堵塞流理論在隨機(jī)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)、改造及運(yùn)行中的應(yīng)用.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)中由于流動(dòng)單元的隨機(jī)流動(dòng)，造成網(wǎng)絡(luò)的堵塞，或使網(wǎng)絡(luò)流通的可靠性降低，這種不確定性、多值性的網(wǎng)絡(luò)流量特點(diǎn)是堵塞流理論重點(diǎn)研究的對(duì)象.基于堵塞流理論從流量隨機(jī)流動(dòng)的角度和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自身的原因分析了網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生流量堵塞的緣由，并將該理論應(yīng)用到對(duì)隨機(jī)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、改造及運(yùn)行過程的研究中.該理論是網(wǎng)絡(luò)流理論在不確定性、隨機(jī)性多值流領(lǐng)域的新分支.針對(duì)堵塞流的理論研究和應(yīng)用研究，論文包括如下幾個(gè)方面的研究工作： 1. 基于本文研究的網(wǎng)絡(luò)

2、中流動(dòng)單元隨機(jī)流動(dòng)特點(diǎn)，提出了隨機(jī)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的概念，給出了該網(wǎng)絡(luò)模型的定義和相關(guān)假設(shè)，建立了隨機(jī)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中個(gè)體流動(dòng)的飽和流模型. 2. 在堵塞流理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了求解網(wǎng)絡(luò)最小飽和流的算法，明確了無環(huán)飽和流和有環(huán)飽和流的區(qū)別.首先利用網(wǎng)絡(luò)割矩陣對(duì)已有的求解最小飽和流的分支定界算法進(jìn)行了改進(jìn)；其次基于堵塞截面尋找有條件最長增廣路，提出了求解無環(huán)最小飽和流的有條件最長增廣路近似算法，并對(duì)該算法的復(fù)雜性作了分析.最后分析了改變各弧

3、容量對(duì)網(wǎng)絡(luò)堵塞程度的影響，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中一些弧容量的悖論現(xiàn)象，研究了這類弧容量變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)最小飽和流值的影響. 3. 對(duì)隨機(jī)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)防堵塞優(yōu)化設(shè)計(jì)及改造進(jìn)行了研究：首先建立了弧容量有限制的網(wǎng)絡(luò)防堵塞優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般模型，優(yōu)化原設(shè)計(jì)的弧容量以消除或盡量減少網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的堵塞點(diǎn)，用最經(jīng)濟(jì)的方法改善網(wǎng)絡(luò)的堵塞程度，提高網(wǎng)絡(luò)弧利用率.該模型具有一般性，算例分析了優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的合理性和可行性；其次建立了已有交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造的一般模型，并與最小成本改

4、造法相比較，結(jié)果表明該模型的合理性和普遍適用性. 4. 建立了評(píng)估隨機(jī)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)流通性能的評(píng)價(jià)指標(biāo).分析了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中用戶選擇正向增廣路徑的不同方式對(duì)隨機(jī)飽和流分布的影響，提出了三種選擇路徑方案，利用Monte-Carlo仿真分別模擬出網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)飽和流的分布，比較這三種不同路徑選擇方式下隨機(jī)飽和流值的變化以及相對(duì)應(yīng)的概率分布；其次基于網(wǎng)絡(luò)的期望流通值對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了優(yōu)化改造方案；最后研究了城市交通網(wǎng)絡(luò)防堵塞改造問題，目前單行道改造是

5、很多國家普遍推行的方法，本文基于評(píng)價(jià)指標(biāo)建立了多重目標(biāo)評(píng)估模型以找出最佳單行道改造方案. 5. 研究了隨機(jī)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的兩類問題，其一是將通行時(shí)間考慮到飽和流問題中，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化不僅需要考慮飽和流值，還要考慮飽和流在網(wǎng)絡(luò)中的通行時(shí)間. 網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生緊急事故時(shí)，若各用戶總是選擇通行時(shí)間最短的路徑增流，考慮單位流量通過弧花費(fèi)的時(shí)間與弧上已有流量和容量均有一定的函數(shù)關(guān)系，則每次增流的路徑不盡相同.提出了最短時(shí)間飽和流問題及相應(yīng)

6、的算法研究，該飽和流反映了基于用戶需求最大化的目標(biāo)；其二是對(duì)帶模糊約束的隨機(jī)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)飽和流問題進(jìn)行了研究.討論了網(wǎng)絡(luò)中弧容量約束模糊的情況下，如何以最大的滿意度滿足模糊條件得到最佳最大流和最佳最小飽和流，給出了相應(yīng)的算法研究，使飽和流問題變成一個(gè)模糊環(huán)境下的決策問題. 6. 對(duì)隨機(jī)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性進(jìn)行了研究：利用網(wǎng)絡(luò)飽和流模型仿真出網(wǎng)絡(luò)中各弧不同流量的概率分布，隨機(jī)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性用網(wǎng)絡(luò)飽和流不小于給定需求的概率值來衡量.基于網(wǎng)

7、絡(luò)飽和時(shí)堵塞截面中弧流量分布決定了網(wǎng)絡(luò)飽和流值的性質(zhì)，將網(wǎng)絡(luò)飽和流不小于給定需求的可靠性轉(zhuǎn)化為求解堵塞截面中反向弧流量和不大于某個(gè)確定值的概率.算例說明了可靠性算法的實(shí)用性和有效性.最后是對(duì)隨機(jī)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可靠性研究的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的例子，突發(fā)公共安全事件對(duì)人類造成的威脅，由于地域和經(jīng)濟(jì)因素，很多區(qū)域無法建立完善的醫(yī)療救護(hù)站.本文考慮構(gòu)建醫(yī)療救護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)至少有一個(gè)醫(yī)療救護(hù)站，可以向系統(tǒng)內(nèi)的其他區(qū)域輻射醫(yī)療救護(hù)功能. 從受災(zāi)區(qū)域到醫(yī)療