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路网最优费率的双层规划模型及算法

黄亚飞 刘涛

黄亚飞, 刘涛. 路网最优费率的双层规划模型及算法[J]. 交通运输工程学报, 2006, 6(4): 105-111.
引用本文: 黄亚飞, 刘涛. 路网最优费率的双层规划模型及算法[J]. 交通运输工程学报, 2006, 6(4): 105-111.
HUANG Ya-fei, LIU Tao. Bi-level programming model and algorithm of optimal toll rate for highway network[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2006, 6(4): 105-111.
Citation: HUANG Ya-fei, LIU Tao. Bi-level programming model and algorithm of optimal toll rate for highway network[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2006, 6(4): 105-111.

路网最优费率的双层规划模型及算法

基金项目: 

国家西部交通建设科技项目 2003 318 492 35

详细信息
    作者简介:

    黄亚飞(1975-), 男, 湖南郴州人, 长沙理工大学讲师, 从事系统优化及智能交通系统研究

  • 中图分类号: U491.13

Bi-level programming model and algorithm of optimal toll rate for highway network

More Information
    Author Bio:

    Huang Ya-fei(1975-), male, lecturer, 86-731-8169048, xyrhyh@163.com

  • 摘要: 为寻求系统、科学的路网最优费率测算方法, 提出用双层规划模型描述路网管理者、收费道路经营者和车辆用户三者在费率决策中的博弈关系, 其中上层以路网用户盈余最大化为目标, 下层是弹性需求下的多车型随机用户均衡模型, 设计了遗传-模拟退火混合优化的求解算法。计算发现路网收费收入目标的高低将直接影响测算所得费率的高低, 进而影响各车型OD出行量, 且时间价值低的车型用户比时间价值高的车型用户受费率变化的影响要更为显著, 表明双层模型在费率决策过程中能兼顾相关各方的利益, 建模时考虑车型分类能更合理地反映现实情况; 与遗传算法、模拟退火算法相比, 遗传-模拟退火算法计算结果最优。

     

  • 图  1  路网

    Figure  1.  Highway network

    表  1  初始输入数据

    Table  1.   Initialized input data

    路段 ta0/h Camax/ (veh·h-1) uag/ (HK$·veh-1)
    客车 货车
    1 (2) 2.5 4 000 15.0 40.0
    3 (4) 2.5 4 000 15.0 40.0
    5 (6) 0.2 6 000 1.2 3.2
    7 (8) 0.9 4 000 5.4 14.4
    9 (10) 1.1 4 000 6.6 17.6
    11 (12) 0.9 4 000 5.4 14.4
    13 (14) 0.9 4 000 5.4 14.4
    15 (16) 0.2 8 000 1.2 3.2
    17 (18) 0.2 8 000 1.2 3.2
    19 (20) 0.9 4 000 5.4 14.4
    21 (22) 1.0 4 000 6.0 16.0
    23 (24) 0.9 4 000 5.4 14.4
    25 (26) 1.0 4 000 6.0 16.0
    27 (28) 0.2 6 000 1.2 3.2
    29 (30) 2.4 3 800 14.4 38.4
    31 (32) 2.6 4 200 15.6 41.6
    33 (34) 0.7 10 000 4.2 11.2
    35 (36) 1.2 16 000 7.2 19.2
    37 (38) 0.7 10 000 4.2 11.2
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    表  2  路网各OD对的最大潜在交通需求及参数

    Table  2.   Maximum potential demand of each OD and parameter

    OD对 客车qrs1¯/ (veh·h-1) 货车qrs2¯/ (veh·h-1) 参数κrs
    1→3 6 000 2 500 0.25
    1→10 6 000 2 500 0.20
    3→1 5 400 2 250 0.25
    3→8 6 600 2 750 0.20
    8→3 6 000 2 500 0.20
    8→10 6 000 2 500 0.25
    10→1 7 200 3 000 0.20
    10→8 4 800 2 000 0.25
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    表  3  费率与出行量计算结果

    Table  3.   Calculation result of toll rates and traffic flows

    预设财务目标 财务目标降低10% 财务目标增加10% 预设目标下推荐费率值
    客车 货车 客车 货车 客车 货车 客车 货车
    y33 (y34) 5.12 8.19 4.20 6.72 5.18 8.29 5.00 8.00
    y35 (y36) 14.34 22.95 12.11 19.37 14.29 22.86 14.00 23.00
    y37 (y38) 6.20 9.92 5.27 8.43 7.33 11.73 6.00 10.00
    q13 2 297.52 811.01 2 024.62 799.80 2 142.01 727.95 2 284.00 819.00
    q110 2 805.67 920.19 2 538.09 950.17 2 805.83 978.15 2 829.00 912.00
    q31 2 054.11 642.15 1 800.87 583.09 1 937.11 628.80 2 102.00 665.00
    q38 2 997.74 1 062.88 2 707.28 943.28 2 646.41 1 017.83 2 986.00 1 049.00
    q83 2 805.36 995.63 2 567.22 954.29 2 512.47 949.76 2 779.00 997.00
    q810 2 345.30 698.64 2 105.39 707.91 2 433.30 563.46 2 351.00 692.00
    q101 3 254.51 1 045.91 2 935.04 1 135.36 3 014.69 1 177.24 3 269.00 1 044.00
    q108 1 740.63 581.77 1 519.24 615.50 1 629.39 647.02 1 753.00 590.00
    收费收入V 391 108.16 316 340.52 378 426.91 395 692.00
    上层F -2 673 993.62 -2 684 736.15 -2 666 564.50 -2 671 487.93
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    表  4  收费路段流量值

    Table  4.   Flow calculation result of toll links veh·h-1

    SUE, θ=0.1 SUE, θ=1.5 SUE, θ=5.0 UE
    客车 货车 客车 货车 客车 货车 客车 货车
    x33 3 833.47 1 072.73 4 993.54 1 367.15 6 123.90 2 456.64 6 197.65 2 402.75
    x34 3 367.70 1 226.17 4 166.77 1 636.04 6 311.49 2 334.22 6 269.29 2 432.76
    x35 4 639.72 1 771.79 5 798.27 1 564.92 9 454.16 4 596.44 10 438.89 4 616.41
    x36 4 496.61 1 786.90 5 711.34 1 999.43 9 347.67 4 547.64 10 566.92 4 670.00
    x37 4 400.01 1 589.96 3 462.90 1 340.53 4 777.06 2 786.19 6 203.17 2 498.24
    x38 3 358.04 1 271.84 4 636.51 928.92 5 176.22 2 720.67 6 276.03 2 529.15
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    表  5  求解算法性能比较

    Table  5.   Performance comparison of algorithms

    算法 达到最优解的进化代数 达到最优解执行时间/s 收费纯收入值/HK$ 上层目标函数值F
    GA 87 1 610.69 352 698.41 -2 662 891.85
    SA 100 2 855.12 356 757.42 -2 666 773.89
    GASA 36 945.37 391 108.16 -2 673 993.62
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  • 收稿日期:  2006-07-21
  • 刊出日期:  2006-12-25

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