基于鲁棒性的道路交通网络设计问题研究

摘要

纵观当今中国城市的发展现状，道路网络的现状已成为制约城市经济发展的问题之一。合理的道路网络设计方案能够使土地和投资资金得到最为合理的使用，并带来最大的经济和社会效益。鲁棒性是路网对外界干扰事件敏感程度的描述，反应在受到外界干扰时，路网性能变化的大小。目前，在对道路网络进行规划设计的过程中，路网鲁棒性还未得到很高的重视。但路网的实际运行中，会受到各种各样的干扰，所以，考虑路网鲁棒性的道路网络规划与设计有助于管理部门更加合理地分配土地资源和投资资金以实现网络的改进，从而得到面临不可避免的风险时的更为稳健的网络。 本文将鲁棒性作为道路网络设计的考虑因素，构建了基于鲁棒性的网络设计模型。首先，本文对路网的鲁棒性进行了定义，并与可靠性、脆弱性、稳定性的概念进行比较，以期使路网鲁棒性的概念更加明确，并基于影响网络鲁棒性的因素分析的结果和复杂网路鲁棒性的评价指标确立了基于网络效率和出行成本的道路网络鲁棒性的评价指标。接着，从被干扰的概率和干扰后对路网造成的影响两方面着手进行关键路段识别。具体操作是先不考虑流的作用，从纯网络的角度识别路网的主要路段，再通过遍历的方法识别出路网的重要路段，而重要路段和主要路段的交集即为论文所研究的关键路段。而后，本文针对识别的关键路段，以出行成本和投资之和最小化为目标，以受干扰后出行成本和网络效率变化的方差为约束建立的网络设计模型，并用基于优化配流算法和遗传算法的求解该模型。最后，用算例对模型和算法进行了验证。 算例分析表明，通过对网络中关键路段的通行能力进行改进，可以有效提高路网的鲁棒性，得到更为稳健的道路交通网络。

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