1、高速公路收费费率双峰调控模型研究第 2o 卷第 2 期2007 年 4 月山东科学SHAND0NGSCIENCEV01.2oNo.2Apr.2OO7文章编号:1002-4026(2(D7)02-(X)64-04高速公路收费费率双峰调控模型研究邹博,陈美波,周景雷,连剑 2,王刚 2(1.山东科技大学交通信息研究所,山东青岛 266510;2.山东省交通通信信息中心,山东济南 250002)摘要:高速公路交通出行具有明显的双峰出行规律, 将可变收费的理论应用于高速公路交通出行时间的调控,以缓解高峰时间交通拥挤.可变收费是一种在不同时段采取不同收费费率的收费方法,是一种有效的交通需求管理手段.在分
2、析影响高速公路可变收费费率标准的主要因素的基础上,给出高速公路交通需求模型以及不同时段费率同交通量关系模型,并根据山东省高速公路调查样本,采用线性回归法对模型进行标定.关键词:可变收费;费率模型;交通需求中图分类号:U412.366.1 文献标识码:ATheModelofVariableTollRateforExpresswayZOUBo,CHENMeibo,ZHOUJinglei,LIANJian,WANGGang2(1.InstituteofTrafficInformation,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingao266510,Ch
3、ina;2.InformationCenterofTrafficandCommunicationofShandongProvince,Jinan250022,China)Abstract:Expresswaytrafficconformstothebimodallawobviously,SOthevariabletolltheoryisappliedtothecontrolofexpresswaytraveltimetomitigatethetrafficjalninrushhours.Variabletollrateisdifferentindifferenttime,whichisalle
4、ffectivemethodfortrafficdemandsmanage.Basedontheanalysisofthemainfactorsaffectingvariabletollrate,wepresentthetraedemandmodelforexpresswayanddiscussthemodeloftherelationbetweentollrateandtrafficvolume.AccordingtotheresultsofexpresswaysurveyofShandongprovince,weadoptthemethodoflinearregressiontocalib
5、ratetheparametersofmode1.Keywords:variabletoll;ratemodel;trafficdemand1 引言近年来我国高速公路发展迅速,但随之而来的高速公路交通量也迅速增长,许多路段交通量已超过路段通行能力,致使服务质量有所下降.如济青高速公路淄博段平均 13 交通量已超过50000 辆标准小汽车,远远超过其设计通行能力,而交通量仍以每年 20%的速度增长,使得济青高速公路交通压力过大,车辆通行速度明显降低,造成高速公路不高速.根据山东省高速公路网 2005 年 7 月 2l 到 24 日调查数据分析 ,山东省高速公路网交通量随时间变化趋势如图 1 所示
6、_lJ.收稿日期:2006-09-03作者简介:邹博(1981 一), 男 ,硕士研究生,从事交通信息工程方面的研究.第 2 期邹博,等:高速公路收费费率双峰调控模型研究从图 1 中可以看出,高速公路网具有与城市交通网相似的双峰出行规律,交通量在一天中有两个高峰,在高峰时段路段交通负荷过大,出现交通拥挤,而在其他时段交通流量较少,高速公路大部分路段远远没有达到饱和,交通资源闲置.因此如何有效地使交通流在各时段合理的分布,缓解高峰时段交通拥堵,提高高速公路运行效率,是目前急需解决的问题.国内许多学者对道路拥挤收费以及高速公路可变收费标准模型进行了研究_2.但是以往的研究多是从微观经济学角度对费率
7、标准进行的,没能结合高速公路交通需求模型,也没有给出高速公路交通量和费率的定量关系.本文在标定高速公路交通需求模型的基础上给出了可变收费费率模型.2 可变收费的理论基础驿k蛐抖l3579111315l7l92l23时间 t,h图 l 山东省高速公路网交通量时间分布图可变收费即是在不同时段上(每天 024 点)采用不同的收费标准,如在高峰时段采用较高的收费标准,而在低峰时段采用较低的收费标准.采用可变收费模型,不是为了减少需要出行人员的出行次数,而是影响出行者的出行时间,使一部分想在高峰时段出行的道路使用者选择在平峰时出行,这样既有效利用了高速公路资源,又缓解了交通拥挤.根据先进国家(如美国)
8、对可变收费研究和应用的总结,可变收费有 3 大优点:(1)可有效调控高速公路交通量在不同时段的分配,达到优化通行能力和提高服务水平的目的;(2)可优化收费标准,提高运营收入;(3)由于交通量的合理分布,可提高高速公路上的安全性.拥挤道路使用收费作为一种经济手段,已经成为现代交通需求管理的有效措施之一.拥挤道路使用收费从时间维和空间维上可以分为静态收费和动态收费两大类.静态收费主要以边际定价原理为拥挤收费的理论基础,静态收费没有考虑路段通行能力的硬性约束,并且出行需求和出行成本不能随时间发生变化.动态收费将时间维和空间维综合考察,用不同时间不同收费费率来影响高速公路使用者的出发时间和路径选择方式
9、,使路网上的交通流重新分布并趋于均衡.可变收费与拥挤收费的不同之处主要在于拥挤收费只在高峰时段提高收费标准,而可变收费不仅可在高峰时段提高收费标准,且可在低峰时段降低收费标准.高速公路可变收费主要目的是调整交通流在时间段上的分布,所以高速公路可变收费属于动态收费.3 高速公路路网出行双峰模型高速公路网交通出行是满足双峰出行规律的,文献1中对山东省高速公路网的调查数据也证明了这一点.高速公路网中交通量一时间关系曲线如图 1 所示.如何选择一个合适的函数来描述高速公路的出行规律是建立高速公路交通需求模型的关键.在费率一定的情况下交通网络中交通量随时间的变化可以用两个二次函数来描述.在当前费率下,其
10、数学模型可以描述为:0():f.-+6-+c-,o(1)()=(1)L02+b2+c2,t1T24.当=一时 ,Q 为早高峰时交通量 ;=一时,Q 为晚高峰时交通量,参数.-,tz2,6-,6:,c-,c2可通过实际调查数据进行标定.加山东科学 2007 年4 可变收费费率模型及标定4.1 模型建立一切宏观的交通活动都产生于每个出行个体的出行决策.可变收费的实施,必然会引起高速公路出行者出行决策行为的改变,从而造成高速公路网流量的变化,达到交通流合理分配的目的.文献5中作者对高速公路交通量与费率的关系进行研究,并通过实际调查得到的数据得出高速公路交通量与费率关系在一定范围内可近似为线性关系6.
11、本文将路网流量 Q 和费率描述为线性模型,即:Q=口f+b(2)容易理解,当高速公路费率为 0 时即高速公路使用免费,路网上的交通量将会达到路网通行能力 QMAx;但高速公路费率为当前费率时路网交通量为当前交通量,即:当=0 时 ,Q=Q 似,即 b=Q 似.当 f=f 时,口 +Q=Q(T),即口=(Q(T)一 Q),将(1) 式代入得 :f(口 1+b1T+c1 一 QMx),071t1口=J,(3)【专(口 2+b2T+c2 一 QMx),t1T24命题 1 设 Q=Q(T,将(3)式代人(2)式得:f 舌(口 1+b171+c1 一 QMAx)+QMAx,071t1Q(T,=IJ(4)
12、【(口 2+b2T+c2 一 QMx)+QMx,t1T24由(4)式变形容易得到可变收费费率模型:=(Q 似一 Q)YQMx 一口 1一 b1TC1(Q 一 Q)(5)QMx 一口 2一 b2TC2(4)式即为高速公路不同时段费率与交通量的关系.我们注意到,一方面在费率确定时交通量是时间的二次函数,具有双峰规律;另一方面在一定时间段内 ,交通量与费率成线性关系,交通量随费率的提高而降低.将(4)式变形得到 (5)式, 即为可变收费费率模型.4.2 模型标定高速公路交通需求模型以及交通量与费率关系模型的标定需要大量的调查数据.本文通过对山东省高速公路网的交通量调查,对山东省高速公路交通需求模型进
13、行标定,进而标定出高速公路不同时段费率与交通量关系模型.0山东省高速公路网交通量调查采用 72 小时连续调查,调查内容为山东省高速公路路网交通量以及时空分布规律,调查地点选在联网收费的 165 个高速公路出入口车道.对调查数据分析得到山东省高速公路路网平均日交通量为 20.5851 万辆,高峰小时交通量 3.85 万辆,同时得到交通量时空分布和路段流量等信息.交通需求模型(1)中,有口,b.,C,口,b:,C6 个待定参数, 可以从路网交通量时间分布中抽取若干组数据作为样本进行标定.容易看出,这是一个六元线性方程组,可以通过线性回归法标定出参数的值为:口 1=一 0.0656,b1=1.312
14、,C1=一 3.788,口 2=一 0.018,b2=0.578,C2=一 1.77,贝 U:第 2 期邹博,等:高速公路收费费率双峰调控模型研究 67,一 0.0656+1.312T 一 3.788,012.5Q()=【一0.018+0.578T 一 1.77,12.5T24可计算出基于此模型得到的日交通量与实际调查得到的平均日交通量的误差为:Q 平均100%=100%=1.1%(6).:,0006561312T3788QMx+.一.+.,.24800180578T177I,1QMx+.一.+.其中,根据山东省高速公路现行收费政策,当前费率_,取值如表 1 所示.5 结语可变收费是一种有效的
15、交通需求管理手段,目前可变费率确定中主要采用成本反算法和类比法等经表 l 高速公路车辆通行费率(单位:元,车公里)济学手段,而很少考虑交通出行规律和交通需求模型.本文在给出高速公路交通需求模型的基础上,标定了路网交通流量和费率的关系模型,为可变收费在实际中的应用提供了理论依据,但可变收费要在现实中得到应用还须做好以下两方面的工作和研究:(1)加快高速公路信息化的建设,特别是进一步开展可变收费相应的电子收费的研究.(2)需要国家政策的支持和引导,以及对高速公路使用者的宣传教育,使广大人民群众理解可变收费的重大意义,政策得以强化实施的基础和关键.参考文献:1山东科技大学交通信息研究所.山东省高速公
16、路多路径交通流调查研究R.青岛:山东科技大学,2OY5.2任英伟,陆健 .高速公路可变收费标准模型研究J.公路交通科技,2OO2,13(1):9899.3张华音,周溪召 .多模式交通网络的拥挤道路收费双层规划模型J.系统工程理论方法应用,2OY5,5(10):78 804黄海军.拥挤道路使用收费的研究进展和实践难题J.国家科学基金,2OO3,10(2):198203.5李冬梅.高速公路拥挤收费费率研究D. 南京:东南大学,2OO4:98 103.6刘伟铭.道路收费系统的优化模型及算法M.北京:人民交通出版社,2OO4:58125.7黄海军.城市交通网络平衡分析理论与实践M.北京:人民交通出版社.1994.
