[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

摘要

本发明提供了一种基于道路负载均衡的城市离散交通网络设计方法。在城市交通网络规划时，要避免道路交通流量分配不均衡的问题，即部分路段过于拥挤而部分路段流量偏少，前者容易损坏道路而后者对道路资源没有充分使用。为了均衡利用道路资源，使各路段服务水平保持在一个相近的水平，本发明建立了一个基于道路负载均衡的城市离散交通网络设计方法。主要步骤包括：(1)建立城市离散交通网络设计的双层规划模型，上层目标为道路负载均衡，约束条件为资金预算，决策变量为候选路段的建设方案，下层为用户均衡；(2)采用迭代优化算法对模型进行求解；(3)结合交通网络分析中常用的Nguyen‑Dupuis网络描述了具体实施方式和该方法的有效性。

主权项

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ya，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，下层形成平衡状态网络流xa，也就是说路段流量xa是决策向量y的函数，表示为xa(y)，另外，道路网的规划受到资本的约束，假设单位长度的路段修建成本为ua，则长度为la的路段修建成本为uala，因此，双层规划问题表示为：其中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a上的交通流量；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。