[发明专利]一种基于BMO算法的新建过江通道指引优化方法

权利要求书

1.一种基于BMO算法的新建过江通道指引优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.选取布设范围，在布设范围的缓冲带内选取布设起点；

S2.建立针对新建过江通道情境下的基于成本最优的指引优化数学模型；

S3.利用BMO算法求解上述数学模型；

S4.得到指引优化方案；

所述步骤S1具体为：以新建过江通道为中心，根据其道路等级和交通吸引量，指定一定的布设半径r，形成宽度为l的缓冲带，在缓冲带内考虑交通流量、重要道路节点、重要城市出入口这些信息，指定多个不同方向的节点作为布设起点；定义布设起点集为{v_p}；

所述步骤S2的具体执行过程如下：

S11.采用弧段-节点数据模型表征交通路网：

G＝(V,A)

V＝{v_i|i＝1,2...N}

A＝{a_ij＝v_i,v_j|v_i,v_j∈V}

其中有向图G表示交通路网，V表示交通路网的节点集合，v_i表示交通路网中的节点，N表示交通路网中节点的数量，A表示交通路网中路段集合，a_ij表示起点为节点v_i、终点为节点v_j的路段；

因此新建过江通道模型D表示为：D＝{a_dd′＝v_d,v_d′|a_dd′∈A,v_d,v_d′∈V}；

其中v_d,v_d′为终点集；

S12.设新建过江通道的指路标志布设方案RS由多个指路标志项rs_t组成，每个指路标志项纪录了该项的所在路段larc、所指示的路口节点innode、指引的下一路段narc和指引信息inf，具体如下所示：

RS＝{rs_t|t＝1,2,…M}

rs_t＝{larc,innode,narc,inf}

larc,narc∈A,innode∈V

其中M为指路标志布设方案RS中包含的指路标志项rs_t的数量；

S13.基于交通路网和新建过江通道的指路标志布设方案RS构建基于成本最优的指引优化数学模型，所述指引优化数学模型应包以下内容：

(1)决策变量

决策变量决策变量y_ikj；其中一条布设起点到终点的指引路径可以看做一条可行流，决策变量表示可行流p是否流过路段a_ij，代表该可行流p流过路段a_ij，否则决策变量y_ikj表示是否在路段a_ik上布设指引路段a_kj的指引信息；y_ikj＝1表示在路段a_ik上布设指引路段a_kj的指引信息，否则y_ikj＝0；

(2)优化目标函数

所述优化目标函数为基于成本最优的的优化目标函数：

其中，f表示优化目标函数，表示出行者在可行流p上的出行成本，C_R表示对现有指引方案进行优化的成本，表示是关于的函数、f_R(y_ikj)表示C_R是关于y_ikj的函数；

表示如下：

其中，a表示新建的过江通道D的人流量；V_ot表示单位时间成本；c_ij表示路段a_ij的长度；b表示新建的过江通道D的车流量；v_s表示指引等级为s的道路的设计时速中位数；∑C表示车辆的使用成本；M表示年平均行驶里程；表示路段等级标识，对于等级为s的路段a_ij，为1，否则，为0；

C_R表示如下：

其中w_T表示新增或替换一个指引信息项的成本；w_D表示新增一个指路标志牌的成本；e_ikj、g_ikj为新增指路标志项或指路标志的标识；e_ikj＝1表示经过a_ik到a_kj上可新增一个指路标志项，g_ikj＝1表示经过a_ik到a_kj上需新增一个指路标志；

(3)约束条件

所述指引优化数学模型按照其约束目的分为可行解约束和指引规则约束，其中可行解约束包含4个约束，分别为节点流平衡约束、路径重合约束、决策变量间的约束和决策变量本身的约束；

1)节点流平衡约束：

除起点和终点外，其余每个节点的流出量等于其流入量，P表示可行流的个数；

2)路径重合约束：

若两条指引路径重合，则重合点后的所有路段必须相同；

3)决策变量间的约束

路段a_ik与路段a_kj同时被选中时，才能在路段a_ik上布设指向a_kj的指引信息；

4)决策变量本身的约束

y_ikj∈{0,1}

两决策变量都为0-1型变量；

指引规则约束包括以下三个：转弯布设约束、布设间距约束和起讫点布设约束；

5)转弯布设约束

在指引路径发生转弯或掉头时必须布设指引信息，即当路段a_ik与路段a_kj在可行流p中，且两路段的夹角θ_ikj∈(45°,315°)，则y_ikj必须为1；

6)布设间距约束

路径p上任意连续的四条路段上至少布设一个标志；即都为1时，y_ikj，y_kjm，y_jmh中至少有一个为1；

7)起讫点布设约束

路径p的第一个路段a_si和最后一个路段a_jd必须布设指引信息；即都在路径p上时，y_sij一定等于1；都在路径p上时，y_ijd一定等于1。