城市公共交通线路投资决策与运营优化模型研究

摘要

近年来，随着经济快速发展和城市规模增大，交通供给不均衡矛盾日趋严重，并成为制约城市发展的关键因素。由于城市土地利用紧张和资金不足，发展运量大、方便快捷、绿色环保的公共交通系统成为目前缓解交通拥堵最有效的策略之一。本论文围绕城市公共交通基础设施投资决策、公交服务运营管理以及基于运营优化的电动公交车投资可行性评估三个方面开展系统研究。研究结果进一步为城市公共交通规划管理提供理论基础和科学依据。
　　首先，研究了城市地铁系统中的环线投资决策问题，建立了同时考虑地铁环线运营效益与投资成本的理论分析模型。该模型基于圆形单中心城市中的径向-环形地铁系统，主要用以解决环线投资中的两个主要问题：环线投资时机和最优环线位置。模型通过引入临界径向地铁线密度和临界环线半径值，将全局性环线投资问题进行解析划分；且在任一给定的城市中，确定通勤者出行路线选择的解析均衡条件。然后，模型结合环线的投资运营成本，定义了环线的投资社会效益函数；并在给定人口分布函数的条件下，最大化环线投资的社会效益。模型给出了环线投资时机的充分条件，并解析了相应条件下的最优环线位置，且理论证明了径向地铁线密度越大，环线投资效益越小。此外，论文用数值例子对模型进行验证，揭示了径向地铁线密度、城市半径以及人口分布对环线投资时机以及环线最优位置的影响，为该问题的研究提供了许多有价值的结论。
　　其次，研究了公交市场中的运营竞争与合谋决策问题。提出了解析性公交运营博弈模型，分别在竞争与合谋环境下考察现任运营商与新进运营商博弈中的策略选择。模型考虑了现任运营商与新进运营商的关系：新进运营商基于运营商间的博弈均衡，评估进入市场后均衡时的运营利润，从而作出“进入”和“退出”战略决策；而现任运营商通过选择“接受”与“威慑”应对机制及制定相应运营策略以最大化利润。模型在竞争环境中考察了现任运营商在“接受”与“威慑”机制下的博弈均衡，得到了两种机制的占优选择条件以及相应运营策略；同时，新进运营商根据均衡策略，确定了“进入”与“退出”的决策条件。而且，模型分别在“接受”与“威慑”机制下，得到了现任运营商的合谋达成条件解析式，以及合谋对新进运营商的影响；并通过比较合谋利润，确定了“占优”机制。另外，模型基于竞争与合谋的情形，分别比较了不同机制下的公交服务水平和社会福利，并从政府的角度确定了是否引入新进运营商。
　　最后，提出了一种基于最优公交运营策略的成本-效益分析模型，研究了电动公交车的投资可行性评估与投资策略问题。该模型分别在固定需求和弹性需求条件下，确定了不同运营目标下两种公交车的最优运营策略，从而得到了不同目标下电动公交车的投资可行性条件。同时，将排放成本考虑进模型，通过比较电动公交车的运营效益，探讨了环境因素对投资可行性的影响。然后，模型根据两种公交车的运营效益比较，确定了“临界投资条件”，从而系统考察了电动公交车投资策略：不投资，补贴投资和不补贴投资；且确定了相应补贴水平。此外，模型讨论了动态混合运营策略在电动公交车现实推广中的作用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 研究目标与意义

1.3 论文总体结构与主要内容

1.4 主要创新点

第二章 文献综述

2.1 国内外研究概况

2.2 现有研究的不足

第三章 城市地铁环线投资决策优化模型

3.1 引言

3.2 模型组成部分

3.3 环线位置优化模型

3.4 最优环线位置与模型性质

3.5 算例分析与模型应用

3.6 本章小结

第四章 公交市场运营竞争与合谋决策模型

4.1 引言

4.2 模型准备

4.3 竞争运营模型

4.4 合谋运营模型

4.5 社会福利比较

4.6 本章小结

第五章 电动公交车投资：可行性评估与决策模型

5.1 引言

5.2 模型准备

5.3 固定需求下运营优化模型

5.4 弹性需求下运营优化模型

5.5 电动公交车投资策略分析

5.6 算例分析

5.7 本章小结

第六章 总结与研究展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录A 推论3.1证明

附录B 定理3.1证明

附录C 推论3.3 证明

附录D 内燃机公交车的排放评估

附录E 论文部分图与表格

附录1 攻读博士期间完成的学术论文目录

附录2 攻读博士学位期间参与的科研项目及获奖