城市道路交通拥挤收费双层规划模型

城市道路交通拥挤收费双层规划模型

摘要：随着国民经济的发展以及城市化进程的推进，道路拥挤收费作为交通需求管理中的一项重要管理措施被提出来治理交通拥挤。本文采用了双层规划模型对拥挤收费进行建模，上层模型以总的网络收益与总的网络成本之差，作为目标函数，下层采用弹性需求下的交通分配模型，模拟出行者的路径选择情况，利用增广拉格朗日乘子的方法对模型进行求解，并且设置算例对双层规划模型进行验证，为交通拥挤收费提供理论支持。

关键词：拥挤收费；双层规划模型；交通分配

Bi-level programming model of the urban road traffic

congestion charging

Abstract：With the development of national economic and urbanization process, road congestion pricing as a traffic demand management is an important management measures proposed to manage traffic congestion. In this paper, the bi-level programming model of the urban road traffic congestion charging, the top model in the difference of the total network revenue and total cost of the network, as the objective function, the lower under elastic demand traffic assignment model, the simulated travel path selection, using the augmented Lagrange multiplier method to solve the model, and set the example of bi-level programming model for authentication, and provide theoretical support for the congestion charge.

Key words:Congestion pricing；Bi-level programming model；Traffic assignment

随着社会经济的发展和城市化进程的加快，城市的机动车和居民出行需求量不断增长，城市道路交通需求大大超过交通供给能力，交通拥挤成为必然现象。日益严重的交通拥挤是目前我国大中城市面临的普遍问题，并已经成为我国城市可持续发展的主要障碍之一。城市道路拥挤收费系统是一项涉及到政策、经济、技术和工程规划等多方面的系统工程。拥挤收费作为交通需求管理的措施之一，以经济管理手段调整交通结构和交通流分布，通过提高交通出行者的出行成本，促使交通出行者重新选择自己的出行方式或出行时间，引导交通需求，从而使城市道路交通需求与交通供给相适应。

1 绪论

1.1 立题的背景和意义

道路交通是人们社会交往、经济活动的纽带和动脉，对一个国家或地区的发展和生活水平的提高起着及其重要的作用。随着科学技术的发展，小汽车的拥有量快速增长，由于道路建设相对迟缓、交通管理和控制缺乏有效措施等原因，世界各国的大城市均存在着不同程度的交通拥挤，成为制约大城市经济发展的一个重要问题。

在我国，汽车工业虽然起步的比较晚，但是现在随着改革开放以来国民经济的迅速发展，汽车也开始迅速的渗入到城市居民的日常生活中，城市中越来越多的消费者具备了购买汽车和使用汽车的经济能力，汽车已经慢慢成为广大人民的日常消费，并且随着经济的不断发展和生活水平的不断提高，广大城市居民的用车需求也将会越来越急迫。根据中国统计局2005-2011年中国民用汽车保有量统计分析(见图1.1)，可以看出我国近几年汽车保有量的增长速度之快。2011年年末我国民用汽车保有量达到10578万辆，比上年末增长16.4%，其中私人汽车保有量7872万辆，增长20.4%。在有利的国家政策以及经济高速发展的推动下，我国汽车持有数量会在很长的一段时期内都呈现较高的增长速度，城市机动化也将成为一个不可避免的趋势。

无论是国外还是国内，城市机动化已经成为城市经济发展的必然结果，而由此引发的交通拥挤问题就成为世界各国大城市正在面临的通病。大量的机动车涌向城市道路，最终导致城市交通需求的急剧增加，使城市交通供需矛盾日益突出。交通拥挤给社会造成了巨大的经济损失、降低了运输效率、加速了城市环境的恶化、制约城市经济的增长等。然而严峻的现实逐渐使人们认识到：单纯靠增加道路面积和长度，即增加交通系统的供给，不仅不能从根本上解决交通拥挤问题，而且会带来新的交通需求。

图1.1 2005-2011年我国民用汽车保有量

拥挤道路收费是现代城市交通管理的有效措施之一，拥挤道路使用收费是对特定时段和路段的车辆实行收费，从时间和空间上来疏散交通量，减少繁忙时段和繁忙路段的交通负荷。同时，促使交通量向高容量的交通系统转移、抑制私人小汽车交通量的增加、促进小汽车的有效利用、推进多人合乘的实施，实现道路的最有效使用，达到缓解交通拥挤的目的。

1.2 研究的内容

本文提出的拥挤收费模型采用了双层规划模型，将下层描述为弹性需求的分配模型问题，上层使得整个路网系统性能达到最优，建立了多讫点交通下的拥挤收费综合模型。

正文各章节的主要内容安排如下：

第一章绪论。简述了城市道路拥挤收费产生的背景和意义和论文的主要工作和结构组织。

第二章国内外拥挤收费的描述。对国内外拥挤收费的发展状况进行了一定的阐述，为下文中提出的双层规划模型做好了铺垫。

第三章拥挤道路收费问题的综述。介绍了道路拥挤的概念，提出了拥挤道路收费的目的和目标，并且介绍拥挤道路收费实施的条件。

第四章在交通分配理论的基础上，运用非线性规划理论，建立了弹性需求下的拥挤收费双层规划模型，并提出了求解模型的算法：

第五章本文给出了符合上述模型框架的算例，并运用上述求解方法对算例进行求解，证实模型的有效性。

第六章总结了论文研究的成果，提出了存在的问题和以后的研究方向。