城市道路網(wǎng)絡(luò)運營可靠性分析及優(yōu)化研究.pdf

1、城市經(jīng)濟的健康發(fā)展和城市功能的正常發(fā)揮很大程度上依賴于穩(wěn)定可靠的運輸網(wǎng)絡(luò)，隨著城市生活節(jié)奏的加快和工作效率的提高，這種依賴將與日俱增。因此，運輸網(wǎng)絡(luò)的可靠與否將直接影響到經(jīng)濟的發(fā)展和城市功能的發(fā)揮。城市道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是運輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，研究其可靠性具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。隨著社會的進步，人們對道路網(wǎng)絡(luò)處理日常和突發(fā)事件交通問題的應(yīng)變能力提出了更高的要求，要求道路網(wǎng)絡(luò)能夠保證重要路段或OD對的車輛行駛順暢。通過道路網(wǎng)絡(luò)運營可靠性

2、研究，可以找出網(wǎng)絡(luò)供需矛盾及供需隨機性規(guī)律，從而采取有效措施，減少由于其隨機性帶來的阻塞發(fā)生概率。 目前，其他學者對道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性和路網(wǎng)優(yōu)化研究都有不少成果，但仍存在很多不足或需要改進的地方。對路網(wǎng)可靠性研究的不足主要體現(xiàn)在對可靠性指標的計算大都只在小型網(wǎng)絡(luò)上測試過，并沒有應(yīng)用于實際的道路交通網(wǎng)絡(luò)，同時存在很多嚴格的假設(shè)，而這些假設(shè)往往與實際情況并不吻合，現(xiàn)有的可靠性指標還不能完全評估路網(wǎng)的性能；對路網(wǎng)優(yōu)化研究仍有需要解決的

3、問題，包括路網(wǎng)優(yōu)化的算法、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點變化的處理、路網(wǎng)優(yōu)化中如何考慮路網(wǎng)可靠性等。 鑒于這些不足或需要改進的方向，本文通過對城市道路網(wǎng)絡(luò)可靠性研究現(xiàn)狀及應(yīng)用實質(zhì)的分析，提出城市道路網(wǎng)絡(luò)運營可靠性分析指標——容量限制行程時間可靠性（TRC），并建立相應(yīng)的模型，最后將運營可靠性引入道路網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型中。 圍繞城市道路網(wǎng)絡(luò)運營可靠性問題和基于可靠性的道路網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題，論文在已有研究成果的基礎(chǔ)上開展了如下研究工作： 1．分析了

4、城市道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的不確定性，提出系統(tǒng)供需模型。將行程時間可靠性和容量可靠性進行綜合分析，提出一種道路網(wǎng)絡(luò)運營可靠性評價指標——容量限制行程時間可靠度（TRC）。在系統(tǒng)分析城市道路網(wǎng)絡(luò)特性的基礎(chǔ)上，從路、人、環(huán)境和管理四個方面，深入分析影響城市道路網(wǎng)絡(luò)運營可靠性的各種因素，剖析各種因素的作用規(guī)律和作用機理，探究道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不可靠的根源，并提出了這些影響因素作用機理的概念模型。 2．分析了不確定條件下路徑選擇行為及其影響因素，包括時

5、間、經(jīng)濟、信息和心理因素的定性分析；闡述了不確定條件下路徑選擇理論，在期望效用理論與隨機效用理論的基礎(chǔ)上，引入“前景理論”；從出行者決策過程中的決策節(jié)點、決策時刻及決策階段等方面，分析了基于“前景理論”的路徑選擇行為；建立了基于“前景理論”的不確定條件下路徑選擇行為理論模型，并給出了出行者備選路徑集生成方法和出行者決策“參考點”的定義。 3．對城市道路網(wǎng)絡(luò)單元（路段和交叉口）的特性進行定性分析，提出路段和交叉口的交通組織方式，對

6、路段的交通組織包括車道、車速、公交和行人過街組織在內(nèi)的內(nèi)容進行分析，并對無信號交叉口組織和有信號交叉口組織進行深入分析。在交通組織方式的基礎(chǔ)上，根據(jù)交通供需隨機性和隨機變量的正態(tài)分布，建立了道路網(wǎng)絡(luò)單元運營可靠性分析模型，研究了道路網(wǎng)絡(luò)基本單元的運營可靠性分析方法。 4．分析了GO法（一種以成功為導向的系統(tǒng)概率分析技術(shù)）的基本原理和基本方法，對相關(guān)操作符給出或推導出概率組合公式，分析了基于GO法的城市道路網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)特征和系統(tǒng)構(gòu)成

7、，研究了基于GO法的城市道路網(wǎng)絡(luò)運營可靠性分析方法，建立了城市道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的GO圖，采用概率組合公式算法執(zhí)行GO運算，得到系統(tǒng)可靠性指標，并進行了實證研究。 5．明確了基于TRC的城市道路網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化目標、思路及決策變量；建立了基于TRC的城市道路網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，模型采用雙層規(guī)劃模型形式，上層模型以交通效益為目標函數(shù)，以TRC可靠度和污染排放量為約束條件，下層模型以交通量為目標函數(shù)和約束條件，上層模型中的阻抗和交通量由下層模型提供；采