可持续目标下集成土地利用的城市道路交通网络设计问题研究

The urban road network design problem(NDP) has long been considered as one of the most difficult and challenging problems in transportation field. Based on the feedback between the urban land use and urban road network, we will establish the inverse Stackelberg game model to research the integrating land use into urban road network design problem. Then, we will establish multi-objective bilevel programming model to research the urban road network design problem based on sustainable development. Based on the above research, we will establish inverse Stackelberg game model to research integrating land use into urban road network design problem based on sustainable development. After analyzing the optimality conditions of the Stackelberg games models by using optimization theory, we will propose the efficient algorithms to solve the above models. Then, the numerical experiments will be made to demonstrate the efficiency of the proposed algorithms by analyzing their convergences. Based on analyzing the effect of both economically, socially and environmentally development and integrating land use on urban road network, we will evaluate model performance from efficiency and effect. Moreover, we evaluate the feasibility and efficiency of the measures for alleviating the traffic congestion. The aim of this research is to re-explore the urban road network design problem from a new perspective. The research will help the metropolises to enhance the ability of the transportation system to ease traffic congestions, and provide the theoretical basis in the traffic network planning and management for public traffic management departments.

城市道路交通网络设计问题长期以来被认为是交通科学领域最难、最具挑战的问题之一。本项目以土地利用和城市道路交通网络的互为反馈关系为基础，首先建立集成土地利用的城市道路交通网络设计问题的逆Stackelberg博弈模型，然后建立多目标双层规划模研究可持续目标下的城市道路交通网络设计问题。在此基础上建立逆Stackelberg博弈模型研究可持续目标下集成土地利用的城市道路交通网络设计问题。通过构造有效的求解算法，获得综合经济、社会和环境等可持续目标下土地利用和城市道路交通网络的集成优化方案。并在分析综合经济、社会和环境等目标以及集成土地利用对城市道路交通网络的影响的基础上对本项目的模型进行绩效评价。进而评价缓解交通拥挤措施的可行性与效率，以便从新的视角探讨城市道路交通网络设计方案。本项目的研究有助于提高我国大城市交通系统应对交通拥堵的能力，为城市交通管理部门进行交通网络规划和管理提供理论依据。

城市道路交通网络设计问题长期以来被认为是交通科学领域最难、最具挑战的问题之一。综述了LSAI、MC和BM等三种方法的相关研究，分析比较了它们的优势和不足；然后应用LSAI分析基于随机效用多区域输入输出模型的不确定性，研究了出口量、运输成本和运输时间对美国贸易模式和生产与消费的影响；构建了城市道路交通连续均衡网络设计问题的MPCC模型，构造了相应的松弛算法；构建了弹性需求条件下基于可交易信用机制的城市交通连续平衡网络设计模型研究了弹性需求下城市交通连续均衡网络设计与次优电子路票收取问题；构建了固定需求下离散城市道路网络设计和收费的组合模型，同时确定道路收费水平和车道数量增加，并且道路收费作为路段建设资金的一部分；构建了固定需求下离散城市道路网络设计和离散电子路票收取水平的组合模型，不仅确定最优的车道增加数量和电子路票收取水平，而且确定它们的位置；根据可交易电子路票的特点，提出一种新的公私合作修建公共道路的模式，将交通管理与公私合作建设道路相结合，建立了双层规划模型，并分别以社会福利最大化和公司利润最大化为目标分析了相应的BEC模型的性质。构建了可持续城市道路交通网络设计模型，将增加道路供给和降低交通需求两种手段结合起来实现社会经济增长和环境保护的权衡；还研究了二层规划模型的智能算法。项目执行期内，在“Transportation Research Part A”、“European Journal of Operational Research”、“管理科学学报”、“Transportation”、“Knowledge-Based Systems”等期刊和国际会议上（在线）发表标注论文11篇，其中SCI源期刊论文9篇，国际会议论文1篇，被EI 检索。本项目已取得的研究成果将有助于推动城市道路交通网络设计理论的发展，提升城市道路交通网络设计模型在实际中的应用效果，为提高我国城市道路交通管理水平奠定良好的理论基础。