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原文传递基于不确定性分析的交通网络设计问题研究

论文题名：	基于不确定性分析的交通网络设计问题研究
关键词：	交通网络;不确定性分析;可靠性分析;供给退化;双层规划模型;灾害破坏
摘要：	面对交通基础设施建设不足与资金短缺的压力，交通网络设计问题(NDP)成为解决交通问题行之有效的方法和措施。然而，在以往的交通网络设计问题中很少考虑设计过程中的不确定因素，包括交通运行环境的不确定性、数据本身的不确定性等，也很少对灾害情况下的交通网络设计问题进行重点研究.但交通网络中的不确定性是实实在在存在的，突发的灾害事件更是威胁交通网络的天敌.因此，在进行交通网络设计时，决策者既要考虑交通运行环境的随机性，也要考虑数据本身的不确定性，还要对灾害情况下的交通网络进行重点研究，依托国家863高技术研究发展计划“经济圈交通网络结构优化技术”(编号：2007AA11Z202)，本文重点研究了如何在交通网络设计问题中考虑这些不确定性因素来进行合理交通网络设计，主要研究工作如下：通过对交通网络设计过程中不确定因素分类，提出了针对交通网络设计的广义可靠度的概念，利用不确定系统优化理论，分别建立了考虑运行环境随机性和考虑设计参数未确知性两种情况下常用的交通网络设计模型，并进一步对考虑不确定因素的规划问题的一般求解方法进行研究，主要以需求不确定情况下的用户平衡为例，给出了不同的求解方法，包括点估计法、模拟法、公式推导法和情景概率法。交通网络可靠性分析评价是基于可靠性分析的定性交通网络设计问题的基础，重点对交通网络可靠性分析中的两个关键问题进行研究。首先对不同已知情况下路段单元可靠度的计算方法进行了研究，包括已知随机供需下路段运行时间可靠度的计算方法，和已知路段运行时间统计数据时可靠度函数的标定法；然后对交通网络系统可靠度的计算方法进行了研究，建立了最小路/最小割法系统可靠度的布尔函数模型，给出了上下限近似法；最后通过分析路网特性，探讨了更适合大型路网可靠度计算的改进递推分解法，给出了具体求解步骤，结合算例说明有效性。交通需求作为交通网络设计的基础输入数据具有很大的不确定性，包括长期需求预测的未确知性和短期需求的随机性。首先，建立了两类考虑长期需求预测不确定性的交通网络设计模型，包括适用于连续型需求变量的灵敏度分析模型和适用于离散型需求变量的广义期望值模型，通过算例证明了其有效性；然后，对于考虑短期需求随机性的交通网络设计问题，主要通过研究由于需求的随机性导致路径流量的随机性，路径、路段运行时间的随机性，同时考虑到不同类型的出行者预算出行时间不同，建立了多类型用户随机配流模型，并引申到交通网络设计问题中，结合的算例说明模型的有效性。道路通行能力不确定性也是导致运行环境随机性的重要因素，分析了供给不确定性形成的原因，给出了常用的路段通行能力分布函数表示，考虑到路段供给退化的影响，分别建立了基于路段容量可靠性的交通网络设计模型和基于多类型用户平衡配流的交通网络设计模型.对于基于路段容量可靠性的交通网络设计模型中，通过对路段最大流量进行限制，并在路径配流过程中采用概率随机用户平衡(PSUE)模型，建立了基于交通网络的备用通行能力最大的交通网络设计模型，通过具体算例进行说明。对于基于多类型用户平衡配流的交通网络设计模型，考虑路段供给退化的影响，不同类型用户有不同的预算出行时间，建立了基于用户预算出行时间的用户平衡模型，研究了求解算法，并引申到交通网络设计模型中，给出具体算例进行说明。交通信息化能有效的减少运行环境的随机性，因此对应不同的交通网络设计模型。首先介绍了信息化条件下的交通规划理论，然后建立了信息化条件下考虑实际出行环境随机性的两类交通网络设计模型，基于多模式随机配流的交通网络设计模型和基于多类型用户混合配流的交通网络设计模型，对于基于多模式随机配流的交通网络设计模型，考虑到信息化条件下的随机环境对出行方式选择和路径选择的影响，建立了方式和分配组合的多模式随机配流模型，并引申到交通网络设计问题中，给出算例说明其有效性。对于基于多类型用户概率混合配流的交通网络设计模型，考虑到出行者信息拥有程度不同将有不同的路段估计运行时间分布，从而有不同的预算出行时间，建立了多类型用户混合配流模型，并引申到交通网络设计问题中，给出算例说明其具体应用。各种自然灾害和突发事件的频繁发生对交通网络设计提出了新的要求。首先将灾害破坏分为随机破坏和蓄意破坏两种，分析了灾害发生后的交通需求特性，特别是交通配流特性，然后根据不同情况下的交通网络设计问题的具体特点和不同内容，研究了考虑随机破坏的交通网络设计问题和考虑蓄意破坏的交通网络设计问题。其中，对于考虑随机破坏的交通网络设计问题又分为灾害前预防和灾害后重建两类问题进行分析，分别建立了合适的网络设计模型，并通过算例说明方法的有效性。对于考虑蓄意破坏的交通网络设计问题，建立了管理者和破坏者的双层博弈模型，找出被破坏的路段，即为需加固路段，通过算例说明方法的有效性。
作者：	潘艳荣
专业：	交通运输规划与管理
导师：	邓卫
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文