【优化求解】基于深度强化学习DQN的城市轨道交通线网韧性恢复模型MATLAB代码、Logit 客流分配、地铁站点故障应急、公交接驳优化
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🔥 内容介绍
一、引言
城市轨道交通作为现代城市公共交通的核心组成部分，承担着大量的客流运输任务。然而，诸如地铁站点故障等突发事件可能严重影响线网的正常运营，降低其韧性。因此，构建有效的韧性恢复模型至关重要。基于深度强化学习的深度 Q 网络（DQN）技术为解决这一问题提供了新的视角，结合 Logit 客流分配方法，能够更好地实现地铁站点故障应急以及公交接驳的优化。
二、关键技术概述
深度强化学习与 DQN
深度强化学习原理：强化学习是智能体通过与环境进行交互，根据环境反馈的奖励信号来学习最优行为策略的过程。深度强化学习则是将深度学习与强化学习相结合，利用深度神经网络强大的函数逼近能力，处理高维、复杂的状态空间。
DQN 的工作机制：DQN 是深度强化学习的经典算法之一。它引入了经验回放机制和目标网络，解决了传统强化学习中数据相关性和 Q 值估计不稳定的问题。智能体在环境中采取行动，环境返回新的状态和奖励，这些经验被存储在经验回放池中。DQN 从池中随机采样经验进行学习，通过优化 Q 网络，使得 Q 值能够准确估计采取某个行动在某个状态下的长期累积奖励，从而找到最优策略。
三、城市轨道交通线网韧性恢复模型构建
状态定义：为了让 DQN 能够有效处理轨道交通线网的状态信息，需要合理定义状态空间。状态可以包括各条线路的运营状态（正常、故障）、各站点的客流积压情况、列车的运行位置和载客量等。例如，用一个多维向量表示状态，其中每个维度对应一个特定的信息，如第一个维度表示某条关键线路的故障与否（0 表示正常，1 表示故障），后续维度表示各个站点的实时客流数量等。
行动空间：行动空间定义了智能体在每个状态下可以采取的操作。在轨道交通线网韧性恢复场景中，行动可以包括调整列车的运行时刻表、改变列车的停靠站点、启动公交接驳方案等。例如，行动可以编码为离散的整数，每个整数对应一种具体的操作，如 0 表示不进行任何调整，1 表示增加某条线路的列车班次，2 表示改变某列车的停靠站点组合等。
奖励设计：奖励函数是引导智能体学习最优策略的关键。奖励应与线网的韧性恢复目标紧密相关，例如，减少客流积压、缩短乘客平均出行时间、提高线网整体运营效率等。当智能体采取的行动能够有效缓解站点客流积压时，给予正奖励；若行动导致线网运营状况恶化，如增加了乘客的等待时间或导致更多的列车晚点，则给予负奖励。例如，奖励函数可以设计为：R=αΔP+βΔT+γΔE，其中R是奖励值，ΔP是客流积压的变化量，ΔT是乘客平均出行时间的变化量，ΔE是线网运营效率的变化量，α、β、γ是权重系数，用于调整各因素在奖励中的相对重要性。
⛳️ 运行结果
📣 部分代码
alfa=0.88;%风险规避程度
beita=0.88;%风险偏好程度
lamada1=0.2;%风险规避系数（出发时间）
lamada2=0.33;%风险规避系数（出发时间）
u0=tte+(tta-tte)/2;
rdt=(dt-1)*10;%出发时间换算
for k=1:cell{i,j}.route_num
if rdt+cell{i,j}.bus_travel_time(k,dt)>=tte&&rdt+cell{i,j}.bus_travel_time(k,dt)<u0
futillity(k)=lamada1*(rdt+cell{i,j}.bus_travel_time(k,dt)-tte)^alfa;%收益
elseif rdt+cell{i,j}.bus_travel_time(k,dt)>=u0&&rdt+cell{i,j}.bus_travel_time(k,dt)<=tta
futillity(k)=lamada1*(tta-rdt-cell{i,j}.bus_travel_time(k,dt))^alfa;%收益
elseif rdt+cell{i,j}.bus_travel_time(k,dt)<tte%到得太早
futillity(k)=-lamada2*(tte-rdt-cell{i,j}.bus_travel_time(k,dt))^beita;
elseif rdt+cell{i,j}.bus_travel_time(k,dt)>tta%到得太晚
futillity(k)=-lamada2*(rdt+cell{i,j}.bus_travel_time(k,dt)-tta)^beita;
end
end