[发明专利]一种基于道路负载均衡的城市离散交通网络设计方法

权利要求书

1.一种基于道路负载均衡的城市离散交通网络设计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：建立城市离散交通网络设计模型，本发明采用Wardrop用户均衡原理作为网络用户对不同政策的行为反应，建立了一个双层规划模型用于城市离散交通网络设计，其上层为道路负载均衡，下层为用户平衡模型，上层决策变量为y_a，表示是否修建某条候选路段a，为0-1变量，a∈A，所有的候选路段构成0-1决策向量y，上层决定新建道路方案后，下层形成路段流量x_a，也就是说路段流量x_a是决策向量y的函数，表示为x_a(y)，另外，道路网的规划受到资金的约束，假设单位长度的路段修建成本为u_a，则长度为l_a的路段修建成本为u_al_a，因此，双层规划问题表示为：

其中D为上层规划的目标函数；A为候选建设的路段集合；B为新建道路的资金约束；x_a为路段流量；为自由流行驶时间，即路段a为空净状态时车辆自由行驶所需要的时间；c_a为路段a的通行能力，即单位时间内路段可通过的车辆数；t_a(x_a，c_a)为路段a以交通流量为自变量的阻抗函数，也称为行驶时间函数；为出发地为r目的地为s的OD间的第k条路径上的流量；为路段-路径相关变量，即0-1变量，如果路段a属于从出发地为r目的地为s的OD间的第k条路径，则否则q_rs为出发地r和目的地s之间的OD交通需求量；

步骤2：使用迭代优化算法进行求解，上层采用枚举法，下层采用Frank-Wolfe算法，算法的基本思路是对上层满足约束的可行方案计算下层平衡网络流量和路段速度，再根据路段速度计算上层的目标函数，比较所有可行的方案，最后确定最优的目标函数方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于道路负载均衡的城市离散交通网络设计方法，其特征在于步骤2的计算过程如下：

步骤2.1：生成一个建设方案，判断其是否满足上层约束，如果不满足再生成一个新的建设方案，直到得到一个可行的建设方案y，令m＝1；

步骤2.2：初始化：按照进行一次0-1交通流分配，得到各路段的流量令n＝1；

步骤2.3：更新各路段的阻抗：

步骤2.4：寻找下一步的迭代方向：按照再进行一次0-1分配，得到一组附加交通量流量

步骤2.5：确定迭代步长，求满足下式的λ：

步骤2.6：确定新的迭代起点：

步骤2.7：收敛性检验：如果满足规定的收敛准则，如其中ε是预先给定的误差限值，则即为要求的平衡解，停止计算，否则令n＝n+1，返回步骤2.3；

步骤2.8：计算道路负载均衡水平：根据上层规划的目标函数D计算该方案下道路负载均衡水平，转入步骤2.1，计算下一个可行方案，当所有可行方案计算完毕后，停止计算，从所有可行方案中寻找上层目标函数最优的建设方案。