基于脆弱性分析的随机动态网络设计—理论与方法

Road network is inherent stochastic dynamic, describing this character detailedly is helpful to obtain more realistic and practical design scheme for real road network's traffic situation, and can also provide stratagem basis and theory support for road network's real-time management and control. This project is aimed to solve network design problem under stochastic dynamic condition. The theories and methods including proposal theory, vulnerability analysis and robustness optimization are adopted for research. This project can reveal stochastic dynamic character of transportation system, improve network operation efficiency and has important theoretical value and wide application prospect. The main contents of this project are as follows: first, building a dynamic traffic assignment model based on cumulative proposal theory to describe travel behavior and network's traffic state under stochastic dynamic condition; then, establishing integrated vulnerability indexes to evaluate road network's stochastic performance and at last establishing a robustness optimization model for network design under stochastic dynamic condition and analyzing the solution methods.

充分描述道路交通网络固有的随机动态特性可以得到更为契合实际路网交通状.态的设计方案，为道路交通网络的实时管理与控制提供决策依据。本项目综合运用前景理论、.脆弱性分析、鲁棒优化等理论和方法解决随机动态环境下的网络设计问题，可以深入刻划系.统的随机动态运行特征，并提高路网运行效率，得到具有重要的理论价值和广阔的应用前景。.本项目的主要研究内容为：描述随机动态环境下出行者出行行为及网络状态的基于累积前景.理论的动态配流模型；建立评价道路交通网络随机性能的综合脆弱性指标；构建随机动态环.境下的网络设计的鲁棒优化模型，并研究相应的有效算法。

道路网络脆弱性是交通规划研究中一个相对新的领域。各种人为或自然的事件或灾害会干扰道路交通，并可能给社会经济带来非常严重的后果。因此无论长期或是短期交通规划中，利用脆弱性分析来评估这些事件或灾害的影响应成为道路交通网络分析或设计中非常重要的组成部分。与此同时，必须考虑路网具有的随机动态特性，才可得到更具鲁棒性的道路网络设计方案，从而为道路网络的管理及规划提供决策依据。本项目明确考虑路网的随机动态特性，综合运用前景理论、脆弱性分析、鲁棒优化等理论和方法，将主动的道路网络脆弱性分析与网络设计问题相结合，以解决随机动态环境下的网络设计问题。主要研究成果如下： .①基于累积前景理论和均衡理论，从不同角度建立了随机动态环境下描述出行行为和网络状态的配流模型。首先建立明确考虑出行者风险取向差异的混合用户平衡的等价变分不等式模型；其次是基于累积前景理论的用户平衡模型，按出行路径的不同参考点将出行者分为四类；第三是显性地考虑了出行者的随机参考依赖特性，将其定义为OD随机最短路径时间与一个可接受系数的乘积，并建立相应均衡条件的等价不动点模型。最后建立了基于累积前景的日变配流模型，明确考虑了出行者累计前景值日变差异。.②提出了评价道路交通网络随机性能的脆弱性指标，从多个角度衡量路网的动态脆弱性。采用内外部脆弱性分析法判别网络脆弱性主要来源于人为因素、自然因素、网络结构和交通流四个方面，提出了三种脆弱性评价指标，分别是基于总行程时间的路段动态重要度指标、基于网络效率的路段动态重要度指标和基于可达性的路段动态重要度指标。.③提出了基于累积前景理论的多目标广义路网设计双层规划模型,模型上层模型以最小化系统出行时间预算和最大化系统出行前景为目标，下层模型为基于累积前景理论的用户均衡模型。设计了改进型非支配排序遗传算法求解模型。构建针对脆弱性的随机动态环境下的网络设计的鲁棒优化模型，并提出了相应的有效算法。