路段容量和路票约束下的交通网络均衡模型

摘要

可交易电子路票系统是交通需求管理的一种新方式，为缓解城市交通拥堵问题提供了新思路。
　　本文回顾了路票交易体系、路段容量约束和双层规划模型这三个方面的国内外研究概况，总结了现有的研究成果，在此基础上确定了本文的研究目标和研究内容。
　　首先，本文概述了路票交易约束下的交通网络流问题，路票交易体系是一种路权转让的交通需求管理制度，通过通行权的自由交易实现;实施过程中主要确定路票发行总量、发行时间间隔、初始分配制度、收费方案和交易市场，从城市交通拥堵角度分析了路票交易体系的经济学原理;基于此提出了路票交易约束下的用户均衡模型及等价的数学规划模型，并证明了交通网络均衡状态下路段流量的唯一性和路票交易市场中路票价格的唯一性。最后，在公平性、可实施性方面，将路票交易体系与拥堵收费进行比较。
　　对路票交易体系进行了两个重要的算法设计:路票收费方案的算法设计和路票价格的算法设计。根据用户均衡与系统最优这两个原则之间的差别——边际成本，设计每个路段需要收取的路票数，由路票守恒条件确定路票发行总量。然后，在给定的路票收费方案条件下，用外惩罚函数法将路票约束转化成无约束的交通网络流问题，结合牛顿算法求得路票价格。最后，通过编程，用C＃实现了牛顿算法、改进的牛顿算法、外惩罚函数法的求解程序，对算例路网设计其路票收费方案并求解路票价格，验证算法的正确性。
　　介绍拥堵交通网络流问题，用等价的数学规划模型表示路段容量约束，并用增强拉格朗日乘子法对路段容量约束下的拥堵网络进行配流。将路段容量约束添加到路票交易体系中，构造路段容量和路票交易两个约束下的双层规划模型，对部分拥堵路段收取路票时，通过Kuhn-Tucker条件将双层规划模型转化成单层非线性规划问题，利用松弛算法进行交通分配，得到局部最优的路票收费方案及路段流量。最后，将该算法应用于算例路网中，说明一个合理的路票收费方案能有效地缓解交通拥堵。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究概况

1．2．2 国内研究概况

1．2．3 研究概况小结

1．3 研究目标与研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 论文章节安排

第二章 路票约束下的用户均衡模型

2．1 路票约束下的交通网络概述

2．1．1 路票交易概念

2．1．2 路票交易体系的实施

2．1．3 路票交易体系的经济学分析

2．2 等价数学规划模型

2．2．1 传统用户均衡模型

2．2．2 路票交易市场

2．2．3 固定需求路票约束下的用户均衡模型

2．3 与拥堵收费比较

2．4 本章小结

第三章 路票交易系统的算法设计

3．1 路票收费方案的算法设计

3．1．1 传统系统最优模型

3．1．2 牛顿算法及改进

3．2 制定路票收费方案算例分析

3．3 路票价格的算法设计

3．3．1 基本原理

3．3．2 外惩罚函数法算法流程

3．4 求解路票价格算例分析

3．5 本章小结

第四章 路段容量和路票约束下交通网络设计

4．1 拥堵交通网络概述

4．1．1 路段容量约束概念

4．1．2 路段容量约束交通分配模型

4．1．3 增强拉格朗日乘子法

4．2 双层规划模型在城市交通网络设计问题中的应用

4．3 求解双层规划模型的算法

4．3．1 非线性规划问题(NLP)的转化

4．3．2 松弛NLP算法

4．4 算例分析

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要研究成果

5．2 主要创新点

5．3 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文和参与的科研项目