[發明專利]基于數據包絡分析的路網交通改善方案效率評估方法

有效

• 申請號: 201310579590.3
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103606266A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 龍科軍;徐珍明;曹倩霞;趙文秀;弓晉麗;周葵;肖向良;段熙;熊春龍
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學;廣州市公路管理局工程研究所
• 主分類號: G08G1/00
• 分類號: G08G1/00;G06Q50/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 黃美成

1.一種基于數據包絡分析的路網交通改善方案效率評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：量化和獲取評估指標，并形成初步的路網改善備選方案；

步驟2：對路網改善備選方案進行遴選，即基于數據包絡分析對路網改善備選方案有效性排序，得到最優的路網改善方案；

所述的步驟1中涉及的評估指標如下：

(1)路網密度X₅：研究區域內所有道路總長度與區域面積之比，單位為km／km²；

(2)路網級配水平X₁：為各等級道路等級指數與長度的加權平均值；l₁為快速路長度，l2為主干道長度，l3為次干道長度，l4為支路長度；

(3)非直線系數X₂：γ_ij為路網中i，j兩節點間的非直線系數，其值為兩點間實際路段長度與直線距離之比；N為道路網節點數量；

(4)路網可達性指數X₃：m為交通小區總數；L_i為交通小區i內的道路總長(km)；d_ik為交通小區i中心距離k方向干道的最短路徑長度(km)；

(5)路網連通度指數X₄：N為路網節點總數；m_i為與節點i相接的邊數；M為路網中路段總條數；

(6)路網OD需求總量X₆：O是指出行起點，D是指出行訖點。OD需求是指起訖點之間的需求；

(7)路網平均飽和度y₁：所有道路飽和度平均值；

(8)路網運輸效率指數y₂：

y₂＝E^k／E⁰，其中E⁰為現狀路網運輸效率，E^k為路網改善方案k的路網運輸效率，

“路網運輸效率”m為路段總條數，q_i為路段i的交通量，L_i為路段i的長度，v_i為路段i的平均行程車速；

(9)路網擁堵指數y₃：其中q_i為路段i的交通量，為該路段的平均行程時間，Ci為該路段的設計通行能力，t_j為現狀該路段擁堵時的行程時間，L_i為第i路段的長度，L_all為路網中所有路段的總長度，M為路網的路段總數。

2.根據權利要求1所述的基于數據包絡分析的路網交通改善方案效率評估方法，其特征在于，步驟2包括以下步驟：

(1)構建模型：

采用帶有非阿基米德無窮小量ε的對偶規劃模型，該模型的規劃方程為：

min[θ-ϵ(e^Ts-+eTs+)]=VDϵ]]>

s.t.Σj=1nλjxj+s-=θx0]]>

Σj=1nλjyj-s+=y0]]>

λ_j≥0，j=1，2，…n

θ無約束，s⁺≥0，s^-≥0；j表示決策單元的序號；

式中，θ為當前改善方案(決策單元)基于理想決策單元的相對效率指數，為元素均為1的m維向量，e^T=(1，1，1…1)是元素均為1的s維向量，s為每個單元輸出量的個數；為m項輸入的剩余變量，為s項輸出的松弛變量；

λ_j表示DEA方法中C²R模型的變形——帶有非阿基米德無窮小量ε的對偶規劃模型的模型最優解；將該模型求解，得出模型最優解λ_j；

輸出的是s，即：每個單元有m個輸入和s個輸出，n是指決策單元的個數；

(2)路網改善方案DEA有效性的判斷

求解所述規劃方程，得到最優解θ⁰s⁺，s^-，λ⁰；

若θ⁰<1，則該路網方案為DEA無效；若θ⁰=1，則該方案為DEA弱有效；若θ⁰=1，且s⁺=s^-=0，則該方案為DEA有效；

(3)路網改善方案有效性排序；

針對DEA無效方案和有效方案，分別給出排序方法：2種方法排序后，最后2種方法的排序結果進行統一，無效的放在有效之后，無效的順序就是按照相對效率值的大小進行排序的；

(a)針對DEA無效的路網改善方案，根據其相對效率值θ⁰進行排序；

(b)針對DEA有效的路網改善方案，采用理想決策單元法來排序，包括以下步驟：

①構造理想決策單元，取DEA有效決策單元的各輸入最小值x^k_min和各輸出最大值y^r_max，組成新的決策單元DUM^*；

②將此DUM^*與DEA有效的DMU組成新的決策單元集，建立新的線性DEA模型如下式，以確定DUM^*的公共權系數

maxΣr=1sμryrmaxs.t.Σi=1mωixij-Σr=1sμryrj≥0,(1≤j≤n)s.t.Σi=1mωiximin-Σr=1sμryrmax≥0s.t.Σi=1mωiximin=1ωi≥ϵ,(1≤i≤m)μr≥ϵ,(1≤r≤s)---(6)]]>

X_ij，y_ij分別表示的是投入或者產出指標向量中的某一個；

投入向量是指m個輸入指標：路網級配水平、非直線系數、路網可達性指數、路網連通度指數、路網密度；

產出向量是指s個輸出指標：路網平均飽和度、路網運行效率指數、路網OD需求總量、路網擁堵指數；

ω_i表示某一個特定投入變量i的權重值；μ_r表示某一個產出變量j的權重值；

y^r_max表示有效決策單元各輸出最大值；

總共有n個決策單元，每一個單元有m個輸入指標，有s個輸出指標；

③求解上式，得到模型最優解ω^*，μ^*；

④依據排序效率指數公式hj*=Σr=1su*yrj/Σi=1mv*xij=Σr=1sμ*yrj/Σi=1mω*xij,]]>得到各決策單元的相對有效性排序結果。