考虑航运周期的港口集疏运道路养护决策建模与作业优化研究

A good maintenance activity plan and operation scheme for port collection-distribution roads could not only increase freight transportation efficiency but also enhance port competency. Existing road activity planning related studies focused on the urban roads or highways. Considering the fact that the unique port collection-distribution road traffic characteristics and the effects of shipping cycle were not considered, the existing planning and operation schemes could not be applied for port collection-distribution road activities. This proposal will first determine a port collection-distribution road traffic volume forecasting model in order to evaluate the effect of shipping cycle on the port collection-distribution road traffic. It will also give an optimization planning method considering the effect of shipping cycle to determine the optimal future maintenance activity plan for the port collection-distribution roads. For any specific maintenance activity, this proposal will also build a maintenance activity operation scheme optimization model considering the night toll discount policy for container trucks in order to minimize the negative traffic impact caused by the activity during the operation period. Finally, one case study based on Shanghai port collection-distribution roads will be created to testify the applicability of the proposed optimization models for maintenance activity planning and operation schemes. This proposal can help traffic engineers to make an appropriate planning of port collection-distribution road activites.

合理的港口集疏运道路养护决策和作业方案对提升货物运输效率和港口竞争力具有非常重要的作用。现有道路养护决策和作业优化研究主要针对城市道路和高速公路的养护活动。鉴于没能体现港口集疏运道路交通运行环境的特殊性，已有成果并不适用于港口集疏运道路的养护活动。因此，本项目旨在通过建立基于航运周期特征的港口集疏运道路交通量预测函数，解析航运周期对集疏运道路交通的影响机理。以此为基础，构建考虑航运周期的港口集疏运道路养护决策多目标优化模型，以实现集疏运道路养护规划期效益最大化和成本最小化。对于给定的养护作业活动，结合微观交通仿真技术，提出基于集卡夜间通行费优惠政策的养护作业方案优化方法，以最小化作业活动产生的负面交通影响。最后，以上海港口集疏运道路养护为背景，对所提出的养护决策和作业方案优化模型展开实例验证。项目研究成果将为交通管理者制定合理的集疏运道路养护规划与管理相关政策提供理论指导和决策支持。

长年重载交通的压力使得集疏运道路路面破碎等病害现象频发，安全问题较为突出。对港口集疏运道路进行合理科学的维养规划可提升货物运输效率。本项目构建了港口吞吐量预测模型和路面性能预测模型，并利用系统动力学方法解析航运周期对港口集疏运道路路面性能的影响。此外，本项目揭示了作业区交通延误与车辆碰撞风险之间的关系和构建了集疏运道路养护效益函数。在此基础上，建立了以最大化道路性能指数、最小化交通延误成本和事故成本为多目标的集疏运道路长期养护决策优化模型。针对特定的港口集疏运道路作业活动，本项目建立了考虑贝叶斯时空交互效应的集疏运道路作业区车辆换道模型，并将其导入微观交通仿真平台以构建最小化交通延误和最小化交通事故风险为目标的集疏运道路作业方案优化模型。最后，本项目利用上海港口集疏运道路养护实际案例，完成了对所提出的道路养护决策和作业优化模型及相应算法的有效性验证。本项目的主要研究意义在于所提出的港口集疏运道路养护决策和作业优化方法对提升货物运输效率和促进港口发展具有重要理论参考价值和现实意义。项目研究成果包括已发表20篇学术论文（其中SCI/SSCI检索论文16篇、EI期刊论文2篇、EI会议论文2篇）、授权1项国家发明专利和获得1项上海市交通工程学会科技进步二等奖。