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《北京交通大学》 2019年
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考虑社会成本的多方式交通系统优化模型及算法

陈伯阳  
【摘要】:随着我国进入快速城市化阶段,一些大中城市的交通基础设施不断完善,已建立起包括多种交通方式在内的城市综合交通系统。多方式交通系统满足了不同层次的城市居民对于便捷、经济、安全、舒适的多样化和个性化出行的需求,但是伴随着机动车出行数量的激增,中国许多城市现已面对而且将会长期面对事故多发、交通拥堵等各种交通方面的难题。针对这些目前日益严重的交通难题,交通管理者必须从可持续发展的角度出发,不断对交通优化模型进行改进,在最大限度地满足社会经济发展和人民出行质量提高的基础上,达到降低环境污染、减少能源消耗的交通综合优化目标,本论文正是在这样的背景下展开的。虽然交通出行的多样化可以使居民出行具有更多的选择权,也使得出行更为便捷,这些都是交通系统的正外部性。但同时,多方式交通系统也具有诸多负外部性,例如,交通尾气产生的空气污染及其对生态环境的影响,采用不同方式的出行者间、出行者和非出行者间产生的空气污染、交通拥堵等社会公平性问题。多方式交通系统管理的目标就是要使多种交通方式之间相互支持,让多种交通方式能够在最优情况下运行,使出行者的出行效率得以提升,出行者的出行需求得以满足,这一问题的核心是要通过制定各种交通政策和管理手段引导居民的出行活动。本论文针对中国城市交通多方式出行的特征,研究了城市多方式交通系统的结构特点,分析了以出行者交通选择行为为核心的城市多方式交通流分配问题,对于城市多方式交通出行,采用适用的模型分析其外部性,进而对其外部性问题进行优化研究,本论文的研究成果可对改进整个城市多方式交通出行结构给予理论支持,对交通管理者各项管理措施的出台提供帮助。本论文的主要研究内容是:从交通可持续发展的角度,以多方式交通网络为研究对象,围绕多方式交通出行的供需关系以及社会外部性进行分析,构建了考虑社会成本的多方式交通系统优化模型,并且提出了算法对其求解。具体而言,论文主要在以下几个方面展开了研究工作:(1)采用分层网络拓扑模型来描述多方式交通系统的结构特征,分析了不同类型出行者的出行方式选择和路径选择行为,构造了多方式交通网络系统的广义出行费用函数,并以路段出行需求为自变量,提出了多方式混合交通条件下的路段阻抗函数,构建了基于多用户平衡准则的多方式交通出行网络流量分配模型,并设计了求解算法。(2)基于多方式交通超级网络,分析了出行者的换乘规律和换乘行为,考虑了出行时间、货币费用以及舒适度感受等三种因素,建立各类路段的广义费用函数以及超路径广义费用函数,提出了多方式交通系统的随机平衡分配模型,并设计了模型的求解算法。(3)分析了多方式交通系统的综合社会成本,给出了多方式交通系统的总费用模型,考虑了影响车辆排放和油耗的主要因素,构建了多方式交通系统的排放模型和油耗模型,并提出了基于综合社会成本的多目标双层规划模型,并给出了求解算法。(4)从交通拥堵和尾气排放这两个交通评价指标出发,分析了多方式交通出行的外部性问题,建立了这两个评价指标与路段交通量、出行速度、路段长度等之间的定量关系,采用灵敏度分析方法对交通网络的均衡流量进行了定量分析,在此基础上,以交通管理手段,例如交通价格,为决策变量,建立了多方式交通出行社会外部性优化模型,并给出了相应的求解算法。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:U491

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