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基于仿真优化的环保型城市道路限速设计研究
| 论文题名： | 基于仿真优化的环保型城市道路限速设计研究 |
| 关键词： | 城市道路;限速设计;仿真优化;用户均衡模型 |
| 摘要： | 近几年，城市雾霾情况加剧，空气污染问题已经严重阻碍了城市的发展，成为城市管理者亟待解决的问题，而交通污染无疑是城市空气污染的一大诱因。本文试图在考虑环保因素的基础上寻找合理的城市道路限速设计方法，首先采用解析方法构建环保型城市道路限速设计模型并进行计算，然后采用仿真的方法计算最环保的路网道路限速组合策略，最后利用仿真优化的方法解决环保因素影响下的道路限速设计问题，以期在现有的路网条件下，提高交通运行效率的同时降低交通环境污染。 首先，本文在传统交通分配模型的基础上增加了道路限速这一条件，从数学模型解析的角度观察加入道路限速后用户均衡模型的变化。考虑到传统的用户均衡模型只关注出行时间这一因素，本文构建了出行者负效用函数，它包括出行者的通行时间、行车安全、超速罚款和燃油消耗率四个因素，本文利用该函数替代传统用户均衡模型中的通行时间函数。交通管理者的目标是路网整体污染排放量最小，与出行者的目标不一致，故本文利用双层规划模型构建了环保型城市道路限速设计模型，上层模型的目标是路网总污染排放量最小，代表交通管理者的目标，下层模型是加入个体出行负效用函数后的用户均衡模型，代表出行者的目标。最后，本文利用实际案例进行模型演算，证明了模型的可行性。 然后，鉴于解析模型在精准度方面的不足，本文构建了基于Paramics和MOVES(MotorVehicleEmissionsSimulator)的仿真模型进行道路的环保型城市道路限速设计。Paramics是微观城市交通仿真模型，可以对待解决的路网进行仿真，得到路网的模拟运行状况。EPA(U.SEnvironmentalProtectionAgency)的机动车排放模拟器(MOVES)是交通研究中常用的排放建模系统，可以估算路网的移动源排放，科学计算空气污染物等。根据Paramics得到的路网运行状况，结合MOVES交通污染排放模型可以精确地计算路网整体的污染排放量，从而得到更加切合实际的限速设计结果。 虽然环保型城市道路限速设计仿真模型解决了解析模型计算结果不够精准的问题，但仿真模型的计算效率相对较低，本文对其进行了仿真优化处理，利用元模型方法将解析模型与仿真模型相结合，利用多模型算法中的置信域无导数模型计算构建的元模型。这种方法可以使环保型城市道路限速设计的计算在精准度和计算效率之间有一个平衡，从而达到仿真优化的目的。 最后，本文以北京市二环路网为例，对上述仿真优化方法进行了验证，结果表明仿真优化方法确实可以在确保计算结果精确的同时一定程度上提高模型的计算效率。 |
| 作者： | 张鑫鑫 |
| 专业： | 管理科学与工程 |
| 导师： | 张军;杨艳妮 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 首都经济贸易大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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