基于Y型双瓶颈模型的早高峰拥挤机理与调控策略研究

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舒缓早高峰通勤时的交通拥挤,是世界性的管理难题,交通拥挤造成的资源浪费和污染排放极大地阻碍了我国交通强国的建设进程。由于交通路网“多瓶颈”间关联性、通勤者异质性、目标到达时刻相异性、道路资源有限性和交通流时变性等多重因素限制,使得用户动态均衡存在多样性,判别更加复杂,有效拥挤调控策略相对薄弱。近年来,基于“多瓶颈”模型早高峰通勤问题的相关研究虽取得一定进展,但仍有以下问题有待解决:(1)已有“多瓶颈”模型早高峰通勤拥挤机理和演化规律研究主要基于特定场景(如瓶颈容量满足特定条件),缺乏对“多瓶颈”模型通用场景的全面分析;(2)已有“多瓶颈”模型早高峰通勤问题多基于个体通勤者的个体决策,缺乏对家庭用户决策行为的分析;(3)已有“多瓶颈”模型早高峰通勤拥挤调控策略主要针对个体用户,缺乏对个体和家庭用户通勤者拥挤调控策略的研究;(4)已有“个体-多瓶颈”早高峰通勤模型中系统最优视角下拥挤调控策略研究不足。综上,本文基于“多瓶颈”早高峰通勤模型中经典的“Y型双瓶颈”模型,充分考虑个体和家庭用户通勤者出行决策机理,通过文献研究和实践调研,主要研究工作如下:1.基于Y型双瓶颈模型的早高峰拥挤机理与演化规律。针对“Y型双瓶颈”路网中拥挤模式形成机理与演化规律判别复杂的问题,首先,分析个体用户和家庭用户通勤机理;其次,针对异质用户(个体和家庭用户)和同质用户(个体用户)通勤者分别提出两种不同的用户均衡状态影响因素判别标准,推理所有影响因素组合下各情景的用户均衡状态及判决条件。最后,解析拥挤模式的形成机理和演化规律,为后续制定合理高效的拥挤调控策略奠定基础。2.考虑个体和家庭用户早高峰通勤的错峰调控策略。针对个体和家庭用户通勤时拥挤调控策略不足的问题,引入错峰调控变量,充分考虑“Y型双瓶颈”路网特性(通勤者异质性、瓶颈关联性和汇流特性),构建基于Y型双瓶颈路网早高峰通勤的错峰调控策略模型。首先,推导了错峰调控策略影响下用户均衡状态共76种,并将其归纳为四种交通拥挤模式;其次,研究了系统总费用、总拥挤费用、系统性能、上游瓶颈处拥挤费用和下游瓶颈处拥挤费用等目标最小化时的最优错峰调控策略。最后,探讨了瓶颈容量扩充对降低系统总费用的影响,结果显示合理制定错峰调控策略可以消除上游瓶颈容量扩充可能导致的悖论现象,为交通管理部门制定合理的错峰调控策略提供理论依据。3.考虑个体用户早高峰通勤的拼车定价调控策略。针对个体用户通勤时拥挤调控策略相对薄弱的问题,首先,借鉴共享经济理论,引入拼车出行概念,充分考虑个体通勤者出行方式和“Y型双瓶颈”路网特性(双瓶颈关联性和汇流特性),构建基于Y型双瓶颈路网早高峰通勤的拼车定价调控策略模型。其次,模型结合费用补偿机制,讨论了以拼车平台利润最大化和系统负效用最小化为目标的拼车定价调控策略,并给出了定价策略的有效阈值条件。最后,研究结果表明,当通勤者都参与到拼车服务中时,拼车平台利润和交通系统负效用在其相应拼车定价调控策略下都能达到最优,并且以交通系统负效用最小化为目标的拼车定价调控策略能同时消除Y型双瓶颈路网中的交通拥挤进而达到社会最优。本研究是瓶颈模型在早高峰通勤问题上的扩展,是经济学理论在交通领域的深化,其成果丰富了早高峰通勤多瓶颈模型理论。在政府“智慧交通、低碳经济”的框架下,所提出的错峰调控策略和拼车定价调控策略可指导管理实践,为缓解交通拥挤、探索“智能共享、绿色出行”交通强国建设提供理论支撑。
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