[发明专利]一种多目标均衡网络连续优化问题的计算方法

说明书

本发明提供一种多目标均衡网络连续优化问题的计算方法，目前交通网络设计模型的建立通常围绕单一控制目标开展，如以降低总的出行成本为目标，很难对多目标进行权衡并优化。但越来越多的目标需要考量，如网络出行时间最小化，出行距离最小化，建设成本最小化，最优网络拓展等，目标函数的多样性也增加了问题的复杂度。本发明的目的解决多目标的均衡交通网络设计问题，基于参数法的启发式计算方法，类似于使用“分而治之”的策略来在解空间内确定所有的帕累托解。本发明针对连续型变量，得到连续的帕累托解，对交通网络多目标进行权衡并优化，弥补了单一目标的不足，实现多目标的效益最大化。

技术领域

本发明属于交通网络技术领域，具体涉及一种多目标均衡网络连续优化问题的计算方法。

背景技术

网络设计问题属于重要的工程优化问题，包括交通网络设计，物流网络设计，通信网络设计等。目前大多数城市越来越重视交通拥堵问题,不断加大交通设施的投资力度,通过新建道路、改建或拓展旧有道路、修建立交桥等措施来改善交通状况,城市的开发与建设对城市基础设施提出了更高的要求，同时使资金使用效率问题与投资的合理分配问题日益突出。面对城市交通基础设施建设不足与资金短缺的压力，交通规划者与交通管理者的当务之急就是从城市交通具体情况出发，提出科学的、系统的、最优化的交通投资建设方案，通过这些合理的城市交通投资分配方案促进城市交通状况的改善并提高运输效率。

目前交通网络设计模型的建立通常围绕单一控制目标开展，如以降低总的出行成本为目标，很难对多目标进行权衡并优化，但是随着发展方式转变，越来越多的标准需要纳入考量，通常这些目标包括但不局限于：网络出行时间最小化，出行距离最小化，建设成本最小化，或是确定最优网络拓展政策等，目标函数的多样性也增加了问题的复杂度。

在工程实践中，连续型道路交通网络设计问题具有广泛的应用价值。连续网络设计问题通常指在给定的投资预算下，通过改善交通网络上的已有路段通行能力(如拓宽道路)，使其满足某种均衡条件，从而使系统总阻抗或者其它的一些性能指标达到最优。本专利针对道路交通连续网络设计问题，提出一种均等多目标的模型构建方法，并使用参数化启发式方法求解得到帕累托最优解集(Pareto-optimal solution set)，提高计算效率的同时保障了解的精确度，对交通网络多目标进行权衡并优化。

发明内容

本发明的目的是高效准确的求解多目标的连续型道路交通网络设计问题。目标函数的参数化是计算方法的核心，相当于处理一系列单目标问题。基于参数法的启发式计算方法，使用“分而治之”的策略在解空间计算得出所有的帕累托解。不同于其他计算方法，该启发式算法能够通过反复迭代得到较为完整的帕累托解集。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多目标均衡网络连续优化问题的计算方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：交通网络优化目标函数确定,所述目标是多目标，目标函数的个数大于或等于两个，每两个目标函数之间是非线性关系，目标函数间呈独立关系不可相互间转化；

步骤2：网络优化模型构建，确定目标后，构建目标函数和约束条件，双目标双层网络设计问题的模型如下所示：

其中，A为路段集合，R为初始点集合，S为终点集合，P_rs为连接初始点r和终点s的路径，V为用户均衡的路段流量集合，v为用户均衡的路段流量，x为多维目标函数变量，v_a为在路段a上的交通流量，x_a为路段a的网络拓展政策，c_a为路段a的容量、是关于x_a的函数，t_a是路段a的通行时间、是关于x_a和c_a的函数，γ为时间价值，为路段-路径指示参数，如果路段是在连接初始点r和终点s的路径p上，则否则，为连接初始点r和终点s的路径p的交通流率，q_rs为起讫点对之间的需求流量；