基于Greenshields模型的瓶頸路段單一擁擠收費問題研究.pdf

1、隨著世界大城市的快速發(fā)展，小汽車的保有量迅速增加，導致出現(xiàn)了城市交通擁擠、環(huán)境污染等諸多問題。在此背景下，如何治理城市交通擁堵等問題成為世界大城市發(fā)展中亟需解決的一個重要問題。尤其是近些年來，我國一些大中城市的加速發(fā)展使得交通擁堵現(xiàn)象極為嚴重，因此治理交通擁堵對緩解城市交通壓力起到了巨大的作用?；贕reenshields模型的瓶頸路段擁擠收費的提出對于建立單一收費方案，緩解城市交通擁堵問題有重大意義。
　　在大多數(shù)的動態(tài)擁擠收費

2、模型中，為了獲得最優(yōu)的社會效益，擁擠收費是隨著時間呈連續(xù)變化的。然而，實際中很難實施這種復雜的動態(tài)連續(xù)型擁擠收費方案。盡管最優(yōu)的動態(tài)擁擠收費可以完全消除排隊，但仍有很多問題在實際操作中難以解決，比如由于它是連續(xù)變化的收費，所以存在收費決策體系的不完善和收費統(tǒng)計成本過高等問題。由于存在這些問題，分段收費(step-toll)方案被提出來，成為替代的減少擁擠排隊的收費方案。
　　本文基于Greenshields模型，建立了瓶頸路段的單

3、一收費方案(single-step-toll)，并且對瓶頸路段上存在單用戶和多用戶兩種情況進行了研究，同時研究了瓶頸路段上單用戶存在“Braking”現(xiàn)象的出行行為。主要工作有以下幾方面:
　　(1)描述瓶頸路段上單一收費方案下單用戶的出行選擇行為。首先基于Greenshields模型，分析了瓶頸路段上單用戶流量的演化過程，并計算每個時刻出行者的路段出行費用。通過路段流量與路段出行費用的關(guān)系調(diào)整每個時刻路段流量的分配，直至Gree

4、nshields模型達到用戶平衡狀態(tài)。其次，在收費時段設(shè)置一定水平的擁擠收費，并分析了實施擁擠收費后流入率的變化和路段擁擠情況，以及擁擠收費對緩解交通擁堵的作用。
　　(2)優(yōu)化瓶頸路段上單用戶的擁擠收費水平與收費時段。首先，應(yīng)用Greenshields模型得到穩(wěn)定狀態(tài)下單用戶的排隊車輛數(shù)和運動部分的速度。其次，建立基于Greenshields模型的雙層規(guī)劃模型，其中上層的模型是將排隊車輛數(shù)最大值與最小行駛速度之差最小化，下層的模

5、型是應(yīng)用Greenshields模型模擬單用戶的路段出行行為。并用改進的遺傳算法求解獲得最優(yōu)的收費水平與收費時段。最后，應(yīng)用一個簡單的算例來闡明所建立的雙層規(guī)劃模型及算法。
　　(3)描述瓶頸路段上多用戶的出行選擇行為。將瓶頸路段上的多用戶分為兩類:一類是時間價值較高，可支配時間較靈活（懲罰時間價值較?。┑母呤杖胝?一類是時間價值較低，可支配時間較緊湊（懲罰時間價值較大）的低收入者。二者的區(qū)別在于時間價值系數(shù)和懲罰時間價值系數(shù)不同

6、。首先基于Greenshields模型，描述了瓶頸路段上多用戶流量的演化過程，并計算每種類型出行者在每個時刻的出行費用。通過各自的出行費用與流量的關(guān)系分別調(diào)整每類出行者在每個時刻流量的分配，直至Greenshields模型達到用戶平衡狀態(tài)。文中在收費時段設(shè)置了一定水平的收費，并分析了收費后瓶頸路段上的流入率變化和擁擠情況，以及擁擠收費對緩解交通擁擠的作用。
　　對于存在多用戶的瓶頸路段，優(yōu)化瓶頸路段上的單一擁擠收費水平和收費時段。

7、首先，應(yīng)用Greenshields模型得到穩(wěn)定狀態(tài)時多用戶的排隊車輛數(shù)和運動部分的速度。其次，基于Greenshields模型建立雙層規(guī)劃模型，其中上層模型是最小化最大排隊車輛數(shù)與最小行駛速度之差，下層模型是應(yīng)用Greenshields模型模擬多用戶的出行行為。并用改進的遺傳算法求解雙層規(guī)劃模型，得到最優(yōu)的收費水平和收費時段。最后，應(yīng)用一個簡單的算例來闡明所建立的雙層規(guī)劃模型及其算法。
　　(4)對于瓶頸路段上單用戶的出行存在“B