基于鲁棒优化的城市交通网络设计模型与算法研究

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1、多臻交万方数据博士学位论文基于鲁棒优化的城市交通网络设计模型与算法研究StudiesonModelsandAlgorithmsofNetworkDesignProblemBasedonRobustOptimizationApproach作者：孙华导师：高自友北京交通大学2014年6月万方数据学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的

2、兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名签字日期：0、ol叩年6月———、导师签智『一2．t．'E，‘—。签字日期：沪‘尸年石月弓口日平归，¨)厂、万方数据学校代码：10004密级：公开北京交通大学博士学位论文基于鲁棒优化的城市交通网络设计模型与算法研究StudiesontheModelsandAlgorithmsofNetworkDesignProblembasedonRobustOptimizationApproach作者姓名：孙华学号：07114208导师姓名：高自友职称：教授学位类别：理学学位级别：博士学科专业：系统分

3、析与集成研究方向：城市交通网络设计北京交通大学2014年6月万方数据致谢本论文是在尊敬的导师高自友教授的悉心指导下完成的。从论文的选题、撰写、修改到最后定稿，高教授都给予了我很大的帮助。自我2007年博士研究生入学以来，高教授不仅在实际的科研、学习中给予我严格的教导，而且在日常生活上给予我很多的关心和照顾。导师正直、严谨的治学态度、开阔的思路、敏捷的思维、诲人不倦的精神以及对科学的献身精神将使我受益颇多，并激励、指引我在以后的工作中进取。在此，谨向敬爱的高老师表示衷心的感谢!感谢北京交通大学交通运输学院的各位老师对本人学术上的指导以及北京交通大学研究生院老师的关心和帮助。感谢同一实

4、验室的朝夕相处的师兄弟姐妹们在科研和生活中给予我关心和帮助。感谢各位专家学者在论文评审过程中所提出的批评和指正意见。感谢所有帮助过我的同学和老师。感谢论文中参考文献中作者们，他们的卓越工作是本论文研究的基础。在本论文的完成过程中，研究工作分别得到了973计划项目“大城市交通拥堵瓶颈的基础科学问题研究”(2006cB705500)和“大城市综合交通系统的基础理论与实证研究”(2012cB725400)，国家自然科学基金(71131001，70871009，70901007，70801004，71001005)的资助，在此一并表示感谢。最后，感谢父母给予我的关爱、鼓励和一贯支持。111

5、万方数据jl堑要摘要城市交通网络设计问题是城市综合规划的核心问题，也是关系到城市经济长期、快速、和谐和稳定发展的基本问题。当前，随着城市的高速发展，城市交通拥堵现象日益严重，交通供需矛盾日益突出，缓解和预防交通拥堵已经成为城市发展当务之急。另一方面，城市交通网络中存在着大量的不确定因素，如果在交通网络设计中忽视这些不确定性因素，可能会导致交通网络更加严重的拥堵。因此，不确定的交通网络设计问题的研究是必不可少的。当前，不确定城市交通网络设计的研究方法主要有随机规划和鲁棒优化两种，其中随机规划的方法需要事先假定不确定参数满足某种概率分布。然而，在现实中，由于缺少大量数据去校准这种概率分

6、布，这种假定的概率分布可能不能用。而鲁棒优化的方法则不需要事先假定不确定参数满足某种概率分布。因此，应用鲁棒优化的方法研究不确定交通网络设计问题具有更加实际的意义。本论文基于鲁棒优化的方法，研究不确定的城市交通网络设计问题，探讨不确定交通网络设计问题的建模和求解算法。具体来讲，本论文研究工作主要有以下几个方面：(1)运用鲁棒非线性优化方法研究了基于用户均衡下不确定需求的连续交通网络设计问题，其中不确定需求属于一个椭球集合。通过运用鲁棒优化的思想和灵敏度分析的方法，我们将连续交通网络设计问题的鲁棒对应(RobustCounterpart，RC)模型转化为一系列带互补约束的数学规划问题

7、(MathematicalProgrammswithComplementarityProblem，MPCC)，并运用一种松弛算法求解这一系列的MPCC。另外，我们将它和Yin和Lawphongpanich[11提出的鲁棒对应模型进行了比较。数值实验的结果表明，我们提出的鲁棒对应模型比Yin和Lawphongpanich[1]的鲁棒对应模型更加灵活，没那么保守。(2)探讨了不确定需求下的鲁棒可靠性用户均衡模型，其中模型并不要求知道不确定需求的准确的概率分布，而仅需知道它