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不确定环境下城市交通中车辆路径选择的研究
西南交通大学博士研究生学位论文第页
摘要
伴着信息时代的到来,市场竞争更加剧烈,时间价值也日益提升。准时服务
已经成为现代企业角逐市场的重要手段,体现着企业的服务水平,标志着企业的
市场竞争能力。但同时,实现准时服务的城市交通环境却是不确定的:时变的交
通流量,偶发的交通事故,突发的交通拥挤,导致了车辆在路段上随机的旅行时
问。在多起点、多迄点的不确定城市交通环境中,某一起、迄点对之间只存在随
机最优路径,不同行为主体在选择随机最优路径时会表现不同的行为特征,出行
者的择路行为包括路径选择和出行时间选择会随着出行目的、约束时间、出
行者的经验、对路网络的熟悉程度以及旅行时间的不确定程度而变化。作为实现
交通出行合理化的重要内容和手段,研究不确定环境下车辆择路行为有助于减少
城市交通拥挤,节约社会能源,保护城市环境,犟氐出行成本,提高运作效率,
全面提高城市交通出行的满意度。由于车辆随机路径问题将运筹学理论与生产实
践紧密地结合在一起,近几十年取得了很多成果,但到目前为止,将车辆随机路
径选择问题与不确定环境下人们的决策行为相结合的研究仍然很少,许多不尽人
意的地方有待于进一步完善和改进。本文较深入地研究了不确定环境下的一系列
车辆路径选择行为问题。
论文的主要研究内容如下:
第章,在对大量相关文献进行总结提炼的基础上,分别回顾了国内、外对
车辆路径选择行为问题的研究成果,并指出了已有车辆路径选择行为问题研究中
存在的不足和潜在的研究领域。
第章,基于出行成本最小化的假设,根据不确定环境中人们出行时的路径
选择行为过程,建立了对间任意中间节点至迄点的理想阻抗的动态用户最优
分配的变分不等式模型,给出了求解该问题的嵌套对角化算法。对理想阻抗与瞬
时阻抗的动态用户最优分配模型进行了比较:在理想动态用户最优状态下,同一
对间同时出发、选择不同路径的出行者,其旅行时间相等而且最小。在瞬时
动态用户最优状态下,同一对间同时出发、选择不同路径的出行者,其旅行
时问可能不同。并用一个数值算例比较了这两类模型的差别。
第章,随机、时变的交通流分布,偶发的交通事故等因素导致了路径随机
的车辆旅行时间,也决定了现实城市交通网络中只存在随机最短路。这使得人们
的决策行为变得极其复杂而无法找到最优路径。实证研究发现:人们在城市交通
中的车辆择路行为符合展望理论提出的人们在不确定环境下的决策行为特征:①
参考点依赖原则;②损失规避原则对损失的规避程度大于对同等收益量的追求第页
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呈度;⑧收益时规避风险,损失时追求风险;④边际效用递减原则。人们的择
路行为并非力求成本最小化,而是依赖出行情景:随出行目的、约束时间、对路
径的熟悉程度以及路径的不确定程度而变化。
第章,城市交通中人们经常会遇到随机旅行时问问题,如现实中的交通堵
塞现象,从而导致车辆路径选择的相应改变。在考虑堵塞点依次遇到、堵塞时间
为随机变量的情况下,建立了统计意义上的最小费用路径模型,提出了以车辆所
遇堵塞点为新起点的策略,以及基于决策者判断的心理系数修工方法,并应用算
例对所提策略和方法的有效性进行了说明。
第章,基于有限理性的思想,阐述了给定时间约束下城市交通车辆模糊路
径的柔胜选择策略,通过引入决策者主观偏好的概念,利用机会约束规划的方法
构建了该问题的数学模型,给出了求解该问题的一种启发式算法。以最小化剩余
旅行距离为目标,用随机模拟方法研究了决策者主观偏好值对最终目标的影
响。算例结果表明,约束时间一定时在特定路网中有最优的值。
第章,以交通管治下的约束路网为研究对象,在已知路段旅行时间分布函
数的条件下,讨论了随机时变的城市交通网络中给定时间约束的车辆出行时间及
路径优化问题。由于路段旅行时问分布函数受路段到达时间的影响,提出了基于
旅行实现隋况、以车辆所到节点为新起点的适时选择车辆最优路径的策略,构建
了该问题的数学模型,设计了基于随机模拟获得适变度的遗传算法,并应用算例
验证了所提策略和算法的有效性。
第章,旅行费用与时间是人们出行选择路径时考虑的重要因素。本文将广
泛用于工程项目工期预测的图示评审技术Ⅱ玎用来预测车辆旅行时间及其
可靠性,讨论了车辆随机路径旅行费用与距离、时间之间的函数关系,在假定旅
行费用与距离、时间正相关的条件下,依据矩母函数和公式,给出车辆
随机路径选择的算法,并给出了该算法的一个应用实例。该方法可方便
地求解路段旅行时间分布函数和拥堵延迟时间分布函数为不同分布的独立随变
量的车辆随机路径问题。
结论部分指出论文的主要创新之处,并对未来研究加以展望。
关键