[发明专利]一种双目标交通网络规划模型优化计算方法

说明书

技术领域

本发明属于交通规划技术领域，特别涉及一种双目标交通网络规划模型优化计算方法。

背景技术

中国城市交通网络体系建设近年来取得举世瞩目的成就，使得过去长期制约我国国民经济发展瓶颈的城市交通运输得到有效缓解。但随着我国国民经济水平的提高，城市化进程的加快，居民私家车数量的增加，城市交通日趋紧张，道路堵车现象严重，实现城市道路网络可持续发展、规划建设，优化现有交通网络，实现持续支撑社会经济和城市发展是未来中国城市道路的必然方向。

一般而言，交通网络规划模型的建立通常是以降低总的出行成本为目标，但是随着发展方式转变，越来越多的标准需要纳入考量，例如能源消耗的最小化，出行可达性最大化，绕行成本的最小化等等，这就出现了双目标，甚至多目标规划问题。针对双目标模型，由于是权衡两个目标函数之间的关系，因此更具有现实意义。

在交通网络规划模型预算中，规划模型和固定成本规划模型在反映问题多层面的属性和完整性评估方面都有缺陷，预算规划模型依赖于目标问题的预算上界，则会遗漏一些具有吸引力的解决方案。如果无法预先知道出行成本和预算的关系，规划就很难准确确定预算上界。另一方面，固定成本模型只有在目标间的可比性是确定时才有效，因此会限制模型的应用范围。即使可比性可以实现，可比性系数也通常是变量或是不确定的。

发明内容

本发明提供的双目标交通网络规划模型优化计算方法中提出的双目标网络规划模型能够规避预算规划模型和固定成本模型的缺陷，是一种更可靠的模型。

本发明的关键是建立标量化问题最优解集和初始双目标问题非劣解集之间的内在联系，寻找确定帕累托解(Pareto-optimal solutions)的顺序和方法。本发明针对双目标优化问题提出二分解决框架，在解决离散最优问题的过程中，构造单目标函数，将原问题转化为求解参数标量化的最优问题。

本发明的计算目的，就是确定所有的帕累托解。由于该解是由两个坐标组成，因此没有所谓最优解，而是较优解(非劣解)。因此，需要寻找能有效解出所有非劣解的办法，从而在一定程度上实现网络规划的最优化。

本发明采用二分解决计算方法来解决双目标网络规划问题，给出一个双目标离散优化问题min_x{(f¹(x)，f²(x))|x∈X}，(f¹，f²)是目标向量，x和X是决策变量集和可行变量区域，具体步骤如下所示：

步骤0(初始化)分别解决两个标量化问题min_x{f¹(x)|x∈X}和min_x{f²(x)|x∈X}：并设置解向量为和其各自的目标函数向量设为和如果那么该双目标问题只有一个最优解并且所有的非劣解已经被找到；否则，将目标函数向量对放入先进先出列表(FIFO)。

步骤1(参数产生)从先进先出列表中选择第一个目标函数向量对(f_a，f_b)，其中并且产生一个新的参数集并构造一个标量化的单目标问题。尽管该问题的核心是目标函数的标量化，在一些问题中，添加额外的约束条件也是非常必要的。

步骤2(问题求解)我们需要解构造的标量化问题，如果该标量化问题存在最优解，那么这就是原问题的一个非劣解；使用得到的目标函数向量f^*与f_a和f_b结合来构造两个新的目标函数向量对(f_a，f^*)和(f^*，f_b)，并把它们放入先进先出列表。如果该表量化问题不存在可行解，那么在(f_a，f_b)所构成的限制区域内，非劣解不存在。

步骤3(终止条件)如果先进先出列表是空的，那么停止搜索，所有的非劣解已经得到；否则，转入步骤1。

在二分解决框架下，能够保证非劣解集完整性的关键是标量化问题的正确构造。构造标量化问题是二分解决框架的骨架，我们通过先进先出列表中既定的目标函数向量(f_a，f_b)构造单目标问题，其中并且

(f_a，f_b):目标函数向量对

w:目标函数系数的参数集

在第n次迭代的系数

在第n次迭代的系数

双目标约束，带权重的目标函数方法有如下构造：