Robust traffic assignment model: Formulation,solution algorithms and empirical application

ABSTRACT

The deterministic traffic assignment problem based on Wardrop's first criterion of traffic network utilization has been widely studied in the literature. However, the assumption of deterministic travel times in these models is restrictive, given the large degree of uncertainty prevalent in urban transportation networks. In this context, this paper proposes a robust traffic assignment model that generalizes Wardrop's principle of traffic network equilibrium to networks with stochastic and correlated link travel times and incorporates the aversion of commuters to unreliable routes.

The user response to travel time uncertainty is modeled using the robust cost (RC) measure (defined as a weighted combination of the mean and standard deviation of path travel time) and the corresponding robust user equilibrium (UE) conditions are defined. The robust traffic assignment problem (RTAP) is subsequently formulated as a Variational Inequality problem. To solve the RTAP, a Gradient Projection algorithm is proposed, which involves solving a series of minimum RC path sub-problems that are theoretically and practically harder than deterministic shortest path problems. In addition, an origin-based heuristic is proposed to enhance computational performance on large networks. Numerical experiments examine the computational performance and convergence characteristics of the exact algorithm and establish the accuracy and efficiency of the origin-based heuristic on various real-world networks. Finally, the proposed RTA model is applied to the Chennai road network using empirical data, and its benefits as a normative benchmark are quantified through comparisons against the standard UE and System Optimum (SO) models.     

城市灯控平面交叉口的自行车交通设计研究

城市灯控平面交叉口混合交通流安全和效率的核心研究对象应该是自行车与机动车交通流间的相互影响。本丈在大量的理论分析和实践的基础上,探讨时空分离法的自行车交通设计的基本原则和交通空间设计方法,即自行车右转弯专用车道设计、左转自行车二次过街以及自行车与行人过街一体化设计,并进行了南京市太平北路与珠江路交叉口的应用实例分析。本文的城市灯控平面交叉口自行车的交通设计方法可为解决城市灯控平面交叉口混合交通问题提供借鉴。     

铁路车辆编组连挂中车钩缓冲装置冲击特性分析

为了提高车辆编组连挂时的平稳性,保证所运货物的完整无损,通过对铁路车辆编组连挂时车钩缓冲装置的冲击特性进行分析,建立编组连挂时的缓冲装置的力学模型,对模型分析解微分方程得出位移时间曲线、加速度时间曲线以及加速度峰值,从而得出编组连挂的最大加速度与车钩系统的阻尼有关。     

基于FDS公路隧道火灾仿真研究

针对公路隧道突发火灾事故问题,采用模拟软件对隧道发生的火灾进行研究。分析火灾条件下公路隧道内被困人群的疏散行为特点,给出隧道内人员疏散的安全依据,按照隧道火灾条件下通风风速不同时火灾烟气蔓延情况,确定火灾可利用疏散时间(ASET),通过分析人员疏散特点计算出所需的疏散时间(RSET),通过对比得出:通风风速至少为3m/s时才能保证人员的安全疏散。     

基于时间约束的铁路空车调配系统可靠性分析

为弥补现有铁路空车调配系统缺乏空车调配可靠性研究的缺陷,在传统空车调配优化模型的基础上,本文提出了一种新的基于时间约束的空车调配可靠性分析方法。通过深入分析铁路空车调配过程,建立效益最大化目标函数,生成约束条件,以规定时间内的实际到达空车数与需求空车数之比计算出各需求站的空车调配可靠性,再利用各需求站可靠性均值求解空车调配系统的可靠性。最后,使用LINGO软件进行算例分析,论证了该方法的可行性和有效性。     

考虑多人相互影响的舰船通道最短路径规划

将时间维引入既定舰船通道网络,把考虑多人相互影响的动态最优路径规划问题转化为时间依赖网络中的最优路径搜索问题。首先,论文的算法为所有人员随机生成走行路径,为了预测网络中的弧(路段)的走行时间,按人员速度从慢到快的顺序依次计算并记录人员到达路径中的各路段首节点的时刻,先记录到的人员将成为后记录到的人员的动态障碍。然后,将遗传算法与网络中弧的走行时间预测方法相结合,借助遗传算法的个体多样性天然地解决了人员走行任意性问题,因而获得了全局动态最优路径算法,并仿真计算了两人以及三人的最短时间路径;经与不考虑人员间相互影响时获得的最优路径相比较,论文的算法获得了人员遇到障碍时(或跟行或绕行)的最优走行路径。最后,借助时间依赖网络中的最优路径充要条件定理,说明了算法的有效性。     

响应谱法与时程法在管道水锤分析中的对比研究

水锤是输流管道中经常发生的现象,由于阀门操作不当或设备突然停车引起的水锤极易引起管道的振动,造成设备及支架的破坏,严重影响管道系统的正常运行。文章运用CAESAERⅡ软件,对管道中的水锤现象分别采用响应谱法和时程分析法进行分析。结果表明:响应谱法有利于对振动响应过大模态的精确控制,时程法能精确求解时间历程内各时刻系统的整体响应。为全面分析水锤对管道应力的影响提供了一个研究思路。     

基于多目标遗传算法的约束阻尼柱壳结构优化

文章为了改进被动约束阻尼柱壳结构的减振特性,解决引入约束阻尼的合理分布问题,提出了一种基于多目标遗传算法的优化设计方法。建立了以振动模态的前两阶损耗因子和引入约束阻尼材料总质量比为优化目标,以约束层、阻尼层厚度和粘弹性材料剪切模量为设计变量的多目标函数。利用遗传算法对 Pareto 最优进行优化选择,避免了对目标函数值的直接计算。通过分析和比较优化前后结构的模态振动频率变化以及幅频响应,表明引入质量太多会影响柱壳结构固有特性,而优化后结构能够避免太多的质量引入,并且具有更好的减振效果。     

基于小波分析的Spar平台阻尼系数研究

连续小波分析方法作为典型的时频方法虽已广泛应用于工程界,但在海洋工程领域并未得到大力推广。文章应用连续小波分析方法对海洋工程领域中与Truss Spar平台涡激运动相关的阻尼系数进行求解。通过构建测试信号对这一方法进行数值检验,验证了小波分析方法的可靠性和准确性。利用试验数据,成功将小波分析方法应用于求解Truss Spar平台阻尼系数问题中。结果表明小波分析方法具有较好的可靠性,能够准确求解平台的阻尼系数。     

附加质量对水中平面板振动噪声特性的影响

在结构的生产加工和使用过程中,由于结构设计、施工工艺、使用安装及维修保养等过程中存在种种问题,导致结构的附加质量成为一种普遍存在且无法避免的现象,同时又对主体结构的声振特性存在着较大影响,因此研究附加质量对主体结构振动及噪声特性的影响具有重要的基础意义。以水中平板结构为例,对由不同分布情况的附加质量所引起的水中平面板声-振特性的变化进行数值分析。建立带有附加质量主结构的有限元模型,将其与声流体介质的瑞利积分相互耦合用于求解流固耦合问题,以获得耦合系统的响应。通过模型降阶法求解由附加质量所引起的结构模态参数变异。数值计算结果表明,不同分布情况的附加质量的影响有所不同,对于主结构声振特性的影响随频率的变化而变化。在主结构低频振动时,附加质量的影响主要反映在主结构固有频率和阻尼系数的改变上。