[基于动态交通网络交通拥挤收费研究]沈阳静态交通收费

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基于动态交通网络的交通拥挤收费研究

【摘要】城市道路是城市的重要基础设施。随着城市机动保有量的迅速增加，城市道路网络变的拥挤不堪，为了缓解这种状况国内外学者进行了大量的研究；其中之一的道路拥挤收费主要是从需求管理的角度来抑制机动车进入拥挤路段，从而来降低交通拥堵。本文通过建立拥挤收费模型并给出解法，来具体求解在动态交通网络下的拥挤收费费率。

【关键词】拥挤收费；动态交通网络；平衡流理论；凸组合法

引言：交通拥挤收费作为一种市场机制，是对在拥挤时段进入特定路线和区域的机动车用户收取一定的费用，从而把这些用户在发生拥挤施加给其他出行者的延误成本内部化，并且通过收费来激励高峰出行的转移：将高峰出行转移到非高峰出行；将高峰拥挤路段出行转移到非拥挤路段出行；交通拥挤收费理论的思想最早是由美国经济学家Pigou（1920）和Knight（1924）提出来的Waters和Viekrey（1955）在此基础上发展了该理论。其作为一种交通需求管理的策略含义就是从交通拥挤的源头出发，通过价格机制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。

1、城市道路拥挤收费费率的影响因素

为了确定城市交通拥挤收费的费率，就必须首先研究影响城市交通拥挤收费的因素，影响交通费用的因素如下：

（1）交通量的大小

对于单个路段而言，当路段的交通量大于通行能力的时候，拥挤就会产生，路段交通量超过路段通行能力越多，则拥挤越严重，收费可以调节路段交通量的大小，将路段交通量控制在比较合理的范围之内。拥挤收费费率一般与路段交通量成正比，交通量越大，拥挤收费费率也应该制定得越高。

（2）道路条件

道路交通条件同样影响着拥挤收费费率的大小，出行者往往会选择最好的路线，以期获得最大的效益。这些效益主要包括舒适度、出行时间，出行成本等。道路条件越好，就会有更多的出行者选择该条路线。

（3）拥挤持续时间

交通拥挤基本发生在高峰小时，当道路拥挤持续时间较长时，由于在收费情况下时间存在货币价值，等同于金钱，所以费率就要制定得相对较高，以促使出行者尽量在平峰出行相反，拥挤持续时间较短时，费率就制定得相对低一些或者不进行收费，以便使驾驶员调整出发时间在平峰时出行。

（4）居民的消费心理

居民个人收入、消费心理以及对收费标准的承受程度是影响收费标准确定的一个重要因素，其具体表现为车辆拥有者愿意或者能够支付多少拥挤费来使用收费道路。拥挤收费已将城市道路进行了商品化，商品受价格机制的控制，因此，不能忽略拥挤收费标准的设置对用户的承受能力以及对用户消费心理的影响。

2、拥挤收费下的出行阻抗分析

广义费用函数描述了出行者在道路上的行程费用与道路上的交通条件之间的关系，是拥挤收费模型得以建立的基础.模型中忽略公共交通，而主要考虑小汽车的出行阻抗。考虑拥挤收费路阻时，主要考虑以下因素：

（1）出行时间

出行时间是指交通用户从出发点到达目的地总的时间。运行时间受到道路状况、车辆状况和交通状况的影响。对于出行者而言，出行时间对其进行线路选择具有指导意义。

（2）出行费用，

对于小汽车出行者，出行费用主要是运营费用和加收的交通拥挤费用等。对于公交出行者，出行费用主要是指公交票价。

（3）交通量

此模型研究的是动态的交通网络，所以路段交通量分配随时间不断变化，这种变化直接影响到个体对出行路线的选择。通过以上的分析，可以得出小汽车的出行阻抗：

3、拥挤收费条件下出行者路线选择原则

假设所给的OD出行需求量是随时间动态变化的，则拥挤收费下的平衡条件是：对于每一OD点对，每个出行者，无论其出发时间如何，所经历的实际路线行程时间都相等且为最小。同时，每一OD点对之间的任何未被使用时-空路线的实际行程时间大于或等于最小的实际路线行程时间。换句话说，在平衡时，如果在起点r选择在时间t出发且选择行驶在路线k上和行驶目的地为s的流量为正的话，即，则与其相应的实际路线行程时间为最小。相反，如果，则与其相应的实际路线行程时间大于或等于最小的实际路线行程时间。

4、动态交通网络下拥挤收费模型的建立

此模型建立的基础是动态交通网络下的UE平衡。模型中忽略了其他机动车出行方式，单独考虑出行者以小汽车作为出行方式时的路线选择。路线选择以广义出行费用下的最小阻抗为依据，选择阻抗最小的路线作为出行路线。参考文献构建了如下出行选择模型：

其中表示O―D对r―s间路径k上的流量， 表示起点r与终点s间的出行量， 为关系变量，；是与OD对r―s对应的需求函数的反函数，。

目标函数是与变需求平衡问题等价的极小化问题。

　代表一组流量守恒约束，表明每一O-D对间的所在路径上交通流量之和必须等于该O-D出行量； 为非负约束，它保证规划问题的解具有物理意义。强调了是一个非负变量而不是常量。

5、模型验证

模型～等价于变需求平衡问题，只是将阻抗函数进行稍微改动，所以模型仍具有等价性与唯一性。

6、结语

本文模型中只考虑小汽车一种出行方式的选择是此模型的最大局限点，但考虑到公交车数量占机动车数量中比例较小，造成道路拥挤的主要原因是小汽车数量过多，所以此模型还是具有一定的实用性。针对模型中的这种不足，作者将会在以后的文章中展开进一步的研究。

参考文献：

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[1] 李斌，黄海军.新加坡道路收费系统的实践和经验[J].公路交通科技， 2000， 17（3）： 59―62.

[2] 张华歆，周溪召?多模式交通网络的拥挤道路收费双层规划模型[J]?系统工程理论方法应用，2005， 14（6）： 546-551?

[3] YOUNES H， MICHAEL F， DONALD W， et al? Congestion Pricing for Multi-mode l： Transportation Systems [J]?Transportation Research Part B， 2006： 1-17?

[4]黄海军.著.城市交通网络平衡分析――理论与实践[M]，人民交通出版社.

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