基于负效应极小化目标的大城市交通能源供应网络系统优化与管理

Vehicle refueling or recharging infrastructures compose Traffic Energy Supply Network System (TESNS).Negative effects of TESNS refer to produce undesirable consequences in the process of design features, which can cause the congestions in main road, increase energy consumptions and carbon emissions, and affect the time delays. The reasons of negative effects contain inadequate supply capacity of the system, improper location selection, lack of utilizing of real-time information between infrastuctures and vehicles and the competing operations of supply stations. Taking into account the ability of supply and site selection belong to the problem of network system design, the research location of the project manage and minimize the negative effects in the given system.The research focus on revealing the rules of unequilibrium queuing in large-scale network systems between stations, building assessment methods to overall negative effects and TESNS decision making and management of minimizing negative effects in the system. Therefore, we focused on four respects: the law of supply station queuing and modeling based on large scale distributed dynamic ramdon demand, dynamic assessment methods of the large-scale TESNS' negative effects, danamic intelligent decision optimization of the mass TESNS based the goal of station-vehicle-road status information and minimize the negative effects, cooperation mechanism with members in the intelligent TESNS. Thereby, the study can lay the theoretical foundation for further application of TESNS, and provide the basis for upgrading the intelligent transport system and normalizing the behavior of supply stations operation in large citys.

车辆加油加气和充电设施构成交通能源供应系统（TESNS）。TESNS的负效应是指发挥设计功能过程中对外产生的不期望后果，包括排队造成的时间延误、诱发主线交通拥堵及增加能耗与碳排放等。导致负效应的原因有系统供给能力不足、站址选择不当、站-车辆缺乏互动信息、供应站竞争性经营等。考虑到供给能力与选址属网络系统设计问题，本项目研究定位在既定系统运行中的负效应极小化与管理。研究聚焦于揭示大规模网络系统站间非均衡排队规律、构建系统整体负效应评估方法以及负效应极小化的TESNS决策与管理。具体包括：大规模分布式动态随机需求下供应站排队规律及建模，大规模TESNS整体负效应动态评估方法，基于站-车-路状态信息和负效应极小化目标的大规模TESNS动态决策智能优化，及负效应极小化目标下的TESNS多主体合作机制，由此建立极小负效应的TESNS理论体系框架，为大城市智能交通系统升级与规范供应站经营行为提供依据。

针对车辆能源补给诱发道路交通拥堵的现实问题，本项目研究了大城市交通能源供应网络系统（TESNS）优化与管理决策问题，具有重要的理论意义与实际意义。通过对车辆能源补给诱发交通拥堵的问题调查，提出了一系列基于排队论和元胞自动机理论的交通能源供应网络中的服务站排队问题的数值分析模型与仿真方法，进一步揭示了交通能源供应网络中的车辆补能需求和供应站排队的成因和规律；分析了交通能源供应站的车辆能源补给诱发交通拥堵、站点服务效率降低的负效应表现、形成机理，构建了考虑站点服务效率和道路交通影响的负效应量化评价模型；在此基础上，研究了不同信息共享模式下（无信息共享、路况信息共享、站点信息共享等三种模式）车辆补能站点选择及对道路交通影响的问题，论证了不同信息共享的必要性、确定了信息共享机制的介入条件，构建了车辆能耗约束下补能车辆站线选择的智能调度模型与方法；进一步讨论了TESNS供应站点联盟合作机制的必要性，提出了基于站点合作联盟稳定性的共同配送收益分配策略与方法。项目研究成果不仅揭示了城市车辆补能需求和供应站排队的成因和规律，为构建负效应极小化交通能源供应系统理论体系奠定了基础，而且也有助于促进智能交通服务升级和智慧城市建设，改善国家应对发展面临的重大能源与交通战略问题实践。通过本项目的研究，较好地完成了预期研究目标，共出版相关中英文学术著作2部；在国内外学术期刊和重要学术会议上共发表论文39篇，其中，国际期刊（SSCI、SCI、EI）发表论文17篇，国内高水平期刊上发表论文21篇，国内重要学术会议上发表论文1篇；培养博士研究生4人，硕士研究生3人。