基于混合平衡行为的交通网络拥堵和排放建模研究

摘要

交通拥堵不但会影响居民的正常出行，而且会使社会成本不断增加。严重的拥堵导致居民的出行时间大幅增加，出行成本不断攀升;严重的拥堵也会导致机动车加、减速以及发动机空转的几率增加，进而导致了机动车的排放量大幅增加，加剧了环境污染，进而影响了人们的身体健康，间接地制约了社会的发展。因此，研究如何缓解交通拥堵以及减少尾气排放问题是具有重要的现实意义和理论价值的。论文的主要研究内容及研究方法如下:
　　本文从可持续发展和环境友好型交通理念出发，分别研究了具有UE（用户平衡）、SO（系统最优）以及CN（古诺-纳什）三种行为的混合平衡网络的拥堵、排放以及同时考虑拥堵和排放的情况，并做了对比分析。具体如下:
　　(1)基于混合平衡的交通网络拥堵建模研究。建立了考虑拥堵的混合平衡双层规划模型。其中上层模型以路网的拥堵最小为优化目标，具体表示为系统中所有“参与者”的出行阻抗之和最小。下层模型是基于UE、SO和CN三种“参与者”的混合平衡配流模型。上层规划的政策变量是路网中各路段的容量的增量，下层规划的变量是路段上分别属于三种出行行为的相应流量。并给出了基于灵敏度分析的求解算法。最后设计了一个简单的算例对模型进行验证，结果表明在有限投资约束的条件下，对路网进行科学合理的改造可以降低系统整体的出行时间和达到缓减拥堵的目的。
　　(2)基于混合平衡的交通网络排放建模研究。建立了考虑排放的混合平衡双层规划模型。其中上层模型以路网的总体排放最小作为优化目标，下层模型是混合平衡流量分配模型。最后设计了一个简单的算例进行验证。结果表明在有限投资约束的条件下，对路网进行适当的改造并增加某些路段的容量可以降低系统的排放量进而缓减交通排放对环境的污染。
　　(3)同时考虑拥堵和排放的交通网络建模研究。建立了同时考虑拥堵和排放的多目标混合平衡双层规划模型。上层模型以系统的总出行时间以及路网中所有用户的排放量之和作为优化目标，下层模型以三种出行者的出行行为建立了流量分配模型。然后设计了一个简单算例进行验证。结果表明在有限投资约束的条件下，可以同时缓减交通拥堵和降低系统的排放量。
　　最后，对考虑不同情况的混合平衡双层规划模型以及对应的算例结果进行了对比分析，模型较好地反映了路网实际情况，结果符合预期。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 研究目的与意义

1．3 国内外研究现状

1．4 研究内容与技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

2 基础理论与方法

2．1 最优化理论与方法

2．1．1 最优化问题的数学模型

2．1．2 最优化问题的求解算法

2．2 多目标优化问题

2．2．1 多目标优化问题的数学模型

2．2．2 多目标优化的求解算法

2．3 双层规划

2．3．1 双层规划模型

2．3．2 双层规划的求解算法

2．4 交通流的分配方法

2．5 交通网络平衡理论

2．5．1 用户平衡分配模型及其求解算法

2．5．2 系统最优分配模型及其求解算法

2．5．3 交通网络平衡问题的变分不等式模型

2．5．4 交通网络平衡问题的灵敏度分析

2．6 本章小结

3 具有混合平衡行为的交通网络拥堵建模研究

3．1 符号定义

3．2 具有UE，SO和CN行为的混合平衡模型

3．3 交通网络拥堵建模

3．4 考虑拥堵的混合平衡双层规划建模

3．5 模型的求解算法

3．6 对模型进行算例分析

3．7 本章小结

4 具有混合平衡行为的交通网络排放建模研究

4．1 排放模型

4．2 交通网络排放建模

4．3 考虑排放的混合平衡双层规划建模

4．4 模型的求解算法与算例分析

4．5 本章小结

5 同时考虑拥堵和排放的混合平衡网络建模研究

5．1 同时考虑拥堵和排放的混合平衡双层规划模型

5．2 模型的求解算法

5．3 对模型进行算例分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 研究总结

6．2 研究展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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