一种基于主观福祉最大化的交通网络设计方法技术

本发明专利技术旨在提出一种基于出行者主观福祉最大化的交通网络设计方法。发明专利技术建立了一种新的双层模型系统，其上层用于实现给定投资预算下的出行者主观福祉最大化，下层是Nested Logit模型和用户均衡模型之间的反馈过程。这里要注意的是，发明专利技术采用Nested Logit模型对出行选择和目的地选择进行描述，因此它是一种弹性出行需求，而用户均衡模型则应用于路网的交通分配。由于出行需求预测采用了离散选择模型，这也使得可以对出行者的主观福祉进行测度。然而，众所周知，双层模型的求解十分具有挑战性。为此本发明专利技术设计了一种模拟退火算法来寻找最优解。使用仿真研究的结果表明，本发明专利技术可以有效找到给定投资预算下出行者主观福祉最大的交通网络设计。

A traffic network design method based on subjective well-being maximization

【技术实现步骤摘要】
一种基于主观福祉最大化的交通网络设计方法
：本专利技术提出了一种基于主观福祉最大化的交通网络设计方法，属于交通工程

技术介绍
：以用户为中心的移动服务是未来新兴的移动服务之一。与传统的以车辆为中心的移动服务不同，其主张以提升用户体验为中心的移动解决方案。虽然有很多方法可以测度用户体验，但主观福祉或社会福利是最常见的指标。高福祉意味着个人或群体的体验是积极的，而低福祉则与消极的体验相关联。福祉研究分为主观福祉研究和客观福祉研究。客观福祉通常指的是总体水平上的消费者剩余。它被定义为消费者愿意或能够支付某项产品或服务的总金额与他们实际支付的总金额之间的差额。主观福祉则指的是基于消费者个人效用的社会福利。它是将消费者从产品或服务中获得的所有个人效用相加而成的。客观福祉在弹性出行需求的交通网络设计中得到了广泛应用。它通常表现为消费者剩余，甚至有时称为社会福利。应当指出的是，虽然消费者剩余和社会福利在经济学中是两个不同的概念，但在以往的交通网络分析中这两个概念是可以互换的。它们都是指消费者愿意或能够支付的总出行费用与他们实际支付的总出行费用之间的差。Yang和Bell[1]将消费者剩余作为路网设计的目标函数。从那时起，这一测量方法就被广泛使用了。Yang和Meng[2]提出了一个双层规划模型来确定新建道路的最佳通行能力和通行费，从而最大限度地增加消费者剩余和生产者剩余。Szeto和Lo[3，4]比较了三种不同的政府路网设计策略，其中网络效益是以消费者剩余的折现总量来衡量的。Chen等[5]提出一种遗传算法来解决需求不确定时的建设-运营-移交(BOT)网络设计问题，其中政府的目标是最大化期望消费者剩余，并尽量减少其方差。Ukkusuri和Patil[6]考虑到需求的不确定性和弹性，建立了网络设计问题的消费者剩余最大化模型。Jiang和Szeto[7]认为决策者在时变交通网络设计时旨在增加消费者剩余及降低健康成本。Zhang等[8]针对路网设计问题提出了一种双层规划模型，其上层用于实现消费者剩余最大化，而下层则采用了弹性需求随机用户均衡。主观福祉基于个人对产品或服务的感受。更确切地说，它被经济学家用来表示从出行选择中获得的个人效用。此外，社会福利是福利经济学中个体效用的集合。必须指出的是，消费者剩余或客观福祉的定义对应于具有集计需求函数的情况。它被交通网络建模者广泛采用。然而，这一定义并不适用于用户消费离散产品或服务的情况，而这正是出行行为研究人员所面临的难题。在这种离散情况下，主观福祉被定义为个人从出行选择中获得的最大效用。通常，期望最大效用(logsum)是衡量Logit选择模型中消费者福祉/福利的指标。尽管交通运输中经常使用离散选择模型，但项目评估中却很少使用logsum[9]。Dong等[10]建议用以效用为基础的消费者福利来替代传统的福利。Bhandari等[11]在德里引入地铁系统时，使用logsum来估算换乘者的福利。Geurs等[12]将期望最大效用作为交通用户利益的精确衡量标准。Tillema等[13]建议从基于logsum的消费者福利角度评估城市拥挤收费的影响。Nahmias-Biran和Shiftan[14]建议可将logsum作为交通项目评价中主观福祉的衡量指标。此外，还应考虑公平性，从而更合理地分配资源。VanWee[15]论述了logsum方法的利弊，并希望有更多对此问题的研究工作，特别是针对公平性和社会排斥问题的研究。Javanmardi等[16]研究了在目标函数中引入效用函数的服务网络设计问题。参考文献：[1]Yang，H.，Bell，M.G.H.(1998)Modelsandalgorithmsforroadnetworkdesign：areviewandsomenewdevelopments[J].TransportReviews18，257-278.[2]Yang，H.，Meng，Q.(2000)Highwaypricingandcapacitychoiceinaroadnetworkunderabuild-operate-transferscheme[J].Transp.Res.Pt.A-PolicyPract.34，207-222.[3]Szeto，W.Y.，Lo，H.K.(2005)Strategiesforroadnetworkdesignovertime：Robustnessunderuncertainty[J].Transportmetrica1，47-63.[4]Szeto，W.Y.，Lo，H.K.(2008)Time-dependenttransportnetworkimprovementandtollingstrategies[J].Transp.Res.Pt.A-PolicyPract.42，376-391.[5]Chen，A.，Subprasom，K.，Ji，Z.W.(2006)Asimulation-basedmulti-objectivegeneticalgorithm(SMOGA)procedureforBOTnetworkdesignproblem[J].Optim.Eng.7，225-247.[6]Ukkusuri，S.V.，Patil，G.(2009)Multi-periodtransportationnetworkdesignunderdemanduncertainty[J].Transp.Res.Pt.B-Methodol.43，625-642.[7]Jiang，Y.，Szeto，W.Y.(2015)Time-dependenttransportationnetworkdesignthatconsidershealthcost[J].TransportmetricaA11，74-101.[8]Zhang，X.，Wang，H.，Wang，W.(2015)Bi-levelprogrammingandalgorithmsforstochasticnetworkwithelasticdemand[J].Transport30，117-128.[9]deJong，G.，Daly，A.，Pieters，M.，vanderHoorn，T.(2007)Thelogsumasanevaluationmeasure：Reviewoftheliteratureandnewresults[J].Transp.Res.Pt.A-PolicyPract.41，874-889.[10]Dong，X.J.，Ben-Akiva，M.E.，Bowman，J.L.，Walker，J.L.(2006)Movingfromtrip-basedtoactivity-basedmeasuresofaccessibility[J].Transp.Res.Pt.A-PolicyPract.40，163-180.[11]Bhandari，K.，Kato，H.，Hayashi，Y.(2009)EconomicandEqui本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提出了一种基于主观福祉最大化的交通网络设计方法，这是一种双层模型，该方法具体包括以下特征：/n(1)上层模型是通过调整交通网络设计使得出行者的主观福祉最大化，主观福祉的测度基于非集计的离散选择模型，具体一点，对于出行生成和目的地选择采用了Nestedlogit模型，这使得可以对出行者的主观福祉进行测度；/n(2)下层模型是交通系统平衡，其是用于出行-目的地选择的Nested logit模型和用于交通配流的用户平衡模型之间的反馈迭代过程，是出行者对于上层交通网络设计作出的一系列行为反应，对于每一个上层交通网络设计都对应一个下层交通系统平衡，在此基础上进行出行者主观福祉的测度，将结果反馈回上层模型；/n(3)使用模拟退火算法求解该双层模型。/n

【技术特征摘要】
1.本发明提出了一种基于主观福祉最大化的交通网络设计方法，这是一种双层模型，该方法具体包括以下特征：
(1)上层模型是通过调整交通网络设计使得出行者的主观福祉最大化，主观福祉的测度基于非集计的离散选择模型，具体一点，对于出行生成和目的地选择采用了Nestedlogit模型，这使得可以对出行者的主观福祉进行测度；
(2)...

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