能应急防控等国内外研究进展,并做了总结归纳;通过总结相关研究理论方法和计算模型,提出针对运输过程车-路-环协同智能防控的系统架构.随着智慧交通技术不断推广,危险品运输的安全智能防控技术将成为未来的研究重点,根据运输过程中的环境、车辆、路况等数据信息融合后进行危险事故状态预判,在事故发生前及时做出预警及主动防控,有效保障运输安全,因此新兴通信技术的应用将全面提升危险品公路运输的安全保障能力.      

Urban Road Network Structure Optimization Method Based on Traffic Safety

考虑城市交通事故与道路网结构的关系,结合交通事故导致的时间延误,提出了基于交通安全的城市路网结构优化方法.首先分析了不同等级道路之间的衔接方式对出行者选择路径行为的影响,总结了交通事故的影响因素.然后在此基础上提出了基于交通安全的路网构造原则,建立了以路网安全度最大为目标的路网结构模型,并通过求解模型确定各路段的道路等级,得到安全度和结构不同的若干个路网.通过考虑交通事故时间延误情况下,进行随机均衡分配,得到路网各路段的交通量,并计算各路网的交通事故次数.最后提出了路网的安全性评价指标,分析交通事故次数和路网结构指标的关系,提出了考虑安全性的路网结构优化措施,并用实例验证了优化措施的有效性.     

高速公路路径标识站选址优化模型与算法研究

为了解决车辆多义性路径问题,高速公路路网中常设置标识站来精确获取车辆路径信息。在实际高速公路网中,要么在路网中所有环路段上布设标识站,造成资源浪费现象,或者布设的标识站不足,直接采用最短路的方式拆分通行费用,造成费用拆分不合理现象。因此对高速公路路网中多义性路径标识站的选址优化问题开展研究,在解决多义性路径基础上,实现标识站建设费用最小。为了研究高速公路标识站选址优化问题,以高速公路路网为基础,采用基于生成树-蚁群算法对标识站选址布局问题进行优化分析。首先,根据图论中生成树理论,确定出标识站的最少布设数量与多种选址布局方案。其次,建立了以高速公路标识站所在路段车流量最小且该路段里程最长的多目标多义性路径标识站选址优化模型,并设计了基于蚁群算法的大型高速公路路网多义性路径标识站选址优化算法的求解步骤。最后,通过算例分析,以3组不同权重值分析对比验证该模型的适用性。结果表明该模型可以用来解决高速公路标识站选址优化问题,并且能有效实现高速公路多义性路径标识站的最优选址布局。     

基于路口通行权的大站快线公交路径算法

在无法设置公交优先信号的交叉口如何提高公交车辆的通行效率,是研究公交运行路径算法的主要目标.以一般信号交叉口的通行权为基础条件,以大站快线公交运行路径为研究对象,提出一种合理的公交运行路径选择算法:通过有效路段判别方法构建公交运行网络,路径搜索生成有效路径集合;引用和优化道路通行能力手册计算方法,对不同有效路径方案的路段阻抗和交叉口延误进行计算,分析不同路径方案的总延误值,确定公交运行路径推荐方案.研究表明:该算法具有一定的适用性和可操作性,有助于提高大站快线公交站点间运行效率,可尝试用于复杂多路径路网的公交运行路径导航.     

基于节点承载力的高密度路网诱导路径选择方法

针对高密度路网诱导路径选择问题,基于图论对路网进行结构化选取,构建高密度路网模型。从节点评估的角度出发,提出综合考虑结构属性和交通运行状态属性的节点承载力指标。采用均质性、连通性2个指标评价路网节点结构属性,采用流量裕度、通行效率2个指标评价路网节点交通运行状态属性,提出一种基于TOPSIS算法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,优劣解距离法)的综合评价方法,实现对节点承载力的综合量化。基于节点承载力,构造路段承载力指标,采用重力模型和交通分配的方法将节点间的承载力分配到节点相连构成的路段上,并用路段实际交通条件修正即得到路段承载力。基于节点承载力和路段承载力,提出高密度路网诱导路径的确定方法。为证明本研究提出的高密度路网诱导路径选择方法的有效性,构建一高密度路网结构模型,同时采用本算法和传统Dijkstra算法规划诱导路径。结果表明:Dijkstra算法规划的路径虽为数学意义上的最优路径,但该路径途经低级节点,且需频繁切换道路进行交通转换,不符合驾驶员行车期望;本研究提出的基于节点承载力的高密度路网诱导路径选择方法得出的路径虽比Dijkstra算法稍长,但路径均由高等级节点和道路组成,这样的规划结果更符合实际交通诱导系统需求,更能体现驾驶人员选路偏好。     

基于累积前景理论的多目标广义路网设计模型

根据随机路网环境下出行者有限理性的路径选择行为,组合能力扩展与拥挤收费2种方案,提出了基于累积前景理论的多目标广义路网设计双层规划模型。该模型上层模型以最小化系统出行时间预算和最大化系统出行前景为目标,下层模型为基于累积前景理论的用户均衡模型。推导了需求服从对数正态分布且路段通行能力服从贝塔分布条件下的前景值计算公式,建立了用等价变分不等式表示的均衡模型,设计了改进型非支配排序遗传算法求解模型。研究结果表明:出行者择路行为的风险偏好与风险认知会显著影响网络设计结果,忽视出行者择路行为的有限理性可能会产生次优甚至错误的网络设计方案。     

考虑禁行路线路网的最优路径求解

为了解决含有禁行路线路网中的最优路径求解问题．研究了含有装行路线路网的特点．建立了数学模型。通过路网转化法把含有禁行路线的路网转化为不含禁行路线的路网．降低了最优路径求解的难度。采用邻接结点关系矩阵和邻接结点权矩阵表达路网中结点和路段的拓扑关系，减少了路网的存储空间。用动态邻接结点关系矩阵和邻接结点权矩阵对经典的Dijkstra算法进行了改进，节省了计算机存储空间、提高了计算效率．并给出了基本算法。将所研究的路网转化方法和改进的Dijkstra算法应用于所研发的车辆诱导系统软件，并进行了实际测试。测试结果表明．府用该方法能够在含有禁行路线的路网中求解最优路径．且运算效率较高。     

基于可靠性的城市组团间运输通道优化方法

为了科学解决城市组团间运输通道优化问题,首先对传统美国公路局(BPR)函数进行改进,通过引入通行能力影响因子以及区分交通流类型的方法,建立了组团间运输通道的行程时间可靠性测算模型;其次构建以运输通道可靠性最大为上层模型,用户平衡最优为下层模型的双层优化模型,并设计模型求解算法;最后将理论方法应用到南京市组团间运输通道优化案例中。研究结果表明:基于改进BPR函数的可靠性测算方法更适用于高等级、中长距离路段可靠性的计算,能客观反映出组团间运输通道通行能力易受过境车流影响的特征;采用双层优化模型后,南京市组团间运输通道整体可靠性水平提升了约11%,其中,原有运输通道可靠性的差距明显降低,中心城区以及江宁区周边路段可靠性提高了约15%,有效解决了中心城区路段可靠性偏低的问题;新方案与原方案对比分析显示,新方案可靠性比原方案提高了约6%,路段流量降幅约为4%,新方案对提升道路可靠性效果更好,而原方案则更有利于路段流量降低。采用提出的方法有效缓解了路段可靠性分布不均,中心城区路段可靠性偏低的问题,能够为城市组团间运输通道优化方案决策提供理论依据。     

基于节点重要度的城市群城际道路公交线路规划

为解决城市群公交一体化推进中道路客运公交化和公交线路优化规划问题,通过构建城市群区域路网节点重要度评价模型对路网节点进行评价确定公交线路必经节点,以最优路径为目标,建立城市群各路段权重计算模型,通过蚁群算法求解,确定道路公交线路布局;以湖南长株潭城市群进行实例论证,求解结果表明该规划方法具有一定的可行性和实用性。     

考虑OD转换的动态交通分配模型研究

通过分析一简单路网的路径选择问题，说明动态用户最优的条件及其物理意义。针对城市整体路网中交通流分布的差异，提出分配路网和模拟路网的分析方法：分配路网采用瞬时动态最优分配，模拟路网采用实际动态最优分配，并对二者的应用条件和关系进行分析。考虑到其在ATMS系统中的应用，模型重点分析空间OD转换问题，并将决策点的路径调整方法加入目标函数的选择中，以评价弹性出行策略和建立路线诱导的实际方法。