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基于可靠性分析的城市道路交通网络设计问题研究

许良  
【摘要】: 随着经济的快速发展,各大城市交通拥堵的现象日益严重,城市交通的供需矛盾也日益突出。同时,随着道路交通网络可靠性在交通领域的作用日益突出,研究基于可靠性分析的城市道路交通网络设计问题具有重要的理论价值和现实意义。 围绕基于可靠性分析的城市道路交通网络设计问题,论文主要进行了如下研究工作: 1.论文首先详细阐述了不确定条件下的用户路径选择行为,然后引入关键度的概念表示路段对系统可靠性的贡献程度,将其改进作为系统的优化目标,建立了基于连通可靠性的城市道路交通连续网络设计模型,设计了基于灵敏度分析的算法来求解该问题。通过优化计算,算例结果表明将连通可靠性作为系统的优化目标是可行的并可以避免诡异现象的发生。 2.在出行需求变动和路段通行能力下降的情况下,论文建立了基于出行时间可靠性的城市道路交通连续网络设计模型,其下层模型是基于Logit随机配流模型之上的。由于模型求解和收集数据的现实困难性,论文采用遗传算法并结合仿真技术对问题求解。通过算例分析发现,将出行时间可靠性作为系统优化目标是可行的,求解算法是有效的。 3.在假设出行用户不仅考虑出行时间,而且也考虑出行时间变动(或者说出行时间的不确定性)的基础上,论文建立了基于能力可靠性的城市道路交通连续网络设计模型。由于下层问题本身存在的复杂性及双层规划模型求解的困难性,论文采用混沌优化算法求解该问题,其中上下层模型均使用混沌优化方法。优化结果表明,模型的解符合实际情况,混沌优化算法求解该问题是可行的。 4.在考虑现实因素的基础上,论文分别对基于连通可靠性、出行时间可靠性与能力可靠性的城市道路交通网络设计模型进行扩展,建立了基于可靠性分析的城市道路交通离散网络设计模型。首先,通过Sioux Falls算例验证表明,基于连通可靠性的城市道路交通离散网络设计模型是可行的,而且设计的分枝定界求解算法也是有效的。其次,针对基于出行时间可靠性的城市道路交通离散网络设计问题,论文设计了同时考虑系统总阻抗和出行时间可靠性的多目标双层规划模型,并运用遗传算法求解。优化结果表明,模型是有效的,求解算法也是可行的。最后,在详细讨论路段能力使用系数、路段能力可靠性和备用能力相互关系之上,论文建立了基于能力可靠性的城市道路交通离散网络设计模型。


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