区域综合交通网络布局优化与决策研究

发布时间：2020-07-26 22:25

【摘要】：社会经济的发展对交通运输提出了越来越高的要求,我国交通基础设施建设也已进入了快速发展的重要阶段。各种运输方式不仅要扩大网络规模、提升网络等级层次,更重要的是要加快完善网络结构,最终实现建立健全、通畅、安全、便捷和智能化的现代综合交通运输体系的发展目标。综合交通网络是综合交通运输系统的基础硬件设施,其布局质量影响各种交通运输方式的运行。合理的网络结构、一体化的衔接有利于各种运输方式比较优势和综合效益的发挥。本文针对区域综合交通网络的布局规划方法、布局优化模型和决策方法进行研究。首先对综合交通运输系统的网络构成进行分析,对各种运输方式的特点、综合交通网络规划在空间层次上的划分、区域与城市综合交通规划的区别及区域交通网络布局模式的选择进行分析论述,并进一步明确了区域综合交通网络布局规划的内容和原则。在综合交通网络规划中,对区域运输集散节点进行分析是交通网络布局优化的前提。针对网络布局中的基础控制节点的选取原则及节点重要度指标的计算进行分析,并应用蚁群聚类方法对节点进行层次划分,作为交通网络布局的基础。其次在对区域综合交通网络布局的影响因素和网络演化过程分析的基础上,研究了综合交通网络的布局方法和流程。综合交通网络的布局是在获得交通需求的条件下对各交通方式网络的建构,不同的网络布局应反馈需求及方式选择的变化,因此网络布局是一个不断反复调整完善的过程。考虑区域交通满足中长距离的出行和运输需求,构建了以各交通方式的中长距离运输时间周转量最少为目标函数的双层规划模型,以及考虑区域内交通港站枢纽可达性要求的目标模型。对交通网络的生成方法进行了研究,以路段的连线重要度作为基础启发式条件,设计并实现了基于蚁群搜索的交通网络布局算法,搜索中节点选择概率不仅考虑邻近节点的信息素和时间距离同时也加入了终点的引导,并结合算例说明了方法的应用。在现有网络连通性计算方法的基础上,提出考虑节点之间连接的重要性不同作为节点及网络可靠连接的影响因素对交通网络布局进行优化。以网络加权连通度为目标,并考虑连接效率及连线成本等,构建多目标规划模型,比较随机产生的满足连线要求的布局方案的目标函数值确定较优方案,以区分不同节点之间对网络可靠连接的不同要求,使网络布局结构更加完善合理。同时,为了评判网络的连通性,针对由各种交通方式的线路组成的综合网络结构具有复合图的特征,应用生成树的理论对综合交通网络的连通性进行分析。提出了边影响度的计算模型,用删除边后生成树的数量变化并考虑线路的能力和实际负荷以及功能地位来评价各条边对网络连通的影响。接着在构建综合交通网络布局的技术评价指标体系的基础上,针对综合交通网络评价指标权重及属性值具有主观性和随机性的特点,提出了基于Monte Carlo随机模拟的交通网络群体随机决策方法,设计了算法流程。仿真生成满足集结的多个专家对指标重要性偏好排序统计分布的权重,同时考虑交通需求的不确定性对指标值的影响,结合客观熵权计算方案的综合评价值,由多次模拟得到的排序优势度确定方案的优劣差异,可以反映不确定性因素对评价排序结果的影响。通过算例说明了方法应用的有效性,评价中考虑了主客观因素及随机性特征,可以为网络布局提供科学决策参考。在分析综合交通网络布局规划基本过程和特点的基础上,提出构建区域综合交通网络布局智能群决策支持系统(IGDSS)辅助布局决策。根据系统功能和设计的要求,研究了系统的总体结构和组成,并对系统的数据库、模型库、方法库和知识库的构成及各子系统模块的设计进行了分析。最后对南充市域的节点的选择及综合交通网络布局进行了分析。论文研究的布局方法和模型,以及布局方案的评价决策方法,可以为区域综合交通网络的布局提供理论支撑和科学决策依据,同时也可以为综合交通网络布局智能群决策支持系统的构建和实现提供模型和方法基础。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U113
【图文】：

演化过程,高速铁路网,综合交通枢纽,高速公路网

线及通道形成，逐步形成综合交通网络，城市群也逐步发展起来；不同方式间网络的协逡逑调增加，形成综合交通枢纽，高速公路网、高速铁路网、航空网规模逐渐扩大，综合交逡逑通网络逐步完善和优化，见图３－３。逡逑Ｉ邋１＾＾逡逑（２）０￣０￣０—０￣０￣（２）逦￣０￣００￣０￣Ｑ逦￣０￣００￣Ｏ—（Ｊ邋（＾ｙ—Ｃ—Ｃ￣ｃ￣Ｏ—Ｃ＞—（Ｑｒ逡逑（ａ）逦（ｂ）逦（Ｃ）逦（ｄ）逡逑图３－３综合交通网络演化过程逡逑

交通方式结构,交通需求,交通空间,交通量

观与微观结合起来。逡逑交通需求是区域社会经济活动和发展的反映，可以说交通网络及设施的布局实质上逡逑是从需求到网络的映射，即从需求网到物理网的映射，如图３４所示。逡逑ｆ．．Ｇｄ＝（Ｖ，Ｅｄ，Ｔ邋＝邋（Ｔ”Ｕ邋—邋Ｇ？＝邋（Ｖ，邋Ｅ？，Ａ邋＝邋）逦（３－１）逡逑式中：ｒ为需求ＯＤ矩阵；ｊ为表示网络连接的邻接矩阵，包含各种运输方式的网络。逡逑／0逡逑／邋／４ｓ各网邋Ｃ邋、－）邋／＿，逡逑／ｔＳＷ逡逑ｊＴ、逦／邋Ａ路丨本丫逦／逦—逦７逡逑ｒ邋Ｉ逡逑需求网络逦＼＼邋Ｌ．一＾邋？邋￣邋／逦综合交通网络逡逑＼邋－次－力逡逑＼邋）〔）１—＾逡逑分方式交通网络逡逑图３＂４需求网到交通物理网的映射逡逑交通需求包括交通量的需求、交通方式结构的需求和交通空间分布的需求。交通量逡逑的需求就是区域中的交通产生量和交通吸引量，包括客货运量以及由交通工具形成的交逡逑通量；交通方式结构的需求就是区域中的运输需求所选择的不同交通运输方式的比例；逡逑交通空间分布的需求就是在交通网络上的各条线路所承担的交通运输量大小和方向。针逡逑对区域交通网络还应重视区域对外及过境交通的需求，因区域并不是一个封闭的系统，逡逑不仪有内部的交通需求还需要有对外的物质、信息交流。区域在更大范围中的区位特征逡逑以及与周边区域的经济联系都对网络的形成有很重要的影响。交通需求网络代表了节点逡逑之间的交通联系，是一种逻辑连接，它的网络结构表现为完全图的形式。而由需求网络逡逑转换成由各种交通运输方式的线路、车站等组成的实体网络后，成为节点间可视的空间逡逑物理连接

示意图,搜索过程,具体算法,连线

并增加该路径上的所有路段的信息素。多个妈蚁反复在起点和终点间经过的逡逑路段留下信息素，最后选择信息素足够多的路段设置连线。经过多次迭代，计算比较目逡逑标函数值，确定网络布局结果。搜索过程如图３４所示，圆圈中的数字表示节点的编号。逡逑１逦２逦ｎ－ｌ逦ｎ逡逑一０邋？？？邋０邋０逡逑？邋？邋／邋？逡逑０邋Ｏ邋＂Ｇ／邋Ｏ逡逑图３＞４节点连线搜索过程示意图逡逑具体算法步骤如下：逡逑（１）循环次数ｈＯ，输入节点重要度Ｚ、节点间的距离Ｌ、路段运行时间／、０Ｄ矩逡逑

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