基于交通流特征的汉宜高速公路路段差异化收费费率研究

作     者：冯国帅 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王林

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：差异化收费 交通流特征 分路段 双层规划 费率 

摘      要：近几年,为深化供给侧结构性改革,推动交通运输高质量发展,高速公路差异化收费成为促进降本增效的一个重要手段。随着国家提出全面推广高速公路差异化收费,如何根据高速公路的实际通行状况,灵活制定相应的差异化收费费率标准,提升高速公路的经济效益、社会效益,将是未来重要的研究领域。为进一步探索高速公路差异化收费模式,提升费率标准的灵活性,本文以湖北省汉宜高速公路为研究对象,根据汉宜高速公路不同路段的交通流特征,基于湖北省现行分车型差异化收费方案,提出一种分路段与分车型结合的差异化收费方案,并制定了相应的费率标准。本文首先对湖北省2018年高速公路收费站各月交通量数据进行分析处理,在时间维度上,排除峰值的影响,选取交通量接近年平均交通量的月份进行研究。在空间维度上,以最短路为原则对选取月份交通量数据进行筛选处理,分别得出汉宜高速公路沿线各收费站及互通枢纽节点之间、各县区之间、各市之间三个级别层面的路段交通数据。通过分析收费站级、县区级、市级各路段交通流特征,将三个层面中交通流特征相似的路段进行合并处理,最终选定武汉西站、仙桃站等7个收费站作为道路节点,将汉宜高速公路分为6段,结合现行收费方案,提出一种分路段与分车型结合的差异化收费模式。考虑高速公路运营者与道路使用者之间的博弈关系,引用双层规划理论构建费率优化模型,其中,上层以高速公路运营者营运利润最大化为目标,下层以道路通行阻抗最小化为目标。采用模拟退火算法求解得出各车型优化后的收费费率,并根据各路段通行状况,结合Logit模型调整各车型在不同路段的收费费率,最终得到分路段、分车型差异化收费方案的费率标准。通过将分路段、分车型收费费率与现行费率、优化后费率进行对比,分析分路段分车型收费方案的优缺点,发现该方案不仅可以保证道路运营者获得一定的收益,还可以降低道路使用者的出行成本,并且能够针对性地改善各路段的交通状况。本文创新性地提出一种分路段与分车型结合的差异化收费方案,并综合考虑道路运营效益、出行成本、路段通行状况三个方面,针对不同路段、不同车型制定收费费率标准,为全面推广高速公路差异化收费以及相关决策的制定提供理论和方法上的借鉴。