[发明专利]城市离散交通网络主动安全设计的R语言实现方法

摘要

本发明针对基于主动安全的城市离散交通网络模型，提供了一种求解算法并使用R语言程序来实现。本发明采用速度协调性作为网络安全水平的替代指标，建立了城市离散交通网络设计的双层规划模型，将主动安全评价提前到了道路网络规划阶段。主要步骤包括：(1)确定基于速度协调性的主动安全评价方法；(2)建立城市离散交通网络设计的双层规划模型，其中上层规划以网络安全作为政策目标，下层规划以用户均衡作为政策的行为反应；(3)采用迭代优化算法进行模型求解；(4)设计R语言程序来实现求解方法；(5)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。使用R语言来实现模型的求解具有开源免费、可操作性强等技术优势。

主权项

1.本发明针对基于主动安全的城市离散交通网络设计模型，设计了一种R语言求解方法，涉及步骤如下：步骤1：确定基于速度协调性的主动安全评价方法，主要把速度当作交通安全的替代指标，通过计算各路段运行速度的协调性进行交通安全评价；步骤2：建立基于主动安全的城市离散交通网络设计模型，即以路段速度方差最小为目标的上层规划，以用户平衡为下层规划的双层规划模型，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，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，道路网络的设计受到资本的约束，假设单位长度的路段修建成本为ca，则长度为la的路段修建成本为cala，那么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)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qrs为出发地r和目的地s之间的OD交通需求量；步骤3：采用迭代优化算法求解，其上层采用枚举法，下层采用Frank‑Wolfe算法，算法的基本思路是对上满足层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；步骤4：设计求解的具体程序如下：