考慮交通環境效應的動態次優擁擠收費研究

《考慮交通環境效應的動態次優擁擠收費研究》是依託浙江大學，由章立輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：考慮交通環境效應的動態次優擁擠收費研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：章立輝
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

本課題研究考慮環境效應的動態次優擁擠收費問題的建模及求解方法。首先在動態用戶平衡條件下為三種主要形式的次優擁擠收費（即邊界線收費、區域收費和高乘坐率車道收費）的收費方案包括收費位置分別建立不同的約束條件，得到帶平衡約束的混合整數規劃模型。結合基於細胞模型的動態交通分配算法，開發兼顧計算量和計算精度的尾氣排放量計算模型和非穩態尾氣擴散模型，考慮氣象條件對污染物擴散的影響，建立風險規避型的人口暴露指標來衡量尾氣排放對環境的負面效應。將環境效應作為另一目標函式，並將其計算過程作為約束條件，對動態次優擁擠收費模型進行擴展，得到考慮環境效應的動態次優擁擠收費模型。所得模型為多目標且帶平衡約束的大規模混合整數規劃問題，本課題將開發基於對偶變數的啟發式算法，通過求解一系列鬆弛子問題和多目標更新問題來求最優解。最後，課題將結合多個不同形式的典型城市路網，通過數值實驗來驗證所建模型和算法的有效性。

結題摘要

考慮環境效應的次優擁擠收費研究尚不完善，一方面網路化建模的研究對象局限於邊界線收費，且求解算法對計算機資源的要求較高，另一方面對車輛排放環境負效應的計算方法比較巨觀，無法反映動態變化的交通狀況對尾氣排放的影響。因此本項目的研究目標是為考慮環境效應的動態次優擁擠收費問題開發一套系統的建模方法，並設計有效可行的求解算法。 本研究首先採用統一的建模方法為三種主要形式的次優擁擠收費（即邊界線收費、區域收費和高乘坐率車道收費）的收費方案，包括收費位置和收費額度等，建立了相似的約束條件，所得均為混合整數的線性約束集。由於高乘坐率車道收費問題必須區分高乘坐率車輛和單乘坐率車輛，本研究進一步考慮多交通模式共存的情況（主要包括高乘坐率車輛出行、單乘坐率車輛出行、公共運輸出行），建立了多模式交通平衡模型。並且基於對偶理論，將該模型轉化為一組非線性約束。 動態交通分配的數值求解算法中有一類依賴於細胞模型來傳播交通流並計算實時出行時間。每個細胞攜帶動態的交通信息，使路網內交通流的解析度得到提高。結合這一點，本研究開發了基於細胞模型和車輛駕駛模式的尾氣排放量計算模型，以及基於細胞模型的尾氣污染物擴散模型，從而獲得了每一時刻尾氣污染物的空間分布情況。結合人口分布情況及氣象條件的不確定性因素，本研究採用了魯棒的風險規避型人口暴露指標來衡量交通排放對環境的負面影響。 本研究最終建立了以環境負效應和系統旅行時間最小化為雙目標的動態次優擁擠收費模型，這些模型都是帶平衡約束的大規模非線性混合整數規劃問題。項目組開發了基於對偶變數的啟發式算法來進行求解，該算法包括求解一系列鬆弛子問題和多目標更新問題，可同時最佳化收費位置和收費額度等，所得次優擁擠收費方案可直接用於實踐。最後，項目組通過構建多個不同規模的數值實驗驗證了所建立的各約束條件、仿真模型及最佳化算法的有效性。