[发明专利]基于试错法和机动车流量的拥堵收费最优费率确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据试错法和收费区域入口路段机动车流量数据，确定拥堵收费最优收费费率的方法，属于城市交通管理与控制领域。

背景技术

交通拥堵一直以来就是城市交通运作的主要问题，它不仅使很多司机对城市交通沮丧而且污染城市环境、增加社会成本。交通拥堵增长了旅行时间，增加旅行时间的不确定性，产生了空气和噪声污染并降低了社会生产力。拥堵收费被认为是城市交通管理者管理交通需求，转移公交乘客人数的一项重要工具。许多已有研究专注于如何决定最优的拥堵收费费率。第一(对于收费位置没有限制)和第二(只对部分网络收费)最佳收费作为两个经济学的概念已经作为城市拥堵收费策略被广泛的研究。

城市交通拥堵收费的实际应用是本发明的重要关注点，三个已经存在的著名的(新加坡，伦敦，斯德哥尔摩)拥堵收费实施例都采用警戒线收费的方案。伦敦使用警戒线执照收费，另外两个城市使用警戒线入口路段的收费方式。众所周知，警戒线入口路段的收费方式更加有效和公平。因为其具有两个实用性质。首先，当警戒线拥堵收费开始实施的时候，交通网络管理者更关心收费区域内的交通状况；例如，当拥堵收费1975年第一次在新加坡设立的时候，新加坡陆上交通管理当局最初实施这项方案的目标是减少25％到35％进入收费区的总的交通流量。也就是说，进入某一收费区域总的交通流量应该受限于一个提前决定的界限值。其次，进入某一收费区域的每个入口收费值是相同的，以便于司机辨识和当局管理。

总的来说，尽管现有研究在理论取得良好的成果，但是其中很多对于拥堵收费费率的决定方法并不适用于实际应用，主要因为它们需要很多交通网络属性的精确数据，包括出行需求方程，路段旅行时间方程以及交通网络用户的时间价值。对于整个交通网络而言，这些数据很难得到。

发明内容

技术问题：本发明提供一种针对警戒线拥堵收费且不需要大量数据的基于试错法和机动车流量的拥堵收费最优费率确定方法。

技术方案：本发明的基于试错法和机动车流量的拥堵收费最优费率确定方法，包括如下步骤：

步骤一：根据城市交通网络的点、线及分区数据，建立交通网络拓扑图；

步骤二：基于步骤一中建立的交通网络拓扑图，确定收费区域及该区域的所有入口，并将各个入口确定为收费位置；

步骤三：设置进入每个收费区域的目标总车流量界限值，并在收费位置实施一个设定的初始收费价格方案；

步骤四：在当前收费价格方案实施的这段时间内，观测并记录车流量稳定后进入各收费路段的车流量；

步骤五：通过步骤四观测的各收费路段的车流量和步骤三确定的“目标总车流量界限值”之间的差值，根据自适应预测改正算法，计算得到新的收费价格方案；

步骤六：计算新的收费价格方案和旧的收费价格方案之间的差值，判断该差值是否小于判定阈值，如是，则将最后得到的新的收费价格方案作为最优结果输出，否则返回步骤四。

进一步的，本发明方法中，交通网络拓扑图包括城市交通网络的点、线及分区数据，所述的目标总车流量界限值是根据减少拥堵、优化环境的相对比值来确定的，所述的初始收费价格方案为任一价格方案，所述的自适应预测改正算法包含预测和改正两个过程。

拥堵收费措施通常具有针对性，针对城市中央商务区、快速路及外环线以及城市商业区等城市易发生拥堵区域进行收费，且这些城市通常具有较高的私人机动车出行比例，有完善的环路或拥挤区域易于划分，交通拥堵收费区域之外存在尚未饱和的路网或发达的公共交通可承担实施拥堵收费后而转移的巨大交通量。

本发明优选方案中，假设网络中共有I个收费区域，根据城市交通网络确定进入每个收费区域i，i＝1，2，...，I，的所有入口路段，并对这些入口路段进行收费且收费费率相同，用τ_i表示。τ＝(τ_i，i＝1，2，...I)^T表示所有区域的收费，上标“T”表示向量的转置。H_i代表进入预定的收费区域i的流量(入境总流量)界限值。

A代表网络中的路段集合。表示区域i，i＝1，2，...，I，的所有入口路段的集合。表示所有收费入口路段的集合。如果则τ_a表示路段a上的收费额，如果路段a不是收费区域的入口路段，则τ_a＝0。不同的收费方案τ会影响网络用户的路径选择并导致不同的平衡交通流。v_a(τ)表示路段a∈A的平衡路段交通流，T_a(v，τ)表示广义路段旅行时间函数：