New partial cooperation model for bilevel programming problems

Partial cooperation models are studied for many years to solve the bilevel programming problems where the follower’s optimal reaction is not unique. However, in these existed models, the follower’s cooperation level does not depend on the leader’s decision. A new model is proposed to solve this deficiency. It is proved the feasibility of the new model when the reaction set of the lower level is lower semicontinuous. And the numerical results show that the new model has optimal solutions when the reaction set of the lower level is discrete, lower semi-continuous and non-lower semi-continuous.

高速公路货车空车差异化费率优化的双层规划方法

为解决高速公路货车由计重收费调整为按车型收费导致货车空车分流的问题,本文建立一种基于双层规划模型的货车空车分车型差异化费率优化方法。首先,以高速公路经营主体实现收费收益最大化为目标构建上层规划模型,考虑高速公路通行效率提升及增量货车空车增加的管养支出;其次,以道路使用者实现出行效用最大化为目标构建下层规划模型,构建基于逻辑回归模型和随机效用最大化理论的货车空车出行效用函数,分析货车空车特性变量对出行效用的影响;然后,采用多层神经网络模型及三次艾尔米特插值法,预测不同费率优惠下高速公路货车空车增量交通量,作为上下层联系变量;最后,以高速公路与平行老路构成的运输通道为例,采用内存受限的拟牛顿优化算法(L-BFGS-B)求解高速公路货车空车分车型最优费率。结果表明:高速公路费率折扣率对货车空车各车型出行选择影响最为显著;此外,车籍地对一类、四类货车空车出行选择影响较大,运输类型对二类、三类和六类货车空车出行选择影响较大;与现行费率方案相比,优化后的费率方案年度增加通行费收入3941万元,高速公路通行效率提升4.17%,货车空车平均每车出行效用增加3.51。

考虑货物品类的铁路货运动态定价模型研究

随着我国经济社会的发展,铁路货运需求不断增加,有效的动态定价策略成为铁路运营管理中的一项重要环节,因此有必要设计一种适应不同情况下的铁路动态定价模型。在总结现有的铁路货运动态定价研究成果的基础上,以广州局集团公司为例,将货物分为大宗货物及其他品类货物,分别建立动态定价模型。针对大宗货物运输,提出基于三叉树的动态期权定价模型;针对其他品类货物运输,建立以铁路运输企业收益最高、客户广义费用最低为目标的双层规划定价模型。选取大朗—吴家山区段货物运输进行实例分析,求出相应的运价。研究结果表明,该方法能够更好地适应市场的变化,保障铁路运输企业和客户的利益,为运输企业的定价决策提供参考。

区域高速铁路网列车开行方案调整优化

为适应区域一体化战略提出的效率、通达、均衡等交通发展目标,研究了高铁列车开行方案调整优化方法.根据区域内不同类别旅客需求特征,调整既有列车停站方案与增开列车,以最小化开行方案调整幅度、总停站次数、客流起讫点(origin-destination,OD)直达服务频率变化为优化目标,考虑列车服务、列车层次、列车调整3类约束,建立了整数规划模型.将模型线性化,使用C#语言调用CPLEX求解.长三角区域案例的结果表明:优化方案使列车层次结构分明,功能上形成分工与配合;高层级OD的快车服务频率及通勤OD的服务频率有所提升,兑现运行图后列车平均旅速提高;区域内OD直达率提高6.5%;低层级OD的服务频次和时段分布有所改善.合理调整列车开行方案有助于更好地利用区域高铁网服务旅客.

高速铁路快运末端货物取送一体化优化研究

随着我国快递业务量的持续增长和客户对快递服务水平要求的不断提高,传统的航空快递运输成本较高、运输条件限制多,公路快递运输能耗高、排放大的不足越发明显,制约了行业的快速发展。通过使用高速铁路承担快运货物的干线运输任务,优化高速铁路与城市相衔接的末端取送货网络,可以提高快运货物的运输效率和客户满意度。在高速铁路快运末端取送货网络设计的基础上,以最小化运输成本和最大化客户满意度为优化目标,建立上层转运与下层取配的双层多目标优化模型。针对模型多目标的特点,设计基于非支配排序的遗传算法NSGA-Ⅱ,并改进,使其适用于求解双层优化问题。对本文所提方法进行验证,求解结果显示,算法平均55.9代收敛,最终得到的Pareto最优解集中包括10个拥挤度在0.5左右的解,高速铁路快运次日达要求满足率最高为97%,最低为92%,平均值为94.3%。

车联网环境与传统环境下智能车辆换道博弈模型

为解决智能车辆在传统环境及联网环境中换道行为的决策问题,文章基于博弈论建立智能车辆的换道行为模型,并使用双层规划算法对该模型进行分析。使用HighD数据库和驾驶模拟器采集的数据对模型进行了仿真分析。结果表明,该模型可以预测在联网环境和传统环境下车辆换道行为中各参与者的最优策略,模型的预测结果可以为智能车辆的换道策略选择提供指导,为智能交通系统的设计和实施提供重要参考,有助于提高交通效率和驾驶安全性。

公交-合乘车道优化设计的多目标双层规划模型

为提高公交专用道利用率,构建了公交-合乘车道(bus-HOV lanes)优化设计的多目标双层规划模型。该模型上层最小化交通总阻抗、公交运营成本和车辆排放;下层考虑非合乘车、合乘车和公交车实现多方式交通网络用户均衡;由快速非支配排序遗传算法求解,其下层由相继平均法和连续权重平均法求解;并使用Nguyen-Dupuis网络验证模型及其求解算法。结果表明:所给算法能有效获得公交-合乘车道设置方案的Pareto最优解集;合理的公交-合乘车道设置方案能有效促进合乘出行;相比不设置公交-合乘车道,全部和部分合乘车进入公交-合乘车道分别使交通总阻抗降低-0.007%~1.088%和0.038%~4.493%,使公交运营成本上升1.057%~3.864%和4.011%~5.611%,使车辆排放减少-7.598%~-1.111%和-0.677%~3.526%;当起讫点(OD)对客流量不低于其临界值,设置公交-合乘车道有利于增加公交车客流量。

ETC门架数据驱动的高速公路差异化收费双层规划方法

针对传统收费导致高速公路经济效益低、运行效率差等问题,结合ETC(electronic toll collection)门架数据分析高速公路运行特点,提出一种基于双层规划的高速公路差异化定价模型。首先,获取高速公路ETC门架数据,分析交通量特点,初步确定所要实施的差异化收费方案。其次,构建双层规划模型,上层最大化高速公路经济效益,下层分析出行者出行行为并完成基于Logit模型的交通量分配。最后,以长深高速河北段为例展开实证分析,使用模拟退火算法求解出一种分车型分路段的差异化收费方案。结果表明:ETC门架数据能够充分分析高速公路的运营状态和运行特征,为精细化的高速公路差异化收费的研究提供强大的数据支撑;使用优化后的分车型分路段差异化收费方案后,高速经济利润提升32.3%,货车交通量增长42.2%,客车共增长36.8%;路段整体交通量增长38.6%,并且平行道路饱和度降低,拥挤状况得到缓解。

集装箱海铁联运补贴优化研究

补贴是一种被政府广泛采用且能够有效促进海铁联运发展的措施。本文研究包括3种运输方式和两个起运港的集装箱运输系统中的海铁联运协同补贴优化问题。首先,构建双层规划模型描述政府与托运人之间的博弈关系,上层模型从政府角度出发,以海铁联运运量最大为目标,确定海铁联运班列单个重箱补贴金额;下层模型基于熵最大化理论,构建能力约束型巢式Logit模型描述托运人对起运港和运输方式的选择行为。其次,通过Karush-Kuhn-Tucker条件将双层模型转化为单层模型,并利用松弛迭代算法求解。结果表明:补贴会促进海铁联运运量的增长,其增量主要来自公海联运转移的货运量,少部分来自水水联运转移;相比于不协同补贴,协同补贴不仅显著降低单箱补贴金额,还能提高海铁联运运量;货物时间价值对补贴效果产生影响,补贴具有中等时间价值货物的托运人将会获得最佳结果。

基于互联网技术的源荷互动配电网规划模式

高比例可再生能源接入电网带来大量不确定性因素,传统确定性规划方式将导致系统设备利用率低、弃风弃光严重等问题。基于互联网建立全面、实时和共享的规划数据体系,实现电源侧和负荷侧双方信息透明交互,从而避免规划的盲目性。计及源荷特性进行概率建模,运用多场景分析模拟源荷间不确定性,基于改进M-K聚类算法确定源荷典型场景。构建上层以规划综合成本最低为目标,下层从经济、技术和安全三个角度进行优化的双层规划模型,应用免疫遗传算法进行求解。最后通过对配电网区域和整体算例进行比较验证,结果表明基于互联网技术的规划模式能有效降低电网容载比和规划综合成本,同时减少弃风弃光现象。

新型混合交通流场景下交叉口信号控制和轨迹控制协同优化方法

针对人类驾驶车辆(human driven vehicle,HDV)和智能网联车辆(connected and autonomous vehicle,CAV)组成的新型混合交通流场景,现有的交叉口协同控制方法中,集中控制和单车控制分别对中央控制器的算力和车载计算单元的算力要求较高。本文研究了1种将元胞传输模型(cell transmission model,CTM)与双层规划模型相结合的协同优化方法,利用可调整的元胞长度平衡求解信号控制与CAV轨迹优化2个问题所需的算力,从而灵活地根据中央控制器和车载计算单元的算力分配计算资源;通过上层模型预测交通流状态并优化信号控制参数,引入动态调整元胞长度规则,降低中央控制器的计算负担;基于上层的交通状态预测结果,利用下层模型对CAV轨迹进行全局规划,进一步提升交叉口通行效率。同时,为了提升解的最优性和求解的实时性,采用结合随机梯度下降法和遗传算法的迭代优化算法,避免陷入局部最优的同时提升求解效率。最后以无锡市先锋中路与春风南路交叉口数据为例,验证了不同CAV渗透率下优化的效果,结果表明:①相较于基准方案,本文提出的协同优化方案最高可以降低交叉口8.09%的车均行程时间,降低了交叉口拥堵向上游的传播;②当CAV渗透率为30%、60%和90%时,优化比例为2.51%、5.08%和7.88%;③在进口道流量大于3000 pcu/h时,仍能在100s内获得最优信号控制方案,可支持实时优化。该方法可以有效改善城市交通拥堵,提高新型混合交通流场景下交叉口的通行效率。

原料性质大幅变化情况下催化重整Delta-Base数据的生成方法

针对催化重整原料性质变化幅度较大的情况,提出采用变步长计算结合分子水平机理模型生成装置Delta-Base数据的方法。该方法通过计算原料性质扰动时产品质量分数变化量绝对值随原料性质变化量绝对值的变化率;并将该变化率的值域分成若干等份,根据每次计算得到变化率值域的范围不同,选择下一步计算时的变量扰动步长;继而在计算过程中取每次变量扰动的中点值产品质量分数进行验证,从而在提高计算效率的同时保证了计算结果的准确性。结果表明:利用该方法计算得到的各产品质量分数相对误差较小,基本不超过2.5%;对计算数据拟合可得到不同产品质量分数数据拟合方程,通过拟合方程可生成芳烃潜含量变化三阶段Delta-Base数据;比较原料芳烃潜含量(w)为42%时的产品预测结果,发现Delta-Base数据预测值和拟合方程计算值的平均偏差均为0.16%,说明该方法具有很好的准确性,利用分子水平机理模型生成的Delta-Base数据更能反映真实的分子反应历程。

拥挤网络下OD需求重构的双层规划模型

提出了在拥挤网络下利用密度作为观测变量对Origin-Destination(OD)需求进行重构的双层规划模型。上层目标为极小化各个估计值与观测值之间的误差,下层为用户均衡模型。采用KKT条件法将该双层规划转化为相对容易求解的均衡约束规划模型,再用Scholtes松弛化方法求解转化后模型。数值实验结果表明,在拥挤网络下的OD重构问题中,利用密度作为观测变量优于流量作为观测变量,同时在求解方法上,利用KKT条件转换为单层模型的求解方法优于上下层交替求解法。

道路网络多阶段抗灾能力优化模型构建与应用

为了降低路网抗灾成本并保障路网快速连通,研究道路交通网络多阶段灾害应对能力优化的问题.建立综合灾前应急工作站点选址和灾后路网恢复决策的3层规划模型,其中特别考虑了应急救援设施和后勤保障资源在耗尽性、运输方式和恢复作用上的差异,定量建模了两者间的相互协作关系.通过综合双层遗传算法和FrankWolfe算法,获得模型的近似最优解.研究结果表明,与未考虑灾后恢复过程的灾前布设决策和未考虑后勤保障资源的灾前布设决策相比,最优决策可以分别降低10.96%的后勤保障资源运输成本和11.51%的加权恢复成本.后勤保障资源和应急救援设施布设数量共同影响路网的恢复效果,忽略两者间的协作关系,将会高估应急救援设施布设数量增加对恢复效果的影响.

考虑路段恢复差异的道路网络恢复决策优化

现有路网恢复决策研究忽略了不同路段恢复速度和恢复程度差异对于路网恢复效果的影响.针对该问题,首先构建基于路段阻抗容忍度的路网连通性指标,以开展路段通行能力部分恢复情况下的路网性能评价;然后,以加权路网性能韧性和恢复速度韧性为优化目标,构建应急恢复决策双层优化模型,在确定待恢复路段的最优集合及恢复时序的同时,通过路段层面的资源分配与预算分配获得待恢复路段的恢复程度和恢复速度;最后,基于传统并行机调度问题遗传算法,构建新型编译码方法求解上层模型,基于Frank-Wolfe算法求解下层模型.基于贵州省区域高速公路网数据,对上述模型和算法进行了验证和分析.结果表明:在一定的资源和预算约束下,考虑路段恢复程度差异可提高32.62%的路网性能韧性,考虑路段恢复速度差异可提高10.17%的路网性能韧性.敏感性分析表明:考虑路段恢复速度差异可以提高增加恢复资源数量对于路网性能韧性、恢复速度韧性和加权韧性提升的边际效益,分别为12.69%、5.47%和22.93%.考虑路段恢复程度差异有助于平衡恢复预算增加导致的路网性能韧性的提高和恢复速度韧性的降低,保障路网恢复效果.因此考虑不同路段恢复差异对于路网恢复决策制定有重要意义.

含抽水蓄能电站与分布式能源的输电网联合规划多阶段模型

虽然能源消耗量仍在增加,但由于电力系统的管制放松、需求响应方案的应用、微电网和智能电网的实施等,系统峰值负荷正在下降,作为公共实体的输电系统运营商必须加强输电系统以保持电力系统的可靠性。为此,提出了一种含抽水蓄能电站与分布式能源的输电网联合规划双层模型。其中,上层从输电系统运营商的角度出发,最大限度地降低线路投资成本和从传统发电机和配电系统购买能源的成本,同时确保分布式能源投资的给定回报率;下层模拟市场清算以找到节点价格,用于计算配电商的利润和购买能源的成本。通过强对偶技术、big-M方法和互补松弛条件,将所提出的模型转化为一个单层混合整数线性规划问题,并在IEEE RTS-24母线测试系统中验证了其有效性。

基于数字高程模型和数学规划的土地平整工程设计优化

应用数字高程模型(DEM)与数学规划(MP)方法,研究土地平整工程设计中田块的划分、土方量计算和土方量调配的优化方法,为土地平整工程设计提供综合、系统和精确的方法,节约投资费用。该文以南京市江宁区湖熟镇土地平整项目工程为例,采用ArcGIS9.3软件建立大比例尺DEM,划分了土地平整区域和耕作田块,基于DEM计算了现状高程、土方量、土方运输重心,采用数学规划求解了设计高程和土方调配的最优方案。研究表明:该方法合理确定了田块的规模、定量计算了优化设计高程、总土方量比原设计方案减少了9.37%,且制作了最优土方调配路径图。

基于竞争的物流中心选址双层规划模型及算法研究

提出基于竞争的物流中心选址双层规划模型,将物流中心选址涉及到的两个具有明显不同目标的决策者——选址规划者和客户联系起来考虑问题,并将配送中心建成后遇到的竞争问题也纳入其中.该模型立足物流中心上层决策者和下层决策者两方面,权衡决策者和客户的总成本费用,对于研究物流中心在某个较长规划期内的最优选址问题具有重要意义.利用遗传算法对模型进行求解,最后通过实证分析表明建立的模型及算法具有实用价值和指导作用.

考虑路线安排的物流配送中心选址双层规划模型及求解算法

在充分考虑物流规划部门与客户双方利益及选址地点对路线安排影响的基础上 ,采用双层规划模型描述了物流配送中心的选址问题 ,并对模型进行了求解。

多模式交通条件下合理制定旅客票价的优化模型及算法

在本文中 ,充分考虑了旅客和交通管理部门两方面的利益 ,提出了一个双层规划模型来描述城市间多种交通方式竞争条件下合理制定旅客票价问题。在此模型中 ,既保障了旅客使自己的广义出行费用最小 ,又使得交通管理部门在客运市场的竞争中取得最大的经济效益。然后给出了求解该模型的基于灵敏度分析的启发式算法 (SAB)。