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.     

过饱和交叉口交通信号控制研究现状与展望

为应对日益严峻的信号交叉口拥堵, 总结了过饱和交叉口交通信号控制研究的发展历程和研究现状, 并分析了未来发展趋势。介绍了过饱和交通流信号控制的多个目标, 包括最小化延误、最大化通行能力、排队长度约束等。分析了过饱和交叉口交通信号控制的多种模型与求解算法, 例如线性规划与优化模型、混合整数规划模型、基于软计算技术和人工智能技术的模型等。总结了典型交通仿真平台和信号控制优化软件对过饱和交通信号控制的支持, 以及现有多个典型信号控制系统中对过饱和交通流状态的控制方法。分析结果表明: 由于过饱和交叉口的交通流特性, 当前过饱和交叉口信号控制方法需要解决变量过多、计算复杂、计算效率低等问题; 过饱和网络的交通流特性、集成优化模型、高效求解算法与技术、仿真平台和示范应用是未来需要关注的研究趋势。     

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。     

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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.     

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.     

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．     

公交线路配车问题的不确定双层规划模型

为合理优化公交线路配车,考虑现实中公交站点乘客数量不确定性因素,引入不确定理论构建公交线路配车的不确定双层规划模型. 上层目标为公交运营企业的收益最大化,下层目标为乘客出行时间和费用总成本最小,约束条件是政府要求的服务水平、乘车率,通过 MATLAB进行编程求解. 以南昌市210 路公交为例,利用所构建的不确定双层规划模型对早高峰07:00-08:00 配车进行优化,在给定80%乘车率的约束条件下,单方向配车数量由26 辆减少到23 辆,减少11.5%;优化后高峰小时乘客总加权成本相比优化前小幅增加0.5%,基本持平;高峰小时该线路的利润比优化前增加了112 元,提高29.6%. 结果显示,利用所构建模型优化早高峰小时线路配车效果明显. 该研究为公交运营者考虑现实中不确定因素更合理地优化线路配车提供了理论支持.     

基于双层规划的城市交通拥塞疏导优化研究

为研究城市路网区域信号控制下的交通子区划分及交通拥塞疏导优化问题,明确交通拥塞控制子区划分影响因素并建立相邻交叉口关联度模型,将拥塞控制区域划分为“疏散区”“平衡区”。考虑“疏散区”“平衡区”不同的优化目标构建城市路网交通拥塞疏导优化双层规划模型,并以昆明市部分城市路网作为实验对象,通过仿真将实际控制方案与本文模型计算方案的控制效果进行对比,以此验证模型的适用性和有效性。仿真结果表明：除两个方案的平均停车次数优化效果一般以外,其他控制效果指标均具有很大的优化提升,其中车辆平均延误时间降低了7.7 s,重度拥塞里程比例下降了10.1%,路网车辆占有率下降了14.1%。综上可知,本文的疏导优化模型控制可快速疏导和有效缓解交通拥塞,模型具有良好的有效性,可为路网交通拥塞分区治理及疏导控制提供参考。     

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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.     

考虑城市客运结构优化的城市轨道交通定价方法研究

票价直接影响乘客出行方式选择和城市客运结构.在比较交通方式相对优势度和影响因素的基础上,以城市综合交通乘客出行时间最少,整体系统结构优化为目标,构建了城市客运系统整体出行时间最小的双层规划模型,并进行算例分析,验证模型的可操作性.算例表明,调整城市轨道交通票价情况下,随着票价降低,选择城市公共汽车和私人小汽车出行客流转移到城市轨道交通,城市轨道交通客流逐步增加,整个系统广义出行成本降低,系统总出行时间减少.城市客运系统结构中各交通方式优势的发挥受票价影响,在城市轨道交通票价制定时,应优先提高城市轨道交通客流量以增强客流分担率,最大可能发挥其运能大和系统出行时间少的特点.     

开放街区条件下的微循环道路网络设计

适当合理开放城市街区内部道路,利用街区内部高密度的支路网络充当主路分流的交通毛细血管,打开交通微循环,可以达到减少城市交通盲点,缓解局部交通拥堵的目的.以街区内部所有道路为可选道路集,路段饱和度超限量最小化和 OD车流绕行距离最小为优化目标,建立街区内部交通微循环网络优化双层规划模型.利用遗传算法求解得到最优的支路改造路段集合与区域内微循环路网的组织方式.通过算例对比分析,与封闭街区相比,开放街区部分支路组织微循环,可以实现最小化改造成本和最大化通行效率的目标,明显减小周边干道交通流饱和程度及车辆绕行距离.