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减排目标下分时段交通管理措施优化设计

杨艳妮  
【摘要】:近年来交通污染排放问题日益加剧,给人们的生活环境和身体健康造成了严重影响,如何减少交通污染排放已经成为了日常交通管理工作的重要课题。本论文提出了高峰时段排放收费、平峰时段路段限速的交通管理措施组合体系,采用模型构建、算法设计和算例验证相结合的方法研究减排目标下的分时段交通管理措施优化问题,以提高交通系统的整体性能和道路交通管理的科学性。 首先,本研究分析了交通管理措施的作用机理,在此基础上建立了减排目标下交通管理措施优化基本模型。鉴于目前交通网络设计模型中污染排放计算方法过于简化的不足,论文提出了基于交通污染排放模型MOVES的路网减排优化流程,为后续研究奠定了重要基础。 接着,论文对高峰时段排放收费的方案优化设计进行了深入研究。以路网污染排放最低为优化目标,建立了基于路段的最优排放收费设计模型,模型中加入了区域环境政策约束,增强了实用性。由于假设条件过于严苛,建立了带互补约束的次优排放收费设计模型,采用了多重子优化算法进行求解。考虑到基于区域的排放收费模式更具备可操作性,建立了带互补约束的区域排放收费设计模型。算例表明,区域排放收费在有效控制区域排放的同时,能够更大程度上缓解交通拥堵和减少路网污染物排放。论文利用MOVES估算污染排放,提高了优化方案的可靠度,建立了区域排放收费双层规划模型,并基于SID-PSM算法构建了模型求解框架。算例表明,区域排放预算过紧会影响整体路网污染减排效果。 随后,论文将排放收费和路段限速进行对比分析,表明路段限速仅在交通需求较小的平峰时段能够调整路网流量分布,合适的限速方案有助于减少交通污染排放,提高路网性能。由于平峰时段交通需求的不确定性,建立了鲁棒限速设计模型,采用割平面法和多重子优化相结合的算法进行求解。算例表明,鲁棒限速方案能够在最坏需求情景下实现网络性能最优。考虑到鲁棒限速难以适应多种外界环境的变化,论文建立了任意战略情景下的多目标可变限速设计模型。模型中运用MOVES估算污染排放,并构建了以NSGA-II算法为基础的求解框架。算例表明,天气条件能够影响最佳路段限速方案。 最后,以北京二环路网为对象进行应用研究,表明论文提出的排放收费和路段限速的优化方法能够有效减少交通污染排放,显著改善路网性能。


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