[发明专利]一种基于主观福祉最大化的交通网络设计方法

说明书

本发明旨在提出一种基于出行者主观福祉最大化的交通网络设计方法。发明建立了一种新的双层模型系统，其上层用于实现给定投资预算下的出行者主观福祉最大化，下层是Nested Logit模型和用户均衡模型之间的反馈过程。这里要注意的是，发明采用Nested Logit模型对出行选择和目的地选择进行描述，因此它是一种弹性出行需求，而用户均衡模型则应用于路网的交通分配。由于出行需求预测采用了离散选择模型，这也使得可以对出行者的主观福祉进行测度。然而，众所周知，双层模型的求解十分具有挑战性。为此本发明设计了一种模拟退火算法来寻找最优解。使用仿真研究的结果表明，本发明可以有效找到给定投资预算下出行者主观福祉最大的交通网络设计。

技术领域：

本发明提出了一种基于主观福祉最大化的交通网络设计方法，属于交通工程技术领域。

背景技术：

以用户为中心的移动服务是未来新兴的移动服务之一。与传统的以车辆为中心的移动服务不同，其主张以提升用户体验为中心的移动解决方案。虽然有很多方法可以测度用户体验，但主观福祉或社会福利是最常见的指标。高福祉意味着个人或群体的体验是积极的，而低福祉则与消极的体验相关联。福祉研究分为主观福祉研究和客观福祉研究。客观福祉通常指的是总体水平上的消费者剩余。它被定义为消费者愿意或能够支付某项产品或服务的总金额与他们实际支付的总金额之间的差额。主观福祉则指的是基于消费者个人效用的社会福利。它是将消费者从产品或服务中获得的所有个人效用相加而成的。

客观福祉在弹性出行需求的交通网络设计中得到了广泛应用。它通常表现为消费者剩余，甚至有时称为社会福利。应当指出的是，虽然消费者剩余和社会福利在经济学中是两个不同的概念，但在以往的交通网络分析中这两个概念是可以互换的。它们都是指消费者愿意或能够支付的总出行费用与他们实际支付的总出行费用之间的差。Yang和Bell^[1]将消费者剩余作为路网设计的目标函数。从那时起，这一测量方法就被广泛使用了。Yang和Meng^[2]提出了一个双层规划模型来确定新建道路的最佳通行能力和通行费，从而最大限度地增加消费者剩余和生产者剩余。Szeto和Lo^[3，4]比较了三种不同的政府路网设计策略，其中网络效益是以消费者剩余的折现总量来衡量的。Chen等^[5]提出一种遗传算法来解决需求不确定时的建设-运营-移交(BOT)网络设计问题，其中政府的目标是最大化期望消费者剩余，并尽量减少其方差。Ukkusuri和Patil^[6]考虑到需求的不确定性和弹性，建立了网络设计问题的消费者剩余最大化模型。Jiang和Szeto^[7]认为决策者在时变交通网络设计时旨在增加消费者剩余及降低健康成本。Zhang等^[8]针对路网设计问题提出了一种双层规划模型，其上层用于实现消费者剩余最大化，而下层则采用了弹性需求随机用户均衡。