隨機(jī)環(huán)境下的地鐵換乘問(wèn)題兩階段優(yōu)化模型.pdf

1、公共交通是維系城市交通系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要部分，是城市可持續(xù)發(fā)展的重要保障。在許多發(fā)達(dá)城市，地鐵作為日常公共交通出行的主要載體，正承擔(dān)著越來(lái)越多的客運(yùn)任務(wù)。隨著城市的迅速擴(kuò)張與發(fā)展，為滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的交通需要，地鐵網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模也在不斷增大。網(wǎng)絡(luò)線路的增加、換乘站數(shù)量的增多以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜使得出行者在出行時(shí)的可選換乘方案也存在多樣性。為節(jié)省出行時(shí)間、提高出行效率，如何在出行前選擇魯棒、快速的換乘方案已逐漸成為人們關(guān)注的重要問(wèn)題。本文以地鐵

2、網(wǎng)絡(luò)中的換乘問(wèn)題為研究對(duì)象，分別在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)隨機(jī)環(huán)境中探討如何獲得能夠節(jié)省出行時(shí)間的魯棒換乘方案。具體的，利用基于場(chǎng)景的路段通行時(shí)間與換乘時(shí)間表示現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)的不確定性，以最小期望出行時(shí)間和換乘懲罰為目標(biāo)函數(shù)，分別建立靜態(tài)隨機(jī)環(huán)境和動(dòng)態(tài)隨機(jī)環(huán)境下的地鐵換乘問(wèn)題兩階段整數(shù)規(guī)劃模型。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，魯棒換乘方案將作為出行前的決策指導(dǎo)，而具體出行路徑則由出行者根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)自適應(yīng)地進(jìn)行選擇。最后，將標(biāo)號(hào)修正算法嵌入到分支定界算法的框架中設(shè)計(jì)啟

3、發(fā)式算法求解模型的近似最優(yōu)解。并以北京地鐵網(wǎng)絡(luò)為背景，設(shè)計(jì)數(shù)值算例，驗(yàn)證了模型與算法的有效性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分析地鐵出行過(guò)程中路段通行時(shí)間和換乘時(shí)間的不確定性，采用基于場(chǎng)景的隨機(jī)數(shù)據(jù)表示路段通行時(shí)間及換乘時(shí)間的隨機(jī)性。利用換乘活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)分別對(duì)應(yīng)模型的兩個(gè)階段，模型第一階段在換乘活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中找到能夠連接起點(diǎn)與終點(diǎn)的換乘節(jié)點(diǎn)序列;模型第二階段生成通過(guò)固定換乘節(jié)點(diǎn)的場(chǎng)景最短路徑對(duì)第一階段的換乘方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后，以最

4、小期望出行時(shí)間和換乘懲罰為目標(biāo)函數(shù)，建立靜態(tài)隨機(jī)環(huán)境下地鐵最優(yōu)換乘點(diǎn)選擇問(wèn)題的兩階段優(yōu)化模型，并詳細(xì)分析模型的復(fù)雜性。⑵將不同場(chǎng)景下的路段通行時(shí)間和換乘時(shí)間處理為時(shí)間相關(guān)的離散隨機(jī)變量，并利用時(shí)空網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)分析網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性對(duì)出行時(shí)間的影響。依然采用兩階段決策過(guò)程，以最小期望出行時(shí)間和換乘懲罰為目標(biāo)，利用生成的場(chǎng)景最短路徑信息評(píng)價(jià)不同的換乘方案，建立動(dòng)態(tài)隨機(jī)環(huán)境下的地鐵換乘問(wèn)題兩階段模型。⑶針對(duì)網(wǎng)絡(luò)模型的復(fù)雜性，將標(biāo)號(hào)修正算法嵌入到分支定界算

5、法的框架之中，設(shè)計(jì)分支定界與標(biāo)號(hào)修正相結(jié)合的啟發(fā)式算法。利用標(biāo)號(hào)修正算法生成的場(chǎng)景最短路徑信息實(shí)現(xiàn)搜索樹的分支過(guò)程，縮小搜索范圍，找到可行的換乘節(jié)點(diǎn)序列。同時(shí)，不斷更新搜索樹的全局上界與全局下界，直到找到近似最優(yōu)解。本文對(duì)算法的分支、定界及剪支過(guò)程做了詳細(xì)描述，并對(duì)算法流程進(jìn)行了說(shuō)明。⑷設(shè)計(jì)小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)算例詳細(xì)說(shuō)明算法的求解過(guò)程。以北京地鐵網(wǎng)絡(luò)作為大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)算例的背景，設(shè)計(jì)數(shù)值實(shí)驗(yàn)對(duì)算法的求解速度、算法解的質(zhì)量以及算法的魯棒性等性質(zhì)進(jìn)行分