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交通網絡視角下專用道設置決策建模與優化 版權信息
- ISBN：9787030717443
- 條形碼：9787030717443 ; 978-7-03-071744-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
交通網絡視角下專用道設置決策建模與優化 本書特色
為專用道設置中如何合理協調各類交通關系，保證交通暢通、有序、安全、可靠提供決策依據。
交通網絡視角下專用道設置決策建模與優化 內容簡介
本書以不同應用背景下的交通網絡視角下專用道設置優化問題為對象，闡述上述不同應用背景下的專用道設置優化問題的數學模型，有針對性的快速有效的求解方法，以及模型和算法有效性驗證和實際應用探討。 本書旨在闡明如何通過建立有效的數學模型和求解算法，在實踐中為專用道網絡優化決策提供定量化支持，同時也為專用道設置中如何合理協調各類交通關系，保證交通暢通、有序、安全、可靠提供決策依據。本書進一步豐富和發展管理科學和交通運輸管理理論，為城市交通管理和控制提供理論參考。 本書可供管理科學與工程、交通運輸管理、計算科學與技術等學科或專業方向的科學研究和工程技術人員參閱，也可作為相關專業方向的研究生和高年級本科生的教材或教學參考書。
交通網絡視角下專用道設置決策建模與優化 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 專用道設置優化研究的必要性 1
1.2 專用道設置研究概述 3
1.3 本書的方法導論 11
1.4 本書的主要研究問題和思路 22
第2章 大規模自動卡車專用道設置優化模型與方法 26
2.1 引言 26
2.2 問題建模 28
2.3 性質分析 31
2.4 兩階段精確算法 32
2.5 模型與算法驗證 35
第3章 基于改進QEA的大規模專用道設置優化模型與方法 46
3.1 引言 46
3.2 問題建模 48
3.3 問題性質分析 52
3.4 求解方法 54
3.5 模型與算法驗證 64
第4章 專用道設置魯棒優化模型與方法 76
4.1 引言 76
4.2 問題建模 78
4.3 約束法和分割求解算法相結合算法 81
4.4 算法驗證 88
第5章 公交專用道設置優化模型與方法 99
5.1 引言 99
5.2 問題建模 101
5.3 改進分割求解算法 111
5.4 核搜索啟發式算法 114
5.5 模型與算法驗證 117
第6章 公交專用道與公交線路設計集成優化模型與方法 128
6.1 引言 128
6.2 問題建模 129
6.3 增強 約束法 134
6.4 算法驗證 136
參考文獻 146
后記 161
第1章 緒論 1
1.1 專用道設置優化研究的必要性 1
1.2 專用道設置研究概述 3
1.3 本書的方法導論 11
1.4 本書的主要研究問題和思路 22
第2章 大規模自動卡車專用道設置優化模型與方法 26
2.1 引言 26
2.2 問題建模 28
2.3 性質分析 31
2.4 兩階段精確算法 32
2.5 模型與算法驗證 35
第3章 基于改進QEA的大規模專用道設置優化模型與方法 46
3.1 引言 46
3.2 問題建模 48
3.3 問題性質分析 52
3.4 求解方法 54
3.5 模型與算法驗證 64
第4章 專用道設置魯棒優化模型與方法 76
4.1 引言 76
4.2 問題建模 78
4.3 約束法和分割求解算法相結合算法 81
4.4 算法驗證 88
第5章 公交專用道設置優化模型與方法 99
5.1 引言 99
5.2 問題建模 101
5.3 改進分割求解算法 111
5.4 核搜索啟發式算法 114
5.5 模型與算法驗證 117
第6章 公交專用道與公交線路設計集成優化模型與方法 128
6.1 引言 128
6.2 問題建模 129
6.3 增強 約束法 134
6.4 算法驗證 136
參考文獻 146
后記 161
展開全部
交通網絡視角下專用道設置決策建模與優化 節選
第1章 緒論 1.1 專用道設置優化研究的必要性 隨著世界經濟的快速發展，世界范圍內的許多國家和區域的城市化進程日益高度化，其導致的一個負面影響是由車輛總量快速增加引起的嚴重交通擁堵。許多大型城市的交通狀況變得越來越糟糕。日益嚴重的交通擁堵導致了很多的交通運輸問題，如低下的運輸效率、不可預測的運送時間、交通事故、能源浪費和安全問題。這些問題日益阻礙交通運輸以有效、可靠、安全的模式運行。面對這些日益突出的問題，開發新的交通規劃方法以支持交通管理者決策變得重要且必不可少。 一種解決上述問題的常用方式是建設新的交通設施，如新修或拓寬現有道路等，以拓展現有交通運輸網絡，增加其交通網絡承載能力。然而，這種方式需要大量的財務和人力成本以及較長的建設周期。同時，它也受限于有限的地理空間資源。因此，通過科學合理的管理方式，有效地分配和充分利用現有交通網絡資源來改善交通狀況變得日益重要。 近年來，專用道設置策略作為一種靈活有效且經濟的交通管理策略，已經被很多國家廣泛應用。其核心內涵是在現有城市交通網絡中為特殊用戶設置一些專用道以滿足他們的交通運輸需求或改善現有交通系統性能。專用道是通過限制其他車輛的通行為特殊用戶提供一個無擁堵和更安全的交通運輸環境。例如，公交專用道作為一個廣為人知的專用道設置案例，已經被用來提升公交運行效率和準時性，從而增強公交系統的吸引力。另一個例子是高承載車（high-occupancy vehicle，HOV）專用道，它已經被廣泛用來鼓勵人們通過拼車增加車載人數以減少出行時間。此外，專用道設置策略還被應用于滿足大型運動賽事期間特殊的運輸需求，如悉尼、雅典及北京奧運會均設置了奧運專用道以滿足運動員的快速運送需求。 在一個路段上，若其中某一車道被設置為專用道，為方便起見，本書稱該路段上其他車道為普通車道。在交通網絡中設置專用道減少了普通車道的總數目，這可能會使普通車道更擁堵，進一步惡化已經嚴重擁堵的城市交通狀況。專用道設置策略*直接的影響就是增加了普通車道上非任務車輛的旅行時間，即導致交通延誤。例如，Princeton和Cohens（2011）的研究表明：法國戴高樂機場和圣丹尼之間A1公路中三條車道設置一條公交專用道后，非公交車輛的運行時間增加了約26%。因此，在交通網絡中合理地設置專用道以*小化其對其他交通的負面影響是非常必要的。現有專用道設置研究中絕大多數通過運用實證、分析、仿真等方法從微觀路段層面上研究了公交專用道設置類型、設置條件和形式及公交專用道的設置效益和影響（Black，1991；Choi D and Choi W，1995；Eichler and Daganzo，2006；Gan et al.，2003；Jepson and Ferreira，2000；陸建，2003；李鐵柱等，2010；Viegas and Lu，2004；Viegas et al.，2007；Wei and Chong，2002；Zagorianakos，2004；Zhu，2010）。這些微觀路段層面的研究結果可以為交通管理決策者進行專用道決策提供有價值的信息，但是其不能有效指導交通網絡層面上的*優專用道決策。 近年來，少量研究從運輸網絡視角研究滿足自動卡車和大規模事件等背景下的特殊運輸需求的專用道設置優化問題（Che et al.，2015；Fang et al.，2012，2013，2014，2015；Wu et al.，2013；吳鵬，2013；Zhou et al.，2013，2014），旨于在現有交通網絡中合理地選擇路段進行專用道設置以滿足特殊的交通運輸需求。然而，據我們所知，已有研究提出的解決方法未能在合理時間內求解大規模問題，且大多數研究假設路網中路段行駛時間為靜態不變的，未考慮路段行駛時間的時變性。此外，公交專用道已被廣泛用于提升公交系統的性能和吸引力，但未發現有研究考慮*小化專用道設置影響的公交專用道設置優化問題。因此，研究運輸網絡視角下的大規模專用道設置優化、時變路況下的專用道設置魯棒優化及公交專用道設置優化具有重要現實意義。特別值得指出的是，專用道設置優化問題不同于現存的經典交通運輸規劃問題，如車輛路徑問題（vehicle routing problem，VRP）、設施選址問題、*小成本多貨物流問題，但是它的特殊情況可以歸結為多種經典組合優化問題。進一步深入研究這類新交通運輸規劃問題具有重要的理論價值。 本書力圖為上述運輸網絡視角下（即宏觀網絡層面上的）專用道設置優化問題開發新的和有效的優化方法，以滿足特殊的交通運輸需求和提升公交系統性能，同時盡可能減少專用道設置的負面影響。 1.2 專用道設置研究概述 本節首先綜述了專用道設置策略的現實應用現狀。其次綜述了有關專用道設置策略的理論研究現狀，包括微觀路段層面和宏觀網絡層面上的專用道設置研究，指出了現有研究存在的不足以及本書的主要研究問題。*后分別闡述了求解單、多目標組合優化問題的常用方法，并對求解本書所研究問題方法的基本思想和原理進行了介紹。 1.2.1 專用道設置應用研究概述 隨著機動車輛數量的急劇增加，交通擁堵已經成為世界各地許多城市的常見現象。與傳統的通過修路、拓路方式拓展現有交通網絡容量的策略相比，合理的交通管理策略對緩解城市交通擁堵扮演著更加重要的角色。近些年來，作為交通管理策略之一，專用道設置策略廣泛應用于現實中，如公交專用道、HOV專用道、滿足特殊事件的臨時專用道（如奧運會專用道）及自動卡車專用道。 1. 公交專用道 眾所周知，公交專用道作為一個重要的公交優先策略，已經在許多國家廣泛實施。其主旨思想是在一些特定時段（如早、晚高峰）將一些普通車道轉化為公交專用道。設置公交專用道的目的是提升公交運輸的性能以增加公交系統吸引力和促進旅客由私家車轉向公交出行，從而達到緩解城市交通擁堵的目的。世界上**條公交專用道可以追溯至1940年的美國芝加哥。隨后，歐洲國家（如法國、英國）也開始建設公交專用道。之后，亞洲國家也開始實施公交專用道設置策略以促進公交優先。中國于1997年在北京長安街建設了**條公交專用道。如今，在全世界范圍內通過實施公交專用道設置策略來促進公交優先已經變得越來越流行。在中國，許多城市（如北京、西安、昆明、廣州、成都等）已經實施了公交專用道設置策略。公交專用道可以避免公交車陷入交通擁堵，從而實現快速而準時的公交運輸服務。 近幾十年來基于公交專用道的快速公交（bus rapid transit，BRT）系統已經在北美洲、拉丁美洲、歐洲、亞洲廣泛實施。其中一個*成功的例子是哥倫比亞波哥大的BRT系統，它每天高峰期運輸超過198 000個旅客，公交運輸的平均速度由15千米/小時提升至27千米/小時（Walteros et al.，2013）。Hidalgo和Gutierrez（2013）的報道指出：全球范圍內120個BRT系統包含了4 300千米的公交專用道，它們每天約服務28 000 000個旅客。 2. HOV專用道 另一個著名的專用道設置策略應用實例是HOV專用道，它通常在高峰期設置以供HOV使用，從而減少其運行時間。HOV是指裝載多個成員的車輛，有代表性的車輛有拼車車輛、公共車輛、公交車。與公交專用道一樣，HOV專用道通常也用特殊的標志標識加以區分。 通過HOV專用道，HOV能夠快速地通過高峰期擁堵的區域。因此，它吸引出行者，特別是通勤者，轉向拼車出行。正如Turnbull（1990）所述，HOV專用道主要目的在于增加每個車輛的人數。Turnbull（2005）、Machemehl等（2001）指出20 世紀60年代的北美開通了世界上**條HOV專用道。1980~1990年，HOV專用道也進入了快速發展的階段，洛杉磯、紐約、舊金山、西雅圖及華盛頓等城市已經廣泛實施。據Turnbull 和DeJohn（2000）的報道，已經有約3 701.49千米的HOV專用道在美國28個大都市實施。Maclennan（1995）、Schijns（2001）報道HOV專用道已經不僅廣泛實施于北美洲的40多個城市，還在其他國家（如英國、西班牙、澳大利亞及荷蘭）實施。HOV專用道鼓勵出行者拼車，從而避免高峰期的交通擁堵，有助于用更少的車輛裝載更多的人。因此，HOV專用道設置策略已經被認為是一種有效提升路段使用率、緩解交通擁堵、減少碳排放及節約能源的交通管理方式。更多有關HOV專用道的應用信息可以參考Fang等（2013）的研究。 3. 滿足特殊事件的臨時專用道 專用道設置策略也被應用于一些大規模特殊事件，如大型運動會（如奧運會、大型博覽會）。如今，這些大型特殊事件頻繁地在各國的大城市里舉辦。在2009年約70場大型運動賽事在世界各地舉辦（Zhou，2014）。這些運動賽事通常要求組織者以快速、安全及可靠的方式將特定人員和物資從運動村運送至各比賽場館。例如，2010年廣州亞運會承諾將運動員在30分鐘內運送至各分散的體育場（Wu et al.，2009）。此外，2000年悉尼奧運會、2004 年雅典奧運會、2008年北京奧運會都實施了專用道設置策略。為了滿足這些特殊的交通要求，組織者臨時在某些路段上設置專用道以供運動會期間專用。 4. 自動卡車專用道 除以上應用之外，隨著計算機技術和先進駕駛輔助系統（advanced driver assistance system，ADAS）的發展，自動駕駛進入我們的日常生活（Shladover，2010）。自動卡車有著顯著的優點，如其能夠提高運輸安全性和運輸效率、減少駕駛員的壓力及燃料消耗。為實現高效、可靠、經濟和安全的貨物運輸，自動卡車運輸將會是一個可行的解決方案。在貨物運輸中使用自動卡車的關鍵問題之一是保障運輸安全。與手動驅動的普通卡車相比，自動卡車必須有能力檢測可能的危險并及時和正確響應。因此，確保安全和時間有效的自動卡車運輸是必需的。為自動卡車提供優良的運輸環境（如設置自動卡車專用道）十分必要。然而，雖然自動駕駛是當前熱點話題之一，但是距離其廣泛應用還有一段時間。 通過分析現有專用道設置應用現狀可以發現：①公交專用道和HOV專用道等專用道設置策略已經被廣泛應用于提升交通系統性能以達到減少交通擁堵的目的，并取得了良好的效果；②近年來，滿足奧運會專用道等特殊事件的臨時專用道在現實生活中有著廣泛的應用，但主要集中在大型城市中，如北京、悉尼等；③雖然目前自動卡車專用道在現實生活中尚無應用，但是自動卡車專用道的設置能夠靈活保證自動卡車的運輸安全，促進自動駕駛和運輸的發展，對其進行前期研究具有重要意義。 1.2.2 專用道設置理論研究綜述 綜上所述，專用道設置策略有多種應用，包括公交專用道、HOV 專用道、滿足特殊事件的臨時專用道、自動卡車專用道。由于專用道設置策略在現實中的廣泛應用，在文獻中也有了一系列有關專用道設置問題的理論研究。這些研究大致可以分為兩類：一類關注單個路段層面專用道設置研究，另一類則關注交通網絡層面專用道設置研究。接下來，本節將分別進行闡述。 1. 單個路段層面專用道設置研究綜述 如上所述，為促進公交優先和緩解交通擁堵，公交專用道設置策略已經廣泛應用于現實生活中。為了充分發揮公交專用道的價值，已經有大量的文獻通過運用實證分析、仿真等方法從微觀路段層面上研究了公交專用道設置類型、設置條件和形式，以及公交專用道的設置效益和影響。 公交專用道通常有兩種類型：永久型和間隔型。因為永久型公交專用道獨占一條車道，其他非公交車輛任何時間均不允許通過，它永久地減少了非公交車輛的路段可使用容量，這可能會對非公交出行帶來嚴重的交通壓力。因此，很多研究者建議實施間隔型公交專用道策略來提升路段車道的使用效率（陸建，2003；李鐵柱等，2010；Viegas a
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