【摘 要】
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本文主要研究城市动态交通分配、环境污染与土地利用等综合问题。分别建立了这些问题的连续型模型,并进行了数值模拟,和相关的理论分析。论文主要分为以下四个部分。在第一部分里,我们考虑单个商业中心城市居民在一整天往返居住地和商业中心的通勤活动,建立了反应型动态连续用户最优模型。基于该交通模型,考虑城市车辆尾气的排放及扩散。建立了车辆尾气的排放模型及动态连续扩散模型,从而可以得到城市中一整天尾气污染物浓度的
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本文主要研究城市动态交通分配、环境污染与土地利用等综合问题。分别建立了这些问题的连续型模型,并进行了数值模拟,和相关的理论分析。论文主要分为以下四个部分。在第一部分里,我们考虑单个商业中心城市居民在一整天往返居住地和商业中心的通勤活动,建立了反应型动态连续用户最优模型。基于该交通模型,考虑城市车辆尾气的排放及扩散。建立了车辆尾气的排放模型及动态连续扩散模型,从而可以得到城市中一整天尾气污染物浓度的时空分布,进而得到城市中污染物的日平均浓度分布。通过城市一年中风的分布,我们可以得到城市污染物的年平均浓度分布。在我们的模型中,车辆的密度由守恒律控制,行驶方向由Eikonal方程控制,车辆尾气污染物浓度由对流扩散方程控制。我们利用五阶加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory,简记为WENO)格式求解守恒律和对流扩散方程,三阶快速扫描法(fast sweeping method,简记为FSM)求解Eikonal方程,以及Runge-Kunta时间离散。最后给出相应的数值模拟。在第二部分里,我们考虑多个商业中心城市居民一整天往返居住地和商业中心的通勤活动,建立了预测型动态连续用户最优交通流模型。紧接着考虑用户出行时间,建立了同时考虑出行时间和路径选择的预测型动态连续用户最优交通流模型。我们假设车辆速度和加速度满足正态分布,基于车辆的微观排放模型建立了车辆的宏观排放模型,然后考虑城市居民住房选址问题,我们假设居民住房选址依赖于往返于商业中心的交通花费,住房租金和空气质量,其中交通花费可以通过交通流模型求解,空气质量由城市中车辆尾气污染物的平均浓度决定。在我们的模型中,居民出行时间动态用户最优原则等价于一个变分不等式问题。居民住房选址问题是一个不动点问题。我们用Lax-Friedrichs格式求解守恒律,哈密顿-雅可比方程和对流扩散方程,投影算法求解变分不等式问题,用自适应连续平均法求解不动点问题。最后给出数值算例来验证模型及相关算法的有效性和空气质量对城市居民住房选址的影响。在第三部分里,我们考虑城市土地利用和动态交通分配之间的关系,并建立土地用地和动态交通分配的双层模型。城市居民住房选址是土地利用的基础,进而来影响交通需求分布。在下层模型中,我们给定城市住房供应,我们利用同时考虑出行时间和路径选择的预测型动态连续用户最优交通流模型来研究交通流,并求解城市居民住房选址问题。在上层规划中,我们通过优化新增住房供应来最小化健康花费。在本文中,我们用自适应连续平均法来求解下层模型,用模拟退火算法来求解上层模型中的最优化问题。最后给出数值算例来验证模型及相关算法的有效性在第四部分,我们考虑Hoogendoorn-Bovy(HB)行人流模型的解的存在唯一性。HB模型由向前守恒律和向后哈密顿-雅可比方程构成,并且后者含有一个最小值问题。其中守恒律控制行人流密度。哈密顿-雅可比方程控制行人行走方向。由于最小值问题的存在,模型的存在唯一性难以证明。然而,我们证明在选取合适的参数后,HB模型可由向前守恒律和向后哈密顿-雅可比方程构成,但此时最小值问题不再存在。该模型事实上是一个不动点问题。随后我们分别证明守恒律和哈密顿-雅可比方程的解的存在唯一性,紧接着证明该模型的适定性且存在唯一解。最后给出一个数值算例来验证我们的结论。
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