Automated vehicles (AV) have the potential to provide cost-effective mobility options along with system-level benefits in terms of congestion and vehicular emissions. Additional resource allocation at the network level, such as AV-exclusive lanes, can further foster the usage of AVs rendering this mode of travel more attractive than legacy vehicles (LV). We propose an integrated mixed-integer programming framework for optimal AV-exclusive lane design on a freeway network which accounts for commuters' demand split among AVs and LVs via a logit model. We incorporate the link transmission model (LTM) as the underlying traffic flow model due to its computational efficiency for system optimum dynamic traffic assignment. The LTM is modified to integrate two vehicle classes namely, LVs and AVs with a lane-based approach. The presence of binary variables to represent lane design and the logit model for endogenous demand estimation results in a nonconvex mixed-integer nonlinear program (MINLP) formulation. We propose a Benders' decomposition approach to tackle this challenging optimization problem. Our approach iteratively explores possible lane designs in the Benders' master problem and, at each iteration, solves a sequence of system-optimum dynamic traffic assignment (SODTA) problems which is shown to converge to fixed-points representative of logit-compatible demand splits. Further, we prove that the proposed solution method converges to a local optima of the nonconvex problem and identify under which conditions this local optima is a global solution. The proposed approach is implemented on two hypothetical freeway networks with single and multiple origins and destinations. Our numerical results reveal that the optimal lane design of freeway network is non-trivial and can inform on the value of accounting for endogenous demand in the proposed freeway network design.


翻译:自动车辆(AV)有可能提供成本效益高的机动性选项,同时在拥堵和车辆排放方面带来系统层面的效益。网络层面的额外资源分配,如AV专用车道,可以进一步促进AV的使用,使这种旅行模式比遗留车辆(LV)更具吸引力。我们提议了一个综合混合点数编程框架,用于在高速公路网络上最佳的AV专用车道设计,其中考虑到通勤者的需求通过登录模式在AV和LV之间分割。我们把链接传输模式(LTM)作为基本交通流模式,因为其对于系统最佳动态交通任务分配分配的计算效率。LTM被修改为将两个车辆类别(LV和AV)整合为一种以车道为基础的旅行模式,在非Convex混合点非线性非线性程序(MINLP)的制定中,我们提议Benders的解位法是应对这个挑战性优化的多路路路流模式。我们的方法反复探索了在双轨路路路路路路路规则中,在Bent-ADLOma主设计系统中展示了一种固定路路路路路路段设计问题。

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