隨機環(huán)境下的地鐵換乘問題兩階段優(yōu)化模型.pdf

1、公共交通是維系城市交通系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的重要部分，是城市可持續(xù)發(fā)展的重要保障。在許多發(fā)達城市，地鐵作為日常公共交通出行的主要載體，正承擔著越來越多的客運任務。隨著城市的迅速擴張與發(fā)展，為滿足人們?nèi)找嬖鲩L的交通需要，地鐵網(wǎng)絡的規(guī)模也在不斷增大。網(wǎng)絡線路的增加、換乘站數(shù)量的增多以及網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的復雜使得出行者在出行時的可選換乘方案也存在多樣性。為節(jié)省出行時間、提高出行效率，如何在出行前選擇魯棒、快速的換乘方案已逐漸成為人們關注的重要問題。本文以地鐵

2、網(wǎng)絡中的換乘問題為研究對象，分別在靜態(tài)和動態(tài)隨機環(huán)境中探討如何獲得能夠節(jié)省出行時間的魯棒換乘方案。具體的，利用基于場景的路段通行時間與換乘時間表示現(xiàn)實網(wǎng)絡的不確定性，以最小期望出行時間和換乘懲罰為目標函數(shù)，分別建立靜態(tài)隨機環(huán)境和動態(tài)隨機環(huán)境下的地鐵換乘問題兩階段整數(shù)規(guī)劃模型。在實際應用過程中，魯棒換乘方案將作為出行前的決策指導，而具體出行路徑則由出行者根據(jù)當前網(wǎng)絡狀態(tài)自適應地進行選擇。最后，將標號修正算法嵌入到分支定界算法的框架中設計啟

3、發(fā)式算法求解模型的近似最優(yōu)解。并以北京地鐵網(wǎng)絡為背景，設計數(shù)值算例，驗證了模型與算法的有效性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分析地鐵出行過程中路段通行時間和換乘時間的不確定性，采用基于場景的隨機數(shù)據(jù)表示路段通行時間及換乘時間的隨機性。利用換乘活動網(wǎng)絡與實際網(wǎng)絡分別對應模型的兩個階段，模型第一階段在換乘活動網(wǎng)絡中找到能夠連接起點與終點的換乘節(jié)點序列;模型第二階段生成通過固定換乘節(jié)點的場景最短路徑對第一階段的換乘方案進行評價。最后，以最

4、小期望出行時間和換乘懲罰為目標函數(shù)，建立靜態(tài)隨機環(huán)境下地鐵最優(yōu)換乘點選擇問題的兩階段優(yōu)化模型，并詳細分析模型的復雜性。⑵將不同場景下的路段通行時間和換乘時間處理為時間相關的離散隨機變量，并利用時空網(wǎng)絡詳細分析網(wǎng)絡動態(tài)性對出行時間的影響。依然采用兩階段決策過程，以最小期望出行時間和換乘懲罰為目標，利用生成的場景最短路徑信息評價不同的換乘方案，建立動態(tài)隨機環(huán)境下的地鐵換乘問題兩階段模型。⑶針對網(wǎng)絡模型的復雜性，將標號修正算法嵌入到分支定界算

5、法的框架之中，設計分支定界與標號修正相結(jié)合的啟發(fā)式算法。利用標號修正算法生成的場景最短路徑信息實現(xiàn)搜索樹的分支過程，縮小搜索范圍，找到可行的換乘節(jié)點序列。同時，不斷更新搜索樹的全局上界與全局下界，直到找到近似最優(yōu)解。本文對算法的分支、定界及剪支過程做了詳細描述，并對算法流程進行了說明。⑷設計小規(guī)模網(wǎng)絡算例詳細說明算法的求解過程。以北京地鐵網(wǎng)絡作為大規(guī)模網(wǎng)絡算例的背景，設計數(shù)值實驗對算法的求解速度、算法解的質(zhì)量以及算法的魯棒性等性質(zhì)進行分