基于自由分布方法的可靠交通网络设计

Scientific and rational transport network design is the fundamental guarantee of a reliable and efficient operation of an urban transport system. In view of the fact that transport systems have many uncertainties with unknown or unreliable distributions, this project will propose a distribution-free methodology for the reliable transport design problem with unknown probability distributions of uncertainties. Bilevel models will be proposed to consider different issues such as risk aversion behaviour of travellers, multiple transport modes with modal transfer, time-dependent network design, intergeneration equity, cost recovery, etc. The mathematical properties of the models and the price of anarchy of the design will be analysed. Based upon artificial bee colony algorithm, genetic algorithm, alpha-branch and bound algorithm and parallel computing, a hybrid metaheuristc will be proposed to determine solutions efficiently and accurately. Finally, using the actual transport network data of Chinese cities such as Shenzhen and Hong Kong, case studies will be carried out to test the effectiveness of models and the hybrid metaheuristic. This project will help to promote the development of the theory of urban transportation network design, and lay a good theoretical basis to improve China's urban transport planning and management level.

科学合理的交通网络设计是城市交通系统高效、可靠运行的根本保障。鉴于交通系统中存在大量概率分布未知或不具有统计特征的不确定性因素，本项目拟采用基于自由分布的方法，研究交通系统中不确定因素概率分布未知情况下的可靠交通网络设计问题，充分考虑出行者的风险规避行为、出行方式的多样性、网络设计的依时性、代际公平、投资成本的回收等因素，提出基于自由分布方法的可靠交通网络设计双层规划模型，并深入分析模型的相关数学性质以及交通网络设计中的无政府代价。以人工蜂群算法、遗传算法、alpha-分支定界法为基础，设计多元混合启发式求解算法，结合计算机并行技术，实现交通网络设计模型的快速、精确求解。最后，利用深圳和香港等城市实际交通网络数据进行实例研究，检验提出的模型和算法的有效性。本项目的研究有助于推动城市交通网络设计理论的发展，为提高我国城市交通规划与管理水平奠定良好的理论基础。

科学合理的交通网络设计是城市交通系统高效、可靠运行的根本保障。鉴于交通系统中存在大量概率分布未知或不具有统计特征的不确定性因素，本项目拟采用基于自由分布的方法，研究交通系统中不确定因素概率分布未知情况下的可靠交通网络设计问题，充分考虑出行者的风险规避行为、不同的运输模式、网络设计的依时性等因素，提出基于自由分布方法的可靠交通网络设计双层规划模型，并深入分析模型的相关性质以及交通网络设计中的无政府代价。研究小组证实，在任何路段扩张之前，使用多项式路段出行时间方程的基于可靠性路网设计问题的无政府代价以同样情况下基于可靠性用户均衡交通量分配的无政府代价上界集为界。以人工蜂群算法和遗传算法等启发式为基础，设计多元混合启发式求解算法，实现交通网络设计模型的快速、精确求解。最后，利用阿纳海姆和香港等中西城市实际交通网络数据进行实例研究，检验提出的模型和算法的有效性。项目执行过程中，在“Transportation Research Part B”、“Transportation Research Part C”、“Transportation Research Part D”、“Transportation Research Part E”、“European Journal of Operational Research”、“Computers & Operations Research”、“Journal of the Operational Research Society”、 “Networks and Spatial Economics”、“Transport Policy”、“Expert Systems with Applications”、 “Transportmetrica A”、 “Transportmetrica B”等期刊上发表标注论文37 篇，包括SCI 源期刊论文33 篇，ESCI 检索论文1 篇。本项目已取得的研究成果将有助于推动城市交通网络设计理论的发展，为提高我国城市交通规划与管理水平奠定良好的理论基础。