内生出行需求下含自动驾驶车辆专用车道的高速公路网设计
最优化与控制
2021-03-30 v3 离散数学
摘要
自动驾驶车辆（AV）有潜力提供高性价比的出行选择，并在拥堵与车辆排放方面带来整体系统层面的效益。在网络层面进行额外的资源分配，例如AV专用车道，可进一步促进AV的使用，使这种出行方式比传统车辆（LV）更具吸引力。然而，有必要找到网络中设置这些专用车道能获得最大效益的关键位置。在本研究中，我们提出一个集成混合整数规划框架，用于高速公路网上AV专用车道的最优设计，该框架通过包含基于类别效用的logit模型来考虑通勤者在AV与LV之间的需求划分。我们采用链路传输模型（LTM）作为底层交通流模型，因其在系统最优动态交通分配方面具有计算高效性。LTM被改进以集成LV和AV两类车辆并采用基于车道的方法。由于用二元变量表示车道设计以及用logit模型进行内生需求估计，该问题构成一个非凸混合整数非线性规划（MINLP）形式。我们提出一种Benders分解方法来求解这一具有挑战性的优化问题。我们的方法在Benders主问题中迭代探索可能的车道设计，并在每次迭代中求解一系列系统最优动态交通分配（SODTA）问题，其被证明收敛到代表logit兼容需求划分的不动点。此外，我们证明了所提求解方法收敛到该非凸问题的局部最优，并明确了该局部最优成为全局解的条件。所提方法在三个具有单起点多终点及多起点多终点的假设高速公路网上进行了实施。
引用
@article{arxiv.1912.07746,
title = {Freeway network design with exclusive lanes for automated vehicles under endogenous mobility demand},
author = {Shantanu Chakraborty and David Rey and Michael W. Levin and S. Travis Waller},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.07746},
year = {2021}
}