基于理性疏忽理论的交通疏散网络双层优化模型

研究交通网络疏散问题的文献较多,但鲜有基于理性疏忽理论来分析交通网络疏散问题的。本文考虑疏散网络交通状态的随机性和出行者信息处理能力的有限性,将交通状态信息成本内生化,建立基于理性疏忽理论的疏散网络双层优化模型。上层以系统总疏散时间最小为优化目标,将路段是否单行作为决策变量,下层建立基于理性疏忽理论的用户均衡模型。设计离散粒子群优化算法与逐次平均法相结合的启发式混合算法(DPSO-MSA),上层采用粒子群算法求解,将上层得到的单行策略传递给下层,下层模型采用MSA方法求解,将得到的路段交通量返回给上层。并通过算例验证模型的有效性。研究发现,最优单行策略要优于非单行策略和全单行策略,设计的算法可以快速识别疏散网络的关键路段。对于整个疏散系统而言,出行者获取的信息并不是越多越好。研究结果可以为疏散策略的制定提供参考依据。     

基于点排队模型的多出口疏散优化模型研究

针对室内多出口条件下,行人自主疏散时盲目选择疏散出口而导致的出口利用不对称问题,本文基于点排队模型计算了行人从单个拥挤出口疏散所耗时间,并据此构建了室内多出口条件下行人疏散的出口选择优化模型,设计了该模型的混合遗传模拟退火求解算法.同时,进一步提出了出口选择确定的元胞自动机仿真模型,用于仿真评估包括本模型优化解在内的多个出口选择方案对疏散时间的改善效果.结果表明,本文所提出的模型和方法,能够保证各个疏散出口的利用率均衡,降低总体疏散时间,对制定可行的疏散计划有一定参考意义.     

过饱和交叉口交通信号控制动态规划优化模型

为满足过饱和交叉口信号控制的需求, 应用动态规划理论, 建立了过饱和交叉口信号控制优化模型, 界定了模型的阶段、状态变量和决策变量, 推导了平均排队长度状态转移方程和控制器状态转移方程, 确定了基于交叉口不同饱和状态的目标函数与约束条件, 提出了模型优化框架。非饱和状态以最小化延误为控制目标, 饱和状态和过饱和状态以最大化通行能力为控制目标。通过迭代运算判断保持或者切换当前相位, 并将控制效果实时反馈以调节下一阶段信号配时方案。以秦皇岛市某交叉口为例, 基于实际采集数据得到了非饱和、饱和与过饱和3种状态的交通流量, 应用动态规划模型获得配时方案, 并与TRANSYT方法给出的配时方案进行了对比分析。分析结果表明: 在非饱和状态下, 采用动态规划模型计算的平均延误、饱和度、平均排队长度分别为49.3s、0.76、13.7veh, 采用TRANSYT方法计算的对应值分别为52.0s、0.78、14.4veh; 在过饱和状态下, 采用动态规划模型计算的饱和度与平均延误分别为0.85、78.5s, 采用TRANSYT方法计算的对应值分别为0.86、82.5s, 但对应的平均排队长度为27.3veh, 略优于动态规划模型的27.6veh; 饱和状态控制效果与过饱和状态控制效果类似。可见, 采用动态规划模型可以有效降低交叉口饱和度, 减少各相位不同进口道车辆的平均延误。     

过饱和地铁线路的列车容量分配策略及优化模型

为缓解过饱和地铁线路的局部车站极端拥挤问题,提出一种新颖的车厢容量分配策略及优化方法,即通过预留和分配车厢的方式,将列车运力合理分配到各个车站,从而确保各车站乘客(特别是拥堵车站)均能得到公平服务,缓解极端拥堵。基于上述策略,以线路各车站所有乘客总等待时间最小为目标,以各列车在各车站的预留车厢数量为决策变量,构建关于车厢容量分配问题的线性整数规划模型。针对北京地铁八通线,对其工作日早高峰7:00-10:40下行方向的车厢容量分配进行数值实验。实验仿真结果表明,线路内各车站最大乘客聚集人数均降到安全范围内,其中最大聚集乘客数量由3642人降低至1345人,约降低63%。而全线乘客的总等待时间仅由418027 min增加至420099 min,增加0.5%。上述结果表明,列车容量分配的方法有效缓解了过饱和地铁线路内极度拥挤问题,实现各车站客流聚集均衡,在线路层面提高了总体运营安全性,同时保证了客运服务质量。     

基于双层规划模型的车辆疏散策略研究

针对一类多源单目且每个OD对之间只有一条路径的特殊拓扑结构高速公路疏散网络,为减少在汇流处同时到达流之间产生冲突而造成排队延误,提出兼顾效率和公平的疏散策略。通过引入疏散效率和社会公平的概念,建立一个双层规划模型,在约束条件构成的凸多面体上采用有限生成算法对模型进行优化求解,得出对匝道入口车辆进行控制的最优疏散策略。算例结果表明该方法具有可行性和有效性。     

快速路出口衔接过饱和交叉口信号优化方法

高峰时段内,由于地面道路通行能力有限,城市快速路出口匝道方向的地面交通流处于过饱和状态,甚至造成出口匝道排队溢出,引起更严重的交通拥堵.针对该问题,本研究在出口匝道和地面交叉口设置控制信号,考虑地面道路的通行能力约束,建立双层规划模型优化该区域交叉口的控制信号方案.该模型的下层规划,优化每个独立交叉口的控制信号方案;模型上层规划,优化区域交叉口的控制策略.利用乌鲁木齐外环快速路出口匝道区域作为实例,结合Vissim仿真对该模型进行验证与分析.结果表明,双层规划模型的优化方案可以有效地防止快速路出口排队溢出及主线拥堵,在提升该区域的整体系统性能上比运用常规非线性规划模型的效果更好.     

基于车道建模的区域应急疏散路径规划

为有效解决应急疏散路线中存在的延误问题, 以总体疏散费用最小为目标, 以消除冲突点, 减少交织点, 并且以流量守恒、流量非负、节点和弧段的通行能力限制等为约束条件, 提出了基于车道层面的路网模型。利用Lingo软件, 分别对应用基于车道层面的疏散扩展网络流模型以及应用基于路段层面的节点-弧网络模型进行求解, 并以4个交叉口网络为例进行了对比分析。计算结果表明: 与应用基于路段层面的节点-弧网络模型相比, 应用基于车道层面的扩展网络流模型节约了4 h·veh^-1的出行费用, 出行成本降低了25%, 该模型在使疏散费用最小化的同时, 减少了交织情况产生的延误, 具有较高的疏散效率。     

考虑充电需求的电动公交车运营优化模型与算法

随着新能源汽车技术的快速发展,电动公交车被视为缓解城市交通拥堵和降低环境污染的有效手段,然而电动公交车的里程限制和充电需求等特点使得公交网络设计和运营面临新的挑战。本文在公交分配的基础上,考虑电动公交车充电需求,对新型电动公交的发车频率、运营车辆数、车辆充电计划进行优化设计。构建一个双层规划模型,上层为带有电动公交线路运营充电仿真模块的公交网络优化模型,从运营商的角度来实现乘客出行成本和电动公交网络运营总成本最小;下层基于UE(User Equilibrium)均衡准则来描述乘客出行路径选择行为并预测公交网络流量。提出基于代理模型的算法（Surrogate-model-based Algorithm）来求解所构建的双层规划模型,并嵌入基于超路径的投影算法求解下层电动公交均衡分配问题,利用线路运营充电仿真模块求解上层运营车辆数车辆、充电计划及车次数量。最后采用数值算例验证了该模型和算法的有效性,算例结果显示,所提出的代理模型算法比传统遗传算法求解效率和精度更高,且随着网络规模的增大效果更为明显。     

基于层次蝙蝠算法的应急车辆调度与交通疏散协同决策

城市路网多事故应急救援中，因交通拥堵造成应急车辆滞留现象时常发生，严重影响道路交通事故救援效率.提出通过交通疏散提高救援路径的可靠性，构建双层规划模型对应急车辆调度和交通疏散进行协同决策. 设计一种双层蝙蝠算法，上层算法在应急车辆需求、事故时间窗和可用车辆约束下求解响应时间最短的调度方案，下层算法在路段容量和疏散需求约束下求解多条最短路径的交通疏散策略，从中选取最短时间路径. 算例结果表明，本文模型通过缩短应急车辆在途时间有效提升了应急救援效率，算法具有优秀的寻优能力和运行速度.     

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针对疏散过程中交叉口易造成延误的问题,构建了基于消除交叉冲突的疏散网络优化双层模型,上层以总疏散时间最短为目标,对各车道转向进行最优设置,下层基于随机用户平衡原理进行路径选择,并运用遗传算法与逐次平均算法结合对该模型进行求解,最终实现疏散交通组织与路径规划的集成优化.本文基于简单实验对模型的收敛性与有效性进行校验,实验表明,运用本文所提出的模型能够有效求解消除交叉冲突下的疏散网络优化问题,且算法的收敛速度较快;基于实际案例证明,本文提出的疏散网络优化模型能通过对交叉口处部分转向的禁行,消除交叉冲突,避免其余转向交通流的中断,从而提高疏散效率.     

基于单安全点路网模型的区域交通疏散研究

疏散车辆对安全点和路径的选择是区域交通疏散方案的核心内容,只有充分结合疏散交通的特点,将安全点选择和路径选择同步研究,才能使疏散路网发挥最大功效,进而得到合理的交通疏散方案。文章充分挖掘疏散车辆对安全点选择的灵活性,提出单安全点路网模型对疏散交通分配进行优化,并通过实例仿真对模型进行了验证。     

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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.     

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.     

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为了有效疏解城市干道交通压力,优化与实施单行交通组织是充分发挥微循环交通网络效率的重要手段。从降低干道及微循环道路饱和度的目标出发,考虑最大期望饱和度的限制要求,建立了单行交通组织优化的双层规划模型。上层规划的决策变量为支线路段的单向行车组织方案,优化目标为最小化干道路段平均饱和度和最小化干道路段饱和度超限量;下层规划在干道路段能力、支路路段能力和饱和度的限制下进行平衡配流。提出了相应的遗传算法,并通过案例对比分析了单行交通组织优化前后干道及微循环道路上的交通状况,验证了微循环道路网单行交通组织优化的效果。该模型可应用在微循环交通网络中的单行交通组织,为单行交通组织提供优化方法。     

Optimization of One-Way Traffic Organization for Urban Microcirculation Transportation Network

To effectively alleviate traffic pressure of urban arterial roads, optimizing one-way traffic organization is the key to bring microcirculation transportation network into full play. Aiming at reducing the saturation of arterial roads and microcirculation roads, the paper develops the bi-level programming model for optimizing one-way traffic organization with consideration of the maximum saturation restriction. The decision-making variable of the upper level programming is the scheme of one-way traffic organization of branch roads and the optimization targets are to minimize the average saturation of arterial roads and to minimize the excess of saturation over its maximum of arterial roads. The lower level programming is an equilibrium traffic assignment problem under the restrictions of the capacity of arterial roads and branch roads and the maximum saturation. The genetic algorithm is adopted to solve the model. The traffic conditions of arterial roads and microcirculation roads before and after optimizing of one-way traffic organization were compared by an example, which also proves the effectiveness of one-way traffic organization of microcirculation network. The proposed model provides an optimization method for one-way traffic organization of microcirculation network.     

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当易扩散性危险品发生严重泄漏后,危害区的应急交通疏散对减少人员伤害和经济损失具有非常重要的作用.本文研究区域易扩散性危险品发生泄漏后,建立在规定的时间内,应急交通部门主导的路网疏散,目标函数为区域应急疏散路网能力的元胞传输模型.结合模型复杂性的特点,以及量子粒子群算法的优点对模型进行求解.算例表明,在应急疏散过程中,应急交通管理部门利用信息优势和主导权利使路网应急疏散能力比自然的路网应急疏散能力提高了56.9%.模型和算法可为应急交通管理决策部门提供理论支持.     

基于极值优化的综合运输路网连续网络设计双层规划模型

本文提出了综合交通运输系统路网连续投资配置的双层规划模型,其中上层规划者在投资预算及其他约束条件下,考虑环境污染、土地占用及能源消耗等外部成本,对线路及综合交通运输枢纽做出连续的投资配置,以实现系统最优;下层网络用户在上层规划者的投资配置下,其路径选择满足确定用户平衡原则。最后,基于极值优化设计了求解该模型的算法,并给出了具体算例对算法进行验证。计算结果表明：所建立的模型符合实际情况,且采用的启发式算法也较有效。