[發明專利]基于用戶效用最大化的交通網絡設計方法

有效

• 申請號: 201910771290.2
• 申請日: 2019-08-20
• 公開（公告）號: CN110472353B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 林宏志;尹璐
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06Q10/047;G06Q50/30;G06F8/10;G06F8/61
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本發明提出了一種基于用戶效用最大化的交通網絡設計方法。從算法上，這是一個雙層模型，其上層用于實現給定投資預算下的網絡用戶效用最大化，下層是Nested?Logit模型和用戶均衡模型之間的反饋過程。由于出行需求預測采用了離散選擇模型，這也使得可以對網絡用戶的效用進行測度。然而，雙層模型的求解非常具有挑戰性，傳統的優化算法難以獲得全局最優解，本軟件設計了一種模擬退火算法來尋找最優解。從開發語言上，R語言開源免費，矩陣語言算法效率高，使得本軟件易于為科研人員和業界使用。仿真研究表明，本發明可以有效找到給定投資預算下網絡用戶效用最大的交通網絡設計。

技術領域：

本發明提出了一種基于用戶效用最大化的交通網絡設計方法，屬于交通工程技術領域。

背景技術：

以用戶為中心的移動服務是未來新興的移動服務之一。與傳統的以車輛為中心的移動服務不同，其主張以提升用戶體驗為中心的移動解決方案。雖然有很多方法可以測度用戶體驗，但用戶效用是最常見的指標。

消費者剩余在彈性出行需求的交通網絡設計中得到了廣泛應用。Yang和Bell^[1]將消費者剩余作為路網設計的目標函數。從那時起，這一測量方法就被廣泛使用了。Yang和Meng^[2]提出了一個雙層規劃模型來確定新建道路的最佳通行能力和通行費，從而最大限度地增加消費者剩余和生產者剩余。Szeto和Lo^[3，4]比較了三種不同的政府路網設計策略，其中網絡效益是以消費者剩余的折現總量來衡量的。Chen等^[5]提出一種遺傳算法來解決需求不確定時的建設-運營-移交(BOT)網絡設計問題，其中政府的目標是最大化期望消費者剩余，并盡量減少其方差。Ukkusuri和Patil^[6]考慮到需求的不確定性和彈性，建立了網絡設計問題的消費者剩余最大化模型。Jiang和Szeto^[7]認為決策者在時變交通網絡設計時旨在增加消費者剩余及降低健康成本。Zhang等^[8]針對路網設計問題提出了一種雙層規劃模型，其上層用于實現消費者剩余最大化，而下層則采用了彈性需求隨機用戶均衡。

用戶效用基于個人對產品或服務的感受。通常，期望最大效用(logsum)是衡量Logit選擇模型中消費者效用的指標。盡管交通運輸中經常使用離散選擇模型，但項目評估中卻很少使用logsum^[9]。Dong等^[10]建議用以效用為基礎的消費者效用來替代傳統的消費者剩余。Bhandari等^[11]在德里引入地鐵系統時，使用logsum來估算換乘者的效用。Geurs等^[12]將期望最大效用作為交通用戶利益的精確衡量標準。Tillema等^[13]建議從基于logsum的消費者效用角度評估城市擁擠收費的影響。Nahmias-Biran和Shiftan^[14]建議可將logsum作為交通項目評價中用戶效用的衡量指標。此外，還應考慮公平性，從而更合理地分配資源。Van?Wee^[15]論述了logsum方法的利弊，并希望有更多對此問題的研究工作，特別是針對公平性和社會排斥問題的研究。Javanmardi等^[16]研究了在目標函數中引入效用函數的服務網絡設計問題。

參考文獻：

[1]Yang，H.，Bell，M.G.H.(1998)Models?and?algorithms?for?road?networkdesign：a?review?and?some?new?developments[J].Transport?Reviews?18，257-278.

[2]Yang，H.，Meng，Q.(2000)Highway?pricing?and?capacity?choice?in?a?roadnetwork?under?a?build-operate-transfer?scheme[J].Transp.Res.Pt.A-PolicyPract.34，207-222.