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《广东工业大学》 2016年
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基于博弈理论的高速公路运营管理相关问题研究

张弓亮  
【摘要】:高速公路是人们出行、货运物流必不可少的公共设施,是国家经济、民生、国防中的一个重要部分。由于我国大部分高速公路是经营性的收费公路,其管理具有企业的特性,在运营管理过程中不可避免地出现收费效率低、收费广场拥堵、养护维修计划决策和养护资金投入合理和时效性等问题。这些常见问题对其经济效益及服务质量构成了重大的影响,引起了社会和投资管理者各方的不满。鉴于此,本文主要针对高速公路运营管理系列问题进行研究,旨在为经营性高速公路运营管理实践提供决策支持。本文的主要工作和研究结果如下:首先,从高速公路现阶段运营管理的现实情境出发,阐明了论文的研究背景,总结了论文研究的理论意义和实践价值;通过对相关文献进行了系统的梳理和评述,确定了论文的研究内容;针对论文的研究内容和拟达到的研究目标明确了研究思路,并设计了本文的研究框架。其次,研究了不确定性微分演化博弈模型的基础理论。以确定性演化博弈理论的分析开始,对确定性演化博弈的相关概念,博弈模型及模型的不足进行了系统梳理;为了对确定性模型的缺陷进行改进,论文将刘宝碇教授首创的不确定性理论引入到演化博弈模型之中,提出并建立了不确定性微分演化博弈模型,对博弈模型解的存在唯一性条件及解的稳定性进行了详尽的分析,并利用数值仿真的方法验证了模型的有效性。为论文后续章节研究奠定了理论基石。再次,就收费站管理中存在的逃费及收费广场拥堵问题进行了研究。首先针对高速公路收费管理中的逃费问题,从收费监督方和被监督方的策略选择入手,建立偷逃费行为的演化博弈模型,分析了确定性与不确定性微分演化博弈情形下被监督方与监督者方的最优策略选择,以及双方在进行策略选择过程中的动态演化过程,给出了博弈双方在确定性演化博弈与不确定性微分演化博弈达到稳定状态的条件,结合模型推演结果并考虑到联网收费系统基本实现的基础上提出了相应的建议。随后,针对高速路收费广场拥堵问题,以驾驶员为研究对象,运用确定性演化博弈与不确定性微分演化博弈理论,借助“鹰鸽博弈”模型,建立了驾驶员选择收费通道的博弈模型,得到在确定性演化博弈和不确定性微分演化博弈情形下的演化稳定策略,验证了驾驶员在收费广场选择收费通道博弈中存在均衡点的分析结果,并提出缓解收费广场堵塞问题的相关方案。最后,就高速公路的养护计划决策和养护管理进行了研究。在养护管理方面,为提高高速公路养护质量,降低养护成本,本文首先采用改进的目标规划层次算法,运用Stackelberg博弈理论对管理部门与出行者之间的交互过程进行分析,通过将改进的目标规划的层次分析法与Stackelberg博弈模型相结合,分析了出行者选择不同道路情形的养护决策问题,并对出行者与管理者所获得的效用进行了分析;最后,针对路面养护问题,在既要考虑养护成本的经济性又要考虑路面养护质量的双重目标下,运用博弈理论建立了路面养护多目标优化模型,通过对高速公路养护质量与成本两种不同的属性运用模糊聚类分析,将属性进行分组后建立相关问题的博弈模型,为公路养护质量与成本决策开辟了一种有效途径。
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