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公路网改扩建决策优化双层规划模型

桂滨 周伟 王健华 周丽 王夏森

桂滨, 周伟, 王健华, 周丽, 王夏森. 公路网改扩建决策优化双层规划模型[J]. 交通运输工程学报, 2012, 12(5): 79-84. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.05.011
引用本文: 桂滨, 周伟, 王健华, 周丽, 王夏森. 公路网改扩建决策优化双层规划模型[J]. 交通运输工程学报, 2012, 12(5): 79-84. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.05.011
GUI Bin, ZHOU Wei, WANG Jian-hua, ZHOU Li, WANG Xia-sen. Bi-level programming model of decision optimization of reconstruction and expansion for highway network[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2012, 12(5): 79-84. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.05.011
Citation: GUI Bin, ZHOU Wei, WANG Jian-hua, ZHOU Li, WANG Xia-sen. Bi-level programming model of decision optimization of reconstruction and expansion for highway network[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2012, 12(5): 79-84. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.05.011

公路网改扩建决策优化双层规划模型

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.05.011
基金项目: 

高等学校博士学科点专项科研基金项目 200807100001

教育部人文社会科学基金项目 11YJA630155

详细信息
    作者简介:

    桂滨(1974-), 男, 山东掖县人, 交通运输部高级工程师, 长安大学工学博士研究生, 从事高速公路经济分析研究

    周伟(1959-), 男, 陕西商洛人, 长安大学教授, 工学博士

  • 中图分类号: U491.13

Bi-level programming model of decision optimization of reconstruction and expansion for highway network

More Information
    Author Bio:

    GUI Bin(1974-), male, senior engineer, doctoral student, +86-29-82334898, guibinmot@sina.com

    ZHOU Wei(1959-), male, professor, PhD, +86-29-82334434, zhw59@hotmail.com

  • 摘要: 针对公路网改扩建问题, 在决策优化过程中, 考虑了技术、资金、环境保护以及运营效率等因素。以路网系统的最小交通量为上层模型目标函数, 以最小走行时间为下层模型目标函数, 以路段服务水平、土地占用状况、建设投资等为约束条件, 构建了公路网改扩建决策优化双层规划模型。采用遗传算法求解模型, 并通过济青北线的实例数据进行实证分析。计算结果表明: 济青北线济南—淄博段、淄博—青州段、青州—潍坊段的扩建优化指数分别为2.15、4.09、3.54, 新建优化指数分别为1.87、3.09、2.73, 相同路段的扩建优化指数均高于新建优化指数, 与实际相符。可见, 模型有效。

     

  • 图  1  算法流程

    Figure  1.  Algorithm flow

    图  2  交通量分布

    Figure  2.  Distribuctions of traffic volumes

    表  1  高速公路年平均日交通量

    Table  1.   Annual average daily traffic volumes of highway

    设计速度/(km·h-1) 交通量/(103 pcu·d-1)
    四车道 六车道 八车道
    120 40~55 55~80 80~100
    100 35~50 50~70 70~90
    80 25~45 55~60 60~80
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    表  2  一级公路年平均日交通量

    Table  2.   Annual average daily traffic volumes of first-class highway

    设计速度/(km·h-1) 交通量/(103 pcu·d-1)
    四车道 六车道
    100 27~30 30~55
    80 20~27 27~45
    60 15~25 25~35
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    表  3  其他公路年平均日交通量

    Table  3.   Annual average daily traffic volumes of other highways

    公路等级 速度/(km·h-1) 年平均日交通量/(103 pcu·d-1)
    二级 40~80 5~15
    三级 30~40 2~6
    四级 20 < 2
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    表  4  城市节点之间交通量

    Table  4.   Traffic volumes among city nodes pcu·d-1

    线路走向 自西向东 自东向西 总计
    济南—淄博—青州—潍坊—青岛 5 974 5 969 11 943
    济南—淄博—青州—潍坊—烟台 11 529 6 689 18 218
    济南—淄博—青州—潍坊 5 376 7 835 13 210
    济南—淄博—青州—潍坊—威海 8 322 6 633 14 955
    德州—济南—淄博—青州—潍坊—青岛 5 509 8 154 13 662
    德州—济南—淄博—青州—潍坊—烟台 9 180 6 317 15 498
    德州—济南—淄博—青州—潍坊 2 604 4 428 7 032
    德州—济南—淄博—青州—潍坊—威海 5 753 6 132 11 885
    聊城—济南—淄博—青州—潍坊—青岛 5 717 6 525 12 242
    聊城—济南—淄博—青州—潍坊—烟台 9 498 4 948 14 446
    聊城—济南—淄博—青州—潍坊 2 883 4 947 7 830
    聊城—济南—淄博—青州—威海 7 254 5 216 12 470
    菏泽—济南—淄博—青州—潍坊—青岛 6 482 5 062 11 544
    菏泽—济南—淄博—青州—潍坊—烟台 12 771 3 440 16 212
    菏泽—济南—淄博—青州—潍坊 2 731 3 162 5 893
    菏泽—济南—淄博—青州—潍坊—威海 9 033 2 657 11 690
    滨州—淄博—青州—潍坊—青岛 5 913 6 790 12 702
    泰安—淄博—青州—潍坊 2 202 3 686 5 888
    莱芜—淄博—青州—潍坊 1 791 3 525 5 316
    菏泽—济南—淄博 3 466 1 468 4 934
    聊城—济南—淄博 4 315 2 501 6 817
    德州—济南—淄博 3 595 2 615 6 210
    济南—淄博 4 849 3 132 7 981
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    表  5  优化方案

    Table  5.   Optimization schemes

    济青北线 年平均日交通量/103pcu 年平均月交通量/103pcu 年高峰月交通量/103pcu 四车道月通行能力/103pcu 六车道月通行能力/103pcu 八车道月通行能力/103pcu 当量交通量/103pcu 扩建 新建
    济南—淄博 90 2 693 2 908 1 650 2 400 3 000 1 258 八车道 四车道
    淄博—青州 89 2 668 2 882 1 650 2 400 3 000 1 232 八车道 四车道
    青州—潍坊 89 2 668 2 882 1 650 2 400 3 000 1 232 八车道 四车道
    潍坊—青岛 25 744 804 1 650 2 400 3 000 -846
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    表  6  方案1计算结果

    Table  6.   Calculation result of scheme 1

    济青北线 建设成本/(万元·km-1) 运输成本/[元·(pcu·km)-1] 年平均日交通量/103pcu 运输成本/万元 土地成本/万元 里程/km 优化前路网效率 优化后路网效率 优化指数
    济南—淄博 2 940 2.91 90 26.12 707 92.8 1.63 0.90 2.15
    淄博—青州 2 940 2.91 89 25.89 707 48.5 1.62 0.89 4.09
    青州—潍坊 2 940 2.91 89 25.88 707 55.9 1.62 0.89 3.54
    潍坊—青岛 2 940 2.91 25 7.22 707
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    表  7  方案2计算结果

    Table  7.   Calculation result of scheme 2

    济青北线 建设成本/(万元·km-1) 运输成本/[元·(pcu·km)-1] 年平均日交通量/103pcu 运输成本/万元 土地成本/万元 里程/km 优化前路网效率 优化后路网效率 优化指数
    济南—淄博 4 200 2.91 90 26.12 1 010 75 1.63 0.90 1.87
    淄博—青州 4 200 2.91 89 25.89 1 010 45 1.62 0.89 3.09
    青州—潍坊 4 200 2.91 89 25.88 1 010 51 1.62 0.89 2.73
    潍坊—青岛 4 200 2.91 25 7.22 1 010
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  • 收稿日期:  2012-05-26

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