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1、2007年第4期经济经纬ECONOMICSURVEYNo.42007基于时间价值的高速公路收费标准模型及仿真分析李华(华中科技大学社会学系,湖北武汉430074)摘要:中国高速公路建设始于20世纪80年代末,到目前为止高速公路收费标准的确定办法主要来自于经验,基本上是一种政府行为。笔者针对当前收费标准制定中存在的不足,从公路使用者角度出发,建立了基于时间价值的公路网络双层规划模型;并给出了一个实际案例,通过基于步长加速法和惩罚函数法的启发式算法对模型求解,然后利用实际数据进行仿真从而确定最优收费方案;文章最后对仿真结果进行讨论比较,分析了模型的可行性。关键词:时间价值;网络
2、双层规划;系统仿真作者简介:李华(1964-),男,江西遂川人,管理学博士,华中科技大学社会系管理系副教授,主要从事管理科学与工程研究。中图分类号:F224.0文献标识码:A文章编号:1006-1096(2007)04-0035-03收稿日期:2007-06-01车辆在有多条路径可供选择时,道路利用者将一、引言根据各条路径所提供的服务质量和支付成本等选择高速公路收费标准的理论模型研究是高速公路不同的路径。对此本文作如下假设:将沿某条公路收费系统研究的核心组成部分。高速公路收费标准路线完成其行驶任务的综合成本定义为公路阻抗的确定是否合理,将对一个国家的交通运输乃至整值,并假定
3、公路使用者在起始点与目的点之间以公个国民经济产生重大的影响(刘伟铭、等,2000)。目路阻抗值作为选择行驶路线的为主要因素。前,国外最常用的是考虑交通需求价格弹性(demand(1)公路阻抗值分析priceelasticity)和收费弹性(tollelasticity)的道路收公路阻抗值P是车辆运营所发生的所有直接费费标准方法(Williams,1999)。这种方法是建立在大用,一般包括实物消耗c、公路收费f和时间消耗t三量收费历史资料、社会和经济发展状况、道路使用者大类,其中实物消耗包括燃油、轮胎、车辆折旧等,而对收费的承受能力的基础上,而道路收费在我国仅时间消耗与人们的
4、时间价值观念等主观因素直接相十余年的历史,收费历史资料分析还比较落后,采用关。弹性分析法有很大的困难。目前中国高速公路收费(2)时间价值分析标准的制定主要依据历史资料、类似项目及还本付交通运输中客货车辆的时间价值VOT定义为出息的年限和金额,再参照国内相关高速公路的收费行个体为节约单位运行时间所愿意支付的货币界限情况制定收费标准,基本是一种政府行为,具有硬值。反之,车辆为节省每一单位货币而消耗的时间性规定的性质,不适合交通量分配存在竞争的情况。界限值即为时间价值的倒数,称为费用时间转换系本文针对收费标准制定中以建设方利益为主要考虑数ζ。因此,公路阻抗值可以用时间消耗来表示与
5、衡因素,很少顾及道路使用者利益,从而导致交通量流量:P=t+(c+f)3ζ。采用文献(詹燕、李硕,2002)失问题普遍存在的现况,在充分考虑用户路径选择提出的“时间-费率转换法”确定时间价值,进而确行为及车辆对道路的损坏即养护维修成本等多种因定其倒数费用时间转换系数ζ。素的基础上,建立了基于时间价值的公路网络双层2.符号定义规划模型;并采用基于步长加速法和惩罚函数法的考虑到模型的计算量,我们对不同车型的参数启发式算法(李志纯等,2001)对一实际案例进行仿全部进行折算,以小型车为标准建立并求解模型。真求解,最终确定最优收费方案。符号具体定义如下:设A'为给定路网G上所有路段
6、的集合,A为'给定路网G上高速公路路段的集合,N二、基于时间价值的公路收费双层规划模为路网G的节点集合;fa、qa、ca分别为路段a上的收型费标准、流量和营运费用,单位分别为元/车辆·km、1.公路阻抗值与时间价值辆/时、元;Fa为路段a上收费标准的可行域,单位为·35·元/车辆·km;Q为路网预测交通需求总量,单位为笔者利用matlab、vc++等工具,开发完成了公辆/时;C1a,C2a分别为路段a上车辆的轴组系数和路收费标准及营运仿真原型系统。该系统主要具有轮组系数;Pai为路段a上车辆轴载大于25KN的i模型求解和方案选择两大功能:(1)所谓模型求解,级轴载(包括车辆
7、的前后轴),单位为KN;Na为路段即是采用基于时间价值的公路网络双层规划模型并a上车辆换算成标准轴载的当量作用次数,单位为引入基于步长加速法及惩罚函数法的启发式算法对次/时;ta为路段a上的时间-流量函数,其中ta(q)其求解。通过适当的变换影响求解结果的参数和初4=ta(0)3[1+0.15(qa/va)],单位为时/辆;始点,便可以有效的找到比较满意的局部最优解,从VOT和ζ分别为车辆的时间价值和费用时间转换系而得到不同的费率方案。有关求解算法,笔者是直数,其值互为倒数;Va为路段a的通行能力,单位为接引用其他
