出行者有限理性条件下的网络均衡分析及其应用研究

论文摘要

交通出行行为的研究一直是交通运输领域研究的核心问题,出行者在出行过程中的决策行为直接影响着交通网络中交通流的分布状态,对出行者交通出行行为的分析和建模研究,是交通规划、交通网络改造、交通政策制定、道路收费标准决策以及交通管理技术评价与选择的重要基础。最近国内外许多关于交通出行行为问题的研究已经证明：传统交通出行模型中认为出行者“绝对理性”的假设条件受到越来越多的来自出行实验和实际调查数据的冲突,而行为经济学中“有限理性”的概念为我们研究出行者的出行决策行为提供了新的思路。考虑将出行者的出行过程分为两个步骤：首先,出行者对OD间的所有可以选择的路径进行评估,确定每条路径的出行效用；然后再以路径的出行效用为基础,根据决策准则在待选路径中进行选择,确定出行路径。本文将“有限理性”的概念分别代入这两个步骤：首先,‘在第一个步骤中应用“有限理性”中的“累积前景理论”对路径的感知出行效用进行建模,并对在此条件下的网络均衡模型进行了分析,进而将其应用于连续网络设计；然后,将“有限理性”中“令人满意的决策准则”代入到出行者的路径选择行为的建模,并以此为基础对城市交通拥挤收费进行了研究。具体研究内容如下：1、以“前景理论”中决策者在前景不明确条件下的决策过程为基础,结合交通出行的决策环境,对出行者在出行过程中的出行决策过程进行分析,应用传统“累积前景理论”中主观效用模型和概率权重模型建立出行者的主观路径出行效用模型和主观路径出行效用概率分布模型,然后结合数学微积分的相关知识,将只可以应用于路径出行效用离散随机分布情况下的传统路径感知效用模型进行改进,使其可以应用于路径出行效用连续随机分布的情况。2、将路径通行时间连续随机分布条件下道路交通网络中的交通出行作为研究对象,根据出行者对路径出行时间可靠度要求的不同将出行者进行分类,根据不同类型出行者对按时到达目的地概率的要求选取路径感知出行效用函数的参考点,并将其应用于以累积前景理论为基础的用户均衡模型中,结合变分不等式思想,建立了多类型用户的网络均衡变分不等式模型。3、在基于累积前景理论的交通网络均衡模型的基础上,采用二元变量将交通网络均衡模型转化为等价的混合整数不等式,结合单层优化函数对连续交通网络设计问题进行建模,将出行效用函数的取值区间离散化为一定量的小区间,在每个小的区间中将出行效用函数近似为线性函数,最终,可以将非线性的出行效用函数近似为一系列的分段线性函数,由此,连续网络设计模型就转化成了混合整数线性规划模型,从而使得连续交通网络设计模型可以获得全局最优解。4、借鉴“有限理性”原理中“令人满意决策准则”的原理,在对出行者有限理性条件下的路径选择行为进行分析的基础上,在出行者的路径出行感知效用中加入松弛变量,在此条件下分析交通网络用户均衡的条件,建立基于出行者有限理性满意决策准则的网络均衡模型,并进而建立在此条件下的交通流最优分布状态和最差分布状态的数学规划模型。5、以基于出行者有限理性“满意决策准则”的交通网络均衡模型为基础,借鉴拥挤收费“有效费率方案集合”的概念,针对交通流分布最差状态下的交通网络中出行者的总体出行时间,建立了最小化最大路网出行总时间问题的模型,同时建立了模型的求解算法。此外,本文中以丰富的算例分析,验证了以上模型的应用效果,并进一步揭示了出行者有限理性背景下,各决策环节中出行者的行为特性与网络均衡形态的特征,验证了了在此条件下连续交通网络设计中分段线性化的有效性和本文方法确定的拥挤收费方案的稳定性。算例分析中获得的众多有益结论不仅充实了模型研究的成果广并且为交通管理者相关政策的制定、管理技术的选择与评价,提供了具有现实意义的参考信息。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 表格索引
• 图形索引
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 论文的选题与意义
• 1.3 理论依据与国内外研究现状分析
• 1.3.1 基于累积前景理论的路径出行效用
• 1.3.2 基于累积前景理论的网络均衡模型
• 1.3.3 基于网络均衡模型的连续交通网络设计
• 1.3.4 出行者有限理性条件下的路径选择行为
• 1.3.5 基于出行者有限理性路径选择行为的拥挤收费研究
• 1.4 论文的研究内容与组织结构
• 1.5 本章小结
• 第二章 基于累积前景理论的出行者路径出行效用建模
• 2.1 概述
• 2.2 前景理论
• 2.2.1 不确定条件下决策理论的发展
• 2.2.2 前景理论的基本思想
• 2.2.3 前景理论的内容
• 2.2.4 累积前景理论
• 2.2.5 前景理论应用于交通出行研究的适用性
• 2.3 出行者感知效用的内容
• 2.3.1 主观效用函数
• 2.3.2 主观概率函数
• 2.4 基于CPT的感知效用建模
• 2.5 模型特性分析
• 2.5.1 参考点对感知效用的影响
• 2.5.2 效用分布与感知效用的关系
• 2.6 实例分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于累积前景理论的网络均衡模型
• 3.1 概述
• 3.2 路径出行时间建模
• 3.3 感知路径出行效用建模
• 3.3.1 参考点的确定
• 3.3.2 感知路径出行效用
• 3.4 出行者有限理性下的用户均衡模型
• 3.4.1 基于感知效用的用户均衡条件
• 3.4.2 基于感知效用的用户均衡模型
• 3.4.3 连续性证明
• 3.5 模型算法
• 3.6 算例分析
• 算例1
• 算例2
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于网络均衡模型的连续交通网络设计
• 4.1 概述
• 4.2 模型设定
• 4.2.1 双层规划模型
• 4.2.2 单层规划模型
• 4.2.3 单层模型的转化
• 4.3 算例分析
• 4.3.1 求解分析
• 4.3.2 不同离散化方案的灵敏性分析
• 4.3.3 离散改善结果的连续交通网络设计问题
• 4.4 本章小节
• 第五章 基于出行者有限理性满意决策准则的路径选择行为研究
• 5.1 概述
• 5.2 有限理性
• 5.2.1 绝对理性的缺陷
• 5.2.2 有限理性的出现
• 5.2.3 有限理性的满意决策准则
• 5.3 路径选择行为的有限理性
• 5.4 有限理性条件下的用户均衡条件
• 5.5 有限理性条件下的用户均衡交通分配模型
• 5.5.1 模型的建立
• 5.5.2 非凸性证明
• 5.6 有限理性条件下用户均衡交通分布情况的分析
• 5.7 算例分析
• 5.7.1 简单路网的交通分配
• 5.7.2 苏福尔斯路网
• 5.8 本章小结
• 第六章 基于出行者有限理性路径选择行为的拥挤收费研究
• 6.1 概述
• 6.2 边际成本定价法
• 6.3 基于出行者有限理性的拥挤收费建模
• 6.3.1 传统定价法的分析
• 6.3.2 模型的建立
• 6.4 算法分析
• 6.5 算例分析
• 6.6 本章小结
• 论文成果总结与展望
• 1. 论文成果总结
• 2. 研究不足与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件