一种可持续交通网络设计的多属性决策方法技术

本发明专利技术试图将社会、经济、环境、安全共四个维度整合到可持续交通网络设计中。为此，开发了一个多目标双层模型，明确地表达了规划者和出行者之间的领导者‑追随者本质关系。在上层，规划者通过优化投资预算分配来设计可持续的交通网络。在下层，出行者通过带反馈的四阶段模型对上层的交通网络设计做一系列出行为反应。该反馈过程可以收敛到交通系统均衡，这种均衡结果又进一步反馈到上层，以测度交通网络的可持续性。为了求解所提出的多目标双层模型，本发明专利技术在Dirichlet分布、连续平均法、Frank‑Wolfe算法和Dijkstra算法的基础上，设计了一种多属性决策方法。使用Nguyen‑Dupuis网络的算例验证了该发明专利技术的有效性。研究发现所设计的方法对于搜索满意的解决方案是有效的。

A multi-attribute decision-making method for sustainable traffic network design

The invention attempts to integrate four dimensions of society, economy, environment and safety into the design of sustainable traffic network. Therefore, a multi-objective bilevel model is developed to express the essential relationship between leaders and followers between planners and travelers. At the top, planners design sustainable transport networks by optimizing the allocation of investment budgets. In the lower level, travelers make a series of behavioral responses to the traffic network design of the upper level through the four stage model with feedback. The feedback process can converge to the equilibrium of the traffic system, and the result of the equilibrium can be further fed back to the upper level to measure the sustainability of the traffic network. In order to solve the multi-objective bilevel model, a multi-attribute decision-making method is designed on the basis of Dirichlet distribution, continuous average method, Frank \u2011 Wolfe algorithm and Dijkstra algorithm. An example of Nguyen \u2011 Dupuis network is used to verify the effectiveness of the invention. It is found that the designed method is effective for searching satisfactory solutions.

【技术实现步骤摘要】
一种可持续交通网络设计的多属性决策方法
：本专利技术提出了一种可持续交通网络设计的多属性决策方法，属于交通工程

技术介绍
：交通系统在可持续发展中发挥着关键作用，因此，可持续城市交通最近已成为一个重要的研究领域。可持续交通系统通常以三个方面为特征：经济、环境和社会。然而，现有的交通研究只关注一个或最多两个维度[1]。仅有少部分的研究同时考虑到所有三个维度。需要注意的是，在三个维度的每个维度下可能会有多种测量方法。例如，经济维度除了系统的总出行时间之外，还可以包括消费者剩余，网络备用能力，总投资成本，总收费收入等。此外，安全也是可持续性的重要指标。然而，它在可持续交通中被忽视了很长一段时间，这是非常奇怪的。事实上，交通安全受到交通系统各个阶段的影响，包括规划、设计、施工和运营。考虑到交通网络设计对形成交通系统的深刻影响，在网络设计阶段应充分重视交通安全。所谓主动交通安全规划就是指在网络设计阶段的交通安全审查，以提前提高交通系统的安全水平。鉴于交通安全对可持续发展的重要性，本方法将其视为可持续交通的第四个维度并纳入到综合评价中。虽然对一个或两个维度进行了广泛的研究，但很少有人讨论三个维度，更不用说四个维度。由于有许多关于两个可持续维度的研究，因此这里没有对它们进行回顾，只总结了对三个维度的研究。Chen和Xu[2]在交通网络设计问题的双层目标规划框架中考虑了三个目标：效率、环境和公平。其中，公平是一种主要的社会维度测度方法。Yin等[3]提出了一个双层目标规划模型，以解决道路收费定价和通行能力投资问题，其中考虑了以下三个维度：经济、环境和公平。Feng和Timmermans[4]在环境容量约束下处理了机动性和公平性之间的取舍。Li和Ge[5]提出了一种用于交通信号配时设计的双层规划模型，其中上层是一个具有公平约束的多目标规划问题，即最大化网络备用能力并最小化总交通排放。Szeto等[1]也提出了一个多目标双层优化模型，以考虑道路网络设计中的三个维度，包括经济、环境和社会。Wang等[6]提出了一个具有随机需求的可持续交通网络设计的双层规划模型，其中上层是最大化网络备用能力问题，并带有排放和公平的机会约束。Sun等[7]提出一个多目标双层规划模型，以确定在效率、环境和公平方面的最佳拥堵定价。与可持续交通的传统的三个维度相比，安全性很少被考虑进来。Yang等[8]提出了一种双层规划模型，通过路段速度限制设计出有效、安全和环保的交通系统。Haas和Bekhor[9]构建了一个交通网络设计的双目标双层规划模型，用于最小化系统总出行时间和最大化道路安全水平。其中，安全性能表现是一个负二项式模型，其侧重于对路段上交通事故数的估计。Possel等[10]定义一个用于交通网络设计问题的多目标双层优化模型，以最小化交通尾气排放、交通事故总数和总出行时间。文中对于每种类型的路段都有一定的事故率，将事故率乘以一天内路段上行驶的车辆总里程数(VMT)即可得到该路段的交通事故数。对此数值在所有路段上求和，即可确定交通网络的安全级别。尽管已经提出了关于可持续交通系统的规划、设计、管理、操作和控制的各种措施，但交通网络设计问题(NDP)是最广泛应用的一个。它旨在有效利用有限的资源(如土地和投资)来优化交通系统的性能，同时将出行者的行为反应(例如目的地选择、交通方式选择、路线选择和出发时间选择)明确考虑到设计方案中。在先前的研究工作中，交通网络设计的主要目标是减轻交通拥堵，即最小化总出行时间或最大化网络备用能力，而未能充分考虑可持续性的其他维度以及它们之间的相互冲突。参考文献：[1]SzetoWY，JiangY，WangDZW，SumaleeA.ASustainableRoadNetworkDesignProblemwithLandUseTransportationInteractionoverTime[J].NetwSpat.Econ，2015，15(3)：791-822[2]ChenA，XuX.Goalprogrammingapproachtosolvingnetworkdesignproblemwithmultipleobjectivesanddemanduncertainty[J].ExpertSystemswithApplications，2012，39(4)：4160-4170[3]YinY，LiZC，LamWHK，ChoiK.SustainableTollPricingandCapacityInvestmentinaCongestedRoadNetwork：AGoalProgrammingApproach[J].J.Transp.Eng，2014，140(12)：10[4]FengT，TimmermansHJP.Trade-offsbetweenmobilityandequitymaximizationunderenvironmentalcapacityconstraints：Acasestudyofanintegratedmulti-objeetivemodel[J].Transp.Res.Pt.C-Emerg.Technol，2014，43：267-279[5]LiZC，GeXY.Trafficsignaltimingproblemswithenvironmentalandequityconsiderations[J].J.Adv.Transp，2014，48(8)：1066-1086[6]WangH，LamWHK，ZhangXN，ShnoH.SustainableTransportationNetworkDesignwithStochasticDemandsandChanceConstraints[J].InternationalJournalofSustainableTransportation，2015，9(2)：126-144[7]SunX，LiuZY，ThompsonRG，BieYM，WengJX，ChenSY.Amulti-objectivemodelforcordon-basedcongestionpricingschemeswithnonlineardistancetolls[J].JournalofCentralSouthUniversity，2016，23(5)，1273-1282[8]YangYN，LuHP，YinYF，YangH.OptimizationofVarinbleSpeedLimitsforEfficient，Safe，andSustninnbleMobility[J].TransportationResenrchRecord，2013(2333)：37-45[9]HnasI，BekhorS.Networkdesignproblemconsideringsystemtimeminimizationandroadsafetymaximization：formulationandsolutionapproaches[J].T本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提出了一种可持续交通网络设计的多属性决策方法，该方法具体包括以下步骤：/n步骤一：上层政策制定者使用Dirichlet分布生成一个随机的交通网络通行能力提升方案Δc，方案编号m＝0，下层出行者作出一系列行为反应；/n步骤二：下层模型是交通产生、交通分布、交通方式划分和交通流分配的顺序模型，通过反馈迭代达到交通系统平衡，可以计算出平衡状态时的路段交通流量和通行时间；/n步骤三：计算交通系统平衡时可持续交通的四个属性值：/n·经济属性/n·环境属性/n·社会属性/n·安全属性；/n步骤四：返回步骤一，使用Dirichlet分成另外一个随机的交通网络通行能力提升方案Δc，方案编号m＝m+1，当方案数目达到预先定义的M(M≥200)时，即m＝M时，停止循环，转到步骤五；/n步骤五：使用多属性决策方法找出最优的交通网络设计方案。/n

【技术特征摘要】
1.本发明提出了一种可持续交通网络设计的多属性决策方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一：上层政策制定者使用Dirichlet分布生成一个随机的交通网络通行能力提升方案Δc，方案编号m＝0，下层出行者作出一系列行为反应；
步骤二：下层模型是交通产生、交通分布、交通方式划分和交通流分配的顺序模型，通过反馈迭代达到交通系统平衡，可以计算出平衡状态时的路段交通流量和通行时间；
步骤三：计算交通系统平衡时可持续交通的四个属性值：
·经济属性
·环境属性
·社会属性
·安全属性；
步骤四：返回步骤一，使用Dirichlet分成另外一个随机的交通网络通行能力提升方案Δc，方案编号m＝m+1，当方案数目达到预先定义的M(M≥200)时，即m＝M时，停止循环，转到步骤五；
步骤五：使用多属性决策方法找出最优的交通网络设计方案。


2.对于权利1中的步骤二，采用如下的计算过程：
步骤1：从Dirichlet分布Dir(α)得到通行能力提升模式Δc；
步骤2：通过均匀分布初始化交通分布矩阵设置n＝0，表示迭代次数；
步骤3：通过Frank-Wolfe算法基于用户均衡将交通分布矩阵分配给交通网络，以计算每个路段a上的交通流量和出行时间，之后，起点i和目的地j之间的最短出行时间，即可以通过Dijkstra算法求得；
步骤4：基于采用目的地选择模型来更新交通分布矩阵

【专利技术属性】
技术研发人员：林宏志，赵宇轩，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32