面向网络效率的城市道路交通网络设计理论与方法

交通网络效率是交通网络运行状况的综合反映。传统交通网络设计理论与方法中缺少对网络运行状况的反馈机制，因此难以保证所得方案的整体运行效果。面向网络效率进行交通网络设计问题研究，不仅能在设计过程中增强对网络运行状况的反馈而得到综合最优的网络方案，而且还可提高交通基础设施的使用和维护效率，从而为建立可持续发展交通系统提供理论支撑。.项目首次提出交通网络效率的定量化评价方法，并结合城市交通需求分布特征，构建面向网络效率的城市道路交通网络设计理论与方法体系，包括交通网络效率的定量化评价方法及网络特征分析、面向网络效率的"一主多从"式混合型交通网络设计双层规划模型及求解算法、基于网络效率的交通网络关键组件判别方法。项目研究成果不仅为客观的分析和评价交通网络综合运行状况提供一种新的思路，而且也能为城市道路交通网络的设计、运行和维护等工作提供科学的理论和方法指导，最终促进相关交通科学理论研究的深化与发展。

交通网络效率是交通网络运行状况的综合反映。项目研究对交通网络效率从网络用户角度出发进行了重新定义，提出了一种新的交通网络效率的定量化评价方法，该计算方法利用网络达到均衡状态下的路段流量和路段旅行时间为主要参数，并考虑了网络规模的影响。通过与既有定量化网络效率评价方法的比较分析，证明了所提出方法的合理性和科学性，能反映交通网络结构、交通出行需求、用户选择行为等对交通网络运行状况的影响规律；进一步提出了基于网络效率的交通网络组件（路段或节点）重要度的概念和计算方法，用来确定交通网络关键组件。比较分析发现，基于网络效率的交通网络组件重要度方法不仅具有更好的统一性和可比较性，而且其还证明了网络组件重要度应是关于网络结构、交通需求的非单调函数，即交通网络组件的重要度会随着网络结构、交通需求的变化而产生波动性变化。因此，项目所提出的定量化交通网络效率评价方法及组件重要度计算方法，可以为交通网络基础设施的管理和维护提供科学的决策依据。. 基于所提出的定量化交通网络效率计算方法，建立了面向网络效率的混合交通网络设计“一主多从”双层规划模型，其中上层模型是以网络效率加权和最大为目标的交通网络结构优化模型，下层是多个结构一致但需求不同的交通网络均衡配流模型。在使用路段等级决策变量将连续性路段能力变量进行离散化的基础上，将混合型交通网络设计问题简化为离散型交通网络设计问题。考虑到离散型交通网络设计问题仍然是NP难问题，为能有效求解大规模的此类网络设计问题，选择结合适用性强的模拟退火算法和基于路径的梯度投影算法设计了模型的求解方法。算例分析表明，交通网络规模（路段数量）、交通流量与网络效率之间并不是简单的线性关系，随着网络内总流量的增加，并不是修建的路段越多，就会使得交通网络的运行效率越高。同时还发现，对于每一个给定的交通网络结构，其都有一个最适宜的网络承载量，且过多或过少的流量都会造成网络效率的下降。而且同时考虑多种交通需求结构的网络设计方案，能在更大程度上保证网络的运行效率和更有效的缓解交通拥堵。