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城市商业土地利用与交通网络均衡分析

刘骞  
【摘要】:商业服务企业的区位分布与居民的消费出行分布及两者之间的相互作用很大程度上构成了一个城市的商业土地利用模式.一方面,受出行成本的影响,消费者的空间分布会呈现一定的聚集特性,由于企业的逐利性,消费需求的空间聚集往往会引起企业的聚集;另一方面,企业的聚集能为消费者提供更优的购物环境,更多的购物选择,从而反过来进一步促进消费者的聚集.由此可见,商业土地利用模型为我们理解城市经济与社会行为的空间分布提供了一个统一的框架,从而为制定全面的、可持续的城市土地利用与商业发展规划方案提供理论支持与决策依据.本文首先在城市交通网络背景下研究了中小型商业服务企业区位分布与消费者出行分布之间的相互作用,提出了一个商业土地利用均衡模型,并研究了相应的拥挤收费原理.该模型将居民消费出行的交通均衡与企业的竞争选址均衡纳入一个统一的框架,对居民出行与企业区位分布之间的相互影响进行了描述.通过将商业土地利用均衡问题转化为一个等价的变分不等式,研究了均衡解的存在性与唯一性.另外,针对提出的均衡模型,研究了相应的拥挤收费原理.在允许同时对居民与企业分别实行拥挤收费与拥挤税收政策的前提下,证明了存在一种最优拥挤收费方案,可使整个系统的社会成本得到最小化.对于上述收费方案,从经济学的外部性理论对其进行了解释.最后,通过一个简单的数值算例,验证了所提出的收费方案在减少社会总成本方面以及平衡出行者与企业空间分布方面的有效性.然后,通过进一步考虑企业的搬迁成本与商业中心容量约束,对此前提出的均衡模型作了推广与完善.首先,定义了一个具有搬迁费用形式的确定性商业土地利用均衡问题,并建立起等价的变分不等式模型.其次,进一步将商业中心容量约束引入第一个确定性模型.该容量约束分为两类,一类是商业中心客流容量约束,另一类则是商业中心企业进驻空间容量约束.通过分析与均衡问题等价的变分不等式模型,得到两个重要的发现:(1)在均衡状态下,当一个商业中心的客流容量约束是积极的时候,该中心将会出现瓶颈现象,在当地聚集的消费者将不得不排队购物,证明了与客流容量约束相对应的Lagrange乘子恰好可解释为排队的时间;(2)在均衡状态下,当一个商业中心的企业进驻空间容量约束是紧的时候,该中心将会出现企业间的区位转让协议并形成相应的均衡区位转让价格,本文证明了该价格恰好对应于企业进驻空间容量约束的Lagrange乘子,从而说明商业中心的区位转让市场是内生的,而非人为刻意构造.再次,考虑到企业与出行者个体的感知偏差与多样性偏好,应用随机效用理论,对上述的确定性均衡模型进行了推广,建立起相应的logit随机均衡模型,并通过建立等价的变分不等式模型对随机均衡的一些性质进行了研究.最后,在一个小型网络进行了数值实验,分析了不同的搬迁成本对企业与出行者的分布所产生的影响.最后,研究了城市中寡头企业的区位分布与居民的出行分布之间的相互作用,提出了一个具有双层结构的商业土地利用均衡模型.在模型的上层,每家寡头企业非合作地通过设计他在多个商业中心的最优分布方案来吸引消费者从而最大化其个人利润.寡头企业之间的竞争选址行为被归结为一个广义的Cournot-Nash博弈.在模型的下层,居民对寡头企业区位分布的反应被描述为一个具有购物出行链形式的随机用户均衡问题,相应的商业中心被纳入出行链来描述居民在出行过程中的消费选择及购物顺序.寡头企业与居民之间的互动可视为一个带均衡约束的均衡问题(EPEC).通过将上层问题与下层问题分别转化为一个变分不等式与一个严格凸优化问题,研究了二层均衡解的存在性及其现实经济含义.通过对随机用户均衡问题的灵敏度分析,提出了一种迭代求解算法.最后,通过数值实验检验了算法的可行性,对不同出行需求模式下企业与出行者在各商业中心的分布特征进行了研究,并分析了交通系统可达性对城市商业中心消费水平所产生的影响.


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