公路网联网收费位置与费率组合优化模型及算法研究

论文摘要

对经济欠发达、交通流量小的地区公路网联网收费现状的调查表明,如果对所有可收费的路段都实施收费,可能出现某些收费路段经营处于亏损状况。因此,在决策路网最优收费费率的同时,还需对路网最佳收费位置进行选择,两者缺一不可,这对于西部边远地区路网收费问题的研究,意义尤其重要。 本文主要研究如何利用双层规划模型来测算公路网联网收费位置与费率组合优化的问题,其目的旨在兼顾路网管理者、收费道路经营者和道路使用者三方利益的前提下,减少系统阻抗,提高路网利用效率、服务质量,实现社会效益最大化的目标。具体研究内容如下: 一、建立弹性需求下的多车型随机用户平衡配流模型,模型真实地反映了路网交通需求量受道路收费高低等影响的弹性变化,以及路网中不同车型用户择路行为的随机性。 二、建立公路网联网收费位置与费率组合优化的双层规划模型,双层模型的上层以路网用户盈余最大或交通总需求最大为目标,下层是弹性需求下的多车型随机用户平衡配流模型。 三、针对双层模型本身的非凸性、求解难的特点,本文采用一种改进的遗传一模拟退火算法(IGA/SA)进行求解,该方法结合了遗传算法(GA)的并行搜索能力和模拟退火算法(SA)的概率突跳性两方面的优点。 最后的算例计算表明:多车型模型较单车型模型测算结果更符合实际;在路网中只对部分可收费路段实施收费是可行性的,同时也说明将收费位置与费率组合优化的必要;通过GA、SA、GA/SA、IGA/SA四种算法计算结果看出,IGA/SA算法在计算速度和精度上更可靠、更有效。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究目标
• 1.4 研究内容和论文结构
• 第二章 交通分配与路网收费研究动态
• 2.1 交通分配理论
• 2.1.1 单用户类的交通分配
• 2.1.2 多用户类的交通分配
• 2.2 路网收费费率测算方法
• 2.2.1 成本反算法
• 2.2.2 收费额最大法
• 2.2.3 双层模型决策法
• 2.2.4 其它方法
• 2.3 公路网联网收费现状
• 2.3.1 收费制式及收费方式
• 2.3.2 联网收费系统
• 2.4 收费位置与费率组合优化问题
• 2.5 小结
• 第三章 弹性需求下的多车型随机用户平衡配流
• 3.1 符号定义
• 3.2 多车型随机用户平衡配流模型
• 3.2.1 固定需求下的多车型 SUE问题
• 3.2.2 弹性需求下的多车型 SUE模型
• 3.3 SUE模型求解算法
• 3.3.1 STOCH运量加载技术
• 3.3.2 相继平均值法（MSA）
• 3.4 小结
• 第四章 公路网联网收费位置与费率组合优化双层模型
• 4.1 双层规划模型简介
• 4.1.1 双层规划模型的表示
• 4.1.2 双层规划模型解的性质
• 4.2 收费位置与费率组合优化双层规划模型
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 模型的说明
• 4.3 组合优化双层模型求解算法
• 4.3.1 遗传算法（GA）
• 4.3.2 模拟退火算法（SA）
• 4.3.3 遗传-模拟退火算法（GA/SA）
• 4.3.4 改进的遗传-模拟退火算法（IGA/SA）
• 4.4 小结
• 第五章 算例计算及分析
• 5.1 路网概况及模型参数设定
• 5.2 IGA/SA算法的参数标定
• 5.3 算例结果及分析
• 5.3.1 多车型与单车型模型结果的比较
• 5.3.2 IGA/SA与其它算法性能的比较
• 5.3.3 不同收费位置组合方案各指标的比较
• 5.3.4 多车型模型参数对结果的影响
• 5.4 小结
• 第六章 结论与进一步研究工作
• 6.1 主要结论
• 6.2 进一步研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录A （攻读硕士期间发表论文）