【摘要】：收費道路網(wǎng)的費率優(yōu)化、收費道路網(wǎng)的設計與收費系統(tǒng)的優(yōu)化(道路收費系統(tǒng)的優(yōu)化)是目前高速公路(收費道路)發(fā)展亟待解決而研究又幾乎處于空白的重大理論與應用問題。本文的目標是力求用定量方法與系統(tǒng)方法來優(yōu)化道路收費系統(tǒng)，優(yōu)化目的是如何使道路網(wǎng)能夠發(fā)揮最大的社會效益，又能滿足收費道路經(jīng)營者的財務目標(還貸或實現(xiàn)規(guī)定的投資收益率)，，如何使因為收費和繳費的原因而造成的各項額外成本最小。本文的內容主要集中在將道路網(wǎng)、政府、收費道路投資者或經(jīng)營者、道路網(wǎng)使用者納入一個大的系統(tǒng)中，應用雙層規(guī)劃模型、交通均衡模型、隨機選擇模型、多目標決策和智能優(yōu)化算法等方法系統(tǒng)地研究道路收費系統(tǒng)的優(yōu)化理論與方法。 本文充分考慮了收費道路的特點，提出了有收費道路情況下的多車型多準則的固定需求、彈性需求、隨機模式的用戶和系統(tǒng)最優(yōu)四種交通均衡模型，證明了這些模型與Wardrop均衡條件之間的等價性，討論了模型解的唯一性問題，給出了模型的求解算法；提出了路網(wǎng)下收費道路多車型費率優(yōu)化與高速公路平衡網(wǎng)絡設計問題的雙層規(guī)劃模型，并提出了利用遺傳—模擬退火混合優(yōu)化策略求解雙層規(guī)劃模型的新算法。該模型全面描述了路網(wǎng)管理者、收費道路經(jīng)營者和道路使用者在收費道路費率的確定與高速公路平衡網(wǎng)絡設計問題上的地位、目標、決策作用和不同類道路使用者選擇路徑行為的差異，綜合遵循了效率原則、成本原則、效益原則、公平原則和用路者路徑選擇行為準則等多個基本原則。利用該模型可同時求解出不同收費路段不同車型的收費費率大小和最佳收費道路位置與其容量。算例表明，本文提出的模型與算法的合理與有效性，測算得出的收費費率更公平，更能合理地調節(jié)路網(wǎng)交通流分配，使路網(wǎng)利用程度得到進一步提高，可全面幫助政府和投資者進行收費道路項目投資決策。 本文充分考慮了駕駛員繳費技術選擇與繳費車道選擇的特性，提出了駕駛員繳費方式隨機選擇模型；在考慮了收費系統(tǒng)的投資成本、營運成本、不公平成本、漏收成本、駕駛員的額外成本和環(huán)境污染成本等因素的基礎上，提出了多收費方式收費系統(tǒng)的優(yōu)化模型，提出采用模擬退火遺傳算法(SAGA)進行收費系統(tǒng)尋優(yōu)的算法，可同時優(yōu)化出一個收費系統(tǒng)的收費站位置與數(shù)量、不同收費站不同收費方式的收費車道數(shù)和ETC用戶的折扣率等參數(shù)，可估算不同收費站TAG(電子標簽)的安裝率、不同收費車道實際使用量，可模擬不同決策情境下的最佳系統(tǒng)資源配置方案。同時，本文提出的方法可供收費道路經(jīng)營者制定對ETC用戶的行銷策略。
【圖文】：

1三rC，+C材=Cc，為正整數(shù)(5一16)p的值由滿足車道配置均衡狀態(tài)的條件由式5一15求得。5.2.6算例分析以一個五車道的收費站為例，假設總車流量為1600輛/小時，假設車輛到達服從泊松分布，車輛的平均到達率為320輛/小時/車道，服務時間服從負指數(shù)分布，人工收費方式的服務率為400輛/小時/車道，ETC收費方式的服務率為1200輛/小時/車道。考慮不同收費車道組合情況，可得不同1人G設備安裝率下的延誤值見表5一1，其中表格中每一行的最小值(陰影)對應的車道組合為系統(tǒng)延誤最小目標的最佳車道組合。圖5一1為TAG設備安裝率為30%、60%、90%的情況，利用延誤模型分析后，可得在各種收費車道配置情況下的系統(tǒng)平均延誤及車輛轉移率，圖5一2為TAG設備安裝率為60%車道配置與轉移的情況。說明ETC收費車道的數(shù)量必須隨著1人G車輛數(shù)做出相應的調整，否則ETC收費車道將不可能表現(xiàn)出強的優(yōu)勢。

圖5-2車道配置與車輛轉移率的關系(TAG安裝率為60%)‘假定可供選擇的方式，叫做“選擇技(Alternative)”。如果一共只有兩個選擇枝可供選擇，就是一個二項選擇問題，否則就是多項選擇問題。某個選擇枝具有的令人滿意的程度叫做“效用(Utility)”。基于人們通常的選擇心理行為，關于效用可作出以下基本假定:①個人在每次抉擇中總選擇效用值最大的選擇枝;②個人關于每個選擇枝的效用值由個人自身的特性和選擇枝的特性共同決定。效用是由選擇枝本身的特性(xj)和個人的社會經(jīng)濟特性(凡)兩方面的因素決定的，但我們不能對影響效用的全部因素進行量測，所以應該將其看作隨機變量。令U，=心+氣(5一17)式中:嘰—個人n關于選擇枝j的效用;嘰—能夠觀測到的因素構成的效用確定項;氣不能夠觀測到的因素構成的效用隨機項。
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：F540

【引證文獻】

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1 費鵬;高速公路收費車道控制系統(tǒng)關鍵技術應用研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

2 董媛媛;模糊二層規(guī)劃的研究及其應用[D];武漢理工大學;2006年

3 陳亞妮;組合式電子收費系統(tǒng)的研究及車道優(yōu)化設計[D];長沙理工大學;2008年

4 郭雅;城市道路擁擠收費及定價研究[D];長沙理工大學;2008年

5 徐勇丹;基于平衡配流的城市交通擁擠收費費率研究[D];北京交通大學;2009年

6 李迪杰;城市道路擁擠收費模型研究[D];長安大學;2010年

7 郭宗明;結合部高速公路轉型為擁堵收費模式研究[D];北京交通大學;2012年

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本文編號：2695022