[發明專利]一種多目標均衡網絡連續優化問題的計算方法

有效

• 申請號: 201710656623.8
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107451363B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 謝馳;米陽;劉海洋
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

本發明提供一種多目標均衡網絡連續優化問題的計算方法，目前交通網絡設計模型的建立通常圍繞單一控制目標開展，如以降低總的出行成本為目標，很難對多目標進行權衡并優化。但越來越多的目標需要考量，如網絡出行時間最小化，出行距離最小化，建設成本最小化，最優網絡拓展等，目標函數的多樣性也增加了問題的復雜度。本發明的目的解決多目標的均衡交通網絡設計問題，基于參數法的啟發式計算方法，類似于使用“分而治之”的策略來在解空間內確定所有的帕累托解。本發明針對連續型變量，得到連續的帕累托解，對交通網絡多目標進行權衡并優化，彌補了單一目標的不足，實現多目標的效益最大化。

技術領域

本發明屬于交通網絡技術領域，具體涉及一種多目標均衡網絡連續優化問題的計算方法。

背景技術

網絡設計問題屬于重要的工程優化問題，包括交通網絡設計，物流網絡設計，通信網絡設計等。目前大多數城市越來越重視交通擁堵問題,不斷加大交通設施的投資力度,通過新建道路、改建或拓展舊有道路、修建立交橋等措施來改善交通狀況,城市的開發與建設對城市基礎設施提出了更高的要求，同時使資金使用效率問題與投資的合理分配問題日益突出。面對城市交通基礎設施建設不足與資金短缺的壓力，交通規劃者與交通管理者的當務之急就是從城市交通具體情況出發，提出科學的、系統的、最優化的交通投資建設方案，通過這些合理的城市交通投資分配方案促進城市交通狀況的改善并提高運輸效率。

目前交通網絡設計模型的建立通常圍繞單一控制目標開展，如以降低總的出行成本為目標，很難對多目標進行權衡并優化，但是隨著發展方式轉變，越來越多的標準需要納入考量，通常這些目標包括但不局限于：網絡出行時間最小化，出行距離最小化，建設成本最小化，或是確定最優網絡拓展政策等，目標函數的多樣性也增加了問題的復雜度。

在工程實踐中，連續型道路交通網絡設計問題具有廣泛的應用價值。連續網絡設計問題通常指在給定的投資預算下，通過改善交通網絡上的已有路段通行能力(如拓寬道路)，使其滿足某種均衡條件，從而使系統總阻抗或者其它的一些性能指標達到最優。本專利針對道路交通連續網絡設計問題，提出一種均等多目標的模型構建方法，并使用參數化啟發式方法求解得到帕累托最優解集(Pareto-optimal solution set)，提高計算效率的同時保障了解的精確度，對交通網絡多目標進行權衡并優化。

發明內容

本發明的目的是高效準確的求解多目標的連續型道路交通網絡設計問題。目標函數的參數化是計算方法的核心，相當于處理一系列單目標問題。基于參數法的啟發式計算方法，使用“分而治之”的策略在解空間計算得出所有的帕累托解。不同于其他計算方法，該啟發式算法能夠通過反復迭代得到較為完整的帕累托解集。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種多目標均衡網絡連續優化問題的計算方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：交通網絡優化目標函數確定,所述目標是多目標，目標函數的個數大于或等于兩個，每兩個目標函數之間是非線性關系，目標函數間呈獨立關系不可相互間轉化；

步驟2：網絡優化模型構建，確定目標后，構建目標函數和約束條件，雙目標雙層網絡設計問題的模型如下所示：

其中，A為路段集合，R為初始點集合，S為終點集合，P_rs為連接初始點r和終點s的路徑，V為用戶均衡的路段流量集合，v為用戶均衡的路段流量，x為多維目標函數變量，v_a為在路段a上的交通流量，x_a為路段a的網絡拓展政策，c_a為路段a的容量、是關于x_a的函數，t_a是路段a的通行時間、是關于x_a和c_a的函數，γ為時間價值，為路段-路徑指示參數，如果路段是在連接初始點r和終點s的路徑p上，則否則，為連接初始點r和終點s的路徑p的交通流率，q_rs為起訖點對之間的需求流量；