不确定排放条件下道路收费模型研究

发布时间：2019-07-24 08:45

【摘要】：随着国民经济的飞速发展,城市交通需求迅猛增加,导致交通拥堵及其负外部效应如空气污染、交通事故频发、噪声污染等加剧,严重影响城市居民的生存健康和城市经济的可持续发展。道路收费作为缓解交通拥堵和减少尾气排放的有效手段之一,受到人们的广泛关注。在此背景下,本文综合运用交通规划理论、不确定规划理论、最优化理论、运筹学、经济学等,提出不确定排放条件下道路收费定价策略,旨在通过收费手段调节路网流量分配,控制交通需求,达到减少尾气排放的目的,为科学制定城市道路收费与拥堵排放治理提供参考。首先,论文综合考虑了影响排放估计的主要因素,分析了极端条件下对排放因子取值的影响,根据在模型中的应用情况分别采用模糊数和模糊随机数对排放因子的不确定性加以描述;此外,论文对路段排放量限制数据的不确定性进行分析,并采用随机模糊数来表示,为后文中与交通网络设计模型相结合做准备。其次,论文基于社会总效益最大化的目的,将道路总收费值用于支付治理该道路系统中尾气排放的成本,同时结合机动车尾气排放的多重不确定性,建立了基于路段收费方式的带有路段排放量约束的双层收费模型,并利用不确定规划理论和灵敏度算法相结合的方法进行求解,然后以实验路网为算例,通过改变模型中的可变参数,分析各主要指标的变化情况及相互关系。再次,论文将交通拥堵指数作为衡量路网拥堵程度的标准,通过推导拥堵里程比的计算方法,建立了最小拥堵等级计算模型和拥堵等级约束条件,用于对路网的优化潜力的预判和对拥堵程度的管理。此基础上,本文从不同收费方式角度出发,结合机动车尾气排放因子的不确定性和收费路段个数限制等要求,分别建立了排放因子不确定条件下,以系统总排放量最优为目标,基于路段收费方式的两阶段收费模型和双层收费模型,以及基于入口点收费方式的双层收费模型,并针对以上模型,分别提出模糊随机规划、步长加速法等数值算法与遗传算法相结合的方法进行求解。然后以实验路网为算例,对模型的优化效果进行比较。最后,论文以北京二环内主要路网为研究案例,对以上两种不同收费方式的减排模型进一步验证,通过计算该路网的最优拥堵等级确定拥堵等级限制目标,探讨了期望拥堵等级条件下排放优化的路段收费和入口点收费方案,研究结果表明,尽管两种收费方式机制不同,但在减排和提高网络性能方面均有明显效果。
【图文】：

图１－１氋峰平均交通指数对比图［２］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｆｏｒ邋ｐｅａｋ邋ａｖｅｒａｇｅ邋ｔｒａｆｆｉｃ邋ｉｎｄｅｘ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｍｏｎｔｈｓ１２１逡逑

于交通拥堵，北京市居民出行受影响的人数平均每天达１３８１．８万人次，平均每日逡逑每人次延误６６分钟，根据当年北京市全市职工年平均工资，由此造成的时间价值逡逑损失每天高达３２３８６．２万元，每年时间价值损失高达数百亿元［１］。如图１－１所示，逡逑２０１５年北京市全路网高峰时段平均交通指数为５．７，较２０１４年５．５高出３．６％，普逡逑遍处于拥堵状态［２］。逡逑商峰ｆ－均交Ｍ指数（２０１５年对比２０１４年）—２。１？年—ｍｉｓ年逡逑＾逦中邋＊押堵逡逑数逦■轻度押堵逡逑Ｉ竽本制逡逑１月逦２月逦３月邋４月逦Ｓ月逦６月逦７月逦８月逦９月逦１０月１１月１２月逡逑图１－１氋峰平均交通指数对比图［２］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｆｏｒ邋ｐｅａｋ邋ａｖｅｒａｇｅ邋ｔｒａｆｆｉｃ邋ｉｎｄｅｘ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｍｏｎｔｈｓ１２１逡逑此外，交通拥堵导致机动车行驶速度缓慢，行驶时间增加，，车辆加减速启停逡逑频繁，使得燃料难以充分燃烧。每年北京市仅在燃料消耗方面就浪费了邋７２２．９万升，逡逑平均每辆车每月仅燃油损失就达到３４８．４元。交通拥堵和燃料的不充分燃烧还带来逡逑了一系列的对生态环境的影响，包括温室效应、大气污染和交通噪声等。据统计，逡逑北京由于拥堵每日多排放二氧化碳１．６７万吨，氮氧化物、颗粒物和二氧化硫９．５逡逑吨［３］。从２０１２年至今，雾霾天气在北京及周边城市频繁发生，空气中可吸入颗粒逡逑１逡逑

图１－２论文技术路线图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１邋－２邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏａｄｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐａｐｅｒ逡逑９逡逑

排放数据以多种不确定参数的形式分别出现在模型的目标函数或者约束条件当逡逑中，需要基于优化理论以及模型的特点进行算法设计。最后举例验证模型和算法逡逑的有效性。具体技术路线如图１－２所示。逡逑－１逦道路拥坫收贽综述逡逑Ｉｆ？邋逦．ｉｔ路涵一逡逑ｉｆ逦？！考虑排放的道路拥堵收费模哨综述逦现肖研允成果及＋足之处逡逑；｜邋逦＾逡逑｜述逦？）个确定理论在交通领域的研允综述一逡逑Ｍ优拙坫收费模嘲框架逦ｋ逡逑逦＾邋道路拥堵收费的邱论研[傚逡灰诲危桑兀縍%和联系逡逑ｍ逦逦１邋＾逦次优拥坫牧Ｊ＊１逡逑ｇ逦ｎ逦校糊规划逦ｈ邋＾￣￣－邋逡逑方一一？不确定规划理论研[偅嗡婊：婊义希掊危蝈文：婊妫卞危垮义希隋危停铮睿簦悖茫幔颍欤跄Ｄ忮危蠼馑婊婊义希沃悄懿痉ㄥ危觯剩裕龋剩澹椋酰义希桑我糯ㄥ尾泛推渌妫邋义希体危卞问ń岷义希纱信佩巍负榕觯海椋樱取咐鰡—丨「设＾￥「翟涵￥一］逦求解箅法逡逑丨放约屯逦Ｉ．h压室蜃觕r糊件Ｉ丨丨排放量符合路Ｉ邋１逦１邋ｉ逦！逦．逦，逡逑；的社会Ｉ逦Ｉ邋＇逦＞逦Ｉ小确足规划理逡逑ｐｉ效益最４路＿＿
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X734.2;F542.8

【参考文献】