高速公路干線干線交通規(guī)劃方案研究

高速公路干線干線交通規(guī)劃方案研究

1競(jìng)爭(zhēng)性路網(wǎng)隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，相關(guān)交通需求越來越少，導(dǎo)致交通擁堵和道路交通事故的現(xiàn)象。為緩解交通需求與交通供給矛盾、降低交通事故率,我國(guó)多地早期修建的高速公路逐步步入拓寬改造或修建復(fù)線的時(shí)期,受公路走廊帶資源限制等影響,沿原道路進(jìn)行拓寬實(shí)施難度巨大;于是,修建復(fù)線成為各地交通主管部門的首要選擇,這樣就形成兩條甚至多條高速公路并行的路網(wǎng)格局。從吸引交通需求的角度看,這樣的高速公路形成了競(jìng)爭(zhēng)性路網(wǎng)。目前,大部分區(qū)域高速公路收費(fèi)制式以起訖點(diǎn)最短距離計(jì)費(fèi),即通過檢測(cè)起訖點(diǎn)來計(jì)算通行費(fèi),而不是檢測(cè)出行者行經(jīng)路網(wǎng)中的實(shí)際道路。從路網(wǎng)角度出發(fā),復(fù)線雖然通行環(huán)境較好,但其綜合運(yùn)營(yíng)距離相對(duì)較長(zhǎng),因此,對(duì)于交通出行者而言,在同樣的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)下,運(yùn)營(yíng)距離成為其選擇出行路徑的前提條件,從而導(dǎo)致原道路交通需求居高不下,復(fù)線交通需求相對(duì)較少的尷尬局面,造成一定的道路資源浪費(fèi)。本文通過豪泰林模型對(duì)競(jìng)爭(zhēng)性路網(wǎng)進(jìn)行研究。首先,假定對(duì)于出行者而言,復(fù)線相對(duì)于原道路增加一個(gè)附加功能,附加功能可理解為復(fù)線因技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、道路狀況良好而帶給出行者的舒適性、安全性及可靠性(這部分功能相對(duì)于原道路不可替代);其二,假定原道路、復(fù)線的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)在一定范圍內(nèi)允許調(diào)整。于是,原道路、復(fù)線在交通影響區(qū)的相對(duì)位置,通過構(gòu)建拓展線性的豪泰林價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)模型,分析原道路、復(fù)線在差異收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)情況下對(duì)路網(wǎng)交通需求分配的影響程度以及通過差異收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)合理均衡交通需求的可行性。2線性豪泰林模型的建立2.1交通影響區(qū)出行費(fèi)用及出行時(shí)間模型本文以豪泰林模型為基礎(chǔ),結(jié)合交通需求管理實(shí)際,對(duì)模型做出如下假設(shè)。(1)交通影響區(qū)域一般應(yīng)由市、縣(區(qū))行政區(qū)劃為界,但本文假定影響區(qū)由橫向X[0,1]、縱向Y[0,1]構(gòu)成,出行者均衡分布于影響區(qū)內(nèi),原路、復(fù)線分別位于影響區(qū)繞城高速公路互通1(a,0)和互通2(1-b,0)上,其中,a≥0且1-a-b>0。基本假設(shè)見圖1所示。(2)假定復(fù)線除提供基本的出行服務(wù)后,另含一個(gè)附加性能S(原路不可替代),并令θ為出行者對(duì)S的偏好,且θ∈[0,1]。(3)綜合考慮交通影響區(qū)內(nèi)部道路網(wǎng)絡(luò)的通達(dá)度,假設(shè)出行者內(nèi)部出行費(fèi)用為λ(x-a)2、λ(1-x-b)2。(4)假定T1、T2為出行者選擇原路、復(fù)線所需要的出行時(shí)間,出行時(shí)間應(yīng)通過出行時(shí)間模型進(jìn)行標(biāo)定,為簡(jiǎn)單起見,本文假定原路、復(fù)線的出行時(shí)間分別為維持在三級(jí)、二級(jí)服務(wù)水平下的路段平均時(shí)間,并通過時(shí)間價(jià)值參數(shù)λ轉(zhuǎn)換為出行成本。(5)令p1、p2分別為原路、復(fù)線的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn),并令交通需求經(jīng)互通1、互通2行經(jīng)原路還是復(fù)線至終點(diǎn)可以被識(shí)別并分別計(jì)費(fèi)。2.2原路、條x,y模型在上述假定條件下,令偏好為θ的出行者選擇復(fù)線出行,則對(duì)于交通影響區(qū)(x,y)的出行者而言,原路、復(fù)線的效用函數(shù)分別為:對(duì)于式(1)、式(2)而言,當(dāng)出行者選擇出行路徑滿足wordrop第一原理時(shí),有U1(x,y)=U2(x,y)時(shí),于是可解得x為:則對(duì)應(yīng)原路、復(fù)線承擔(dān)的交通需求D1(p1,p2)、D2(p1,p2)分別為:于是,可以建立原路、復(fù)線的收益函數(shù)π1(p1,p2)、π2(p1,p2)分別為:式(6)、式(7)中c1、c2分別為原路、復(fù)線的運(yùn)營(yíng)、日常管理及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。2.3原路、條線路的均衡收益函數(shù)若假定原路、復(fù)線都可以選擇各自的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)pi使得自身收益最大化,那么一階條件分別為:可以解出原路、復(fù)線最優(yōu)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為:則原路、復(fù)線的均衡收益函數(shù)分別為:3條3:原線、條2—博弈模型的交通經(jīng)濟(jì)意義分析對(duì)于式(12)、式(13),令,則收益函數(shù)πi*分別對(duì)θ、ΔT求偏導(dǎo)數(shù):于是,由式(14)、式(15)可以分析得出:(1)原路π1*隨著出行者偏好θ、復(fù)線附加性能S的增大而減小,而復(fù)線π2*隨著出行者偏好θ、復(fù)線附加性能S的增大而增大;(2)原路π1*隨著原線、復(fù)線行程時(shí)間之差ΔT的增大而減小,而復(fù)線π2*隨著原線、復(fù)線行程時(shí)間之差ΔT的增大而增大。從上述推論來看,復(fù)線無論從附加性能,還是行程時(shí)間等,都應(yīng)該較原路能吸引更多的交通需求。但是,從路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)實(shí)際情況及圖1看,交通需求選擇互通1(a位置)、互通2(1-b位置)進(jìn)入高速公路網(wǎng)絡(luò)后,互通1、互通2至交通吸引源的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為最短距離收費(fèi),即現(xiàn)狀收費(fèi)制式不能區(qū)分交通需求是走行原路還是走行復(fù)線,只能按原路(相對(duì)距離較短)進(jìn)行取費(fèi)。在這種收費(fèi)制式下,雖然復(fù)線相對(duì)于原路有更高的行車舒適度、較大的行程時(shí)間之差,但復(fù)線吸引的交通需求相對(duì)而言低于原路,造成一定的道路資源浪費(fèi)。因此,本文考慮對(duì)原路、復(fù)線采用差異的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)均衡交通需求。4原路與條道收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)之差合作博弈是指博弈雙方能達(dá)成有約束力的合作協(xié)議,使得雙方利益都有所增加,或至少一方利益增加的同時(shí),另一方的利益不受損害。對(duì)于原路、復(fù)線這樣的競(jìng)爭(zhēng)性路網(wǎng)而言,交通管理者對(duì)其擁有絕對(duì)的管理權(quán)限;換句話說,在收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行力度上,原路、復(fù)線具有超強(qiáng)的約束力。于是,建立原路、復(fù)線的總收益函數(shù):若使原路、復(fù)線的總收益最大化,則總收益函數(shù)π對(duì)p1、p2的偏導(dǎo)數(shù)為:令式(17)、式(18)為0,則原路、復(fù)線的最優(yōu)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)之差為:從式(19)可以看出,原路與復(fù)線的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)之差取決于兩條道路管理養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、路段行程時(shí)間、復(fù)線給出行者帶來的附加性能及兩道路相對(duì)位置等。一般而言,對(duì)于已運(yùn)營(yíng)的高速公路原道路、復(fù)線,管理養(yǎng)護(hù)費(fèi)用及兩道路相對(duì)位置已經(jīng)確定,因此,收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)著重考慮出行者偏好、路段行程時(shí)間以及對(duì)出行時(shí)間貨幣化的轉(zhuǎn)換等。實(shí)際中,可以通過調(diào)整收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn),統(tǒng)計(jì)分析競(jìng)爭(zhēng)性路網(wǎng)中的交通需求分配情況,并通過擬合的方法使得交通需求合理化地分配于路網(wǎng)之中。5基于模型的交通風(fēng)險(xiǎn)的分析本文將豪泰林模型引入交通需求管理領(lǐng)域,同時(shí)對(duì)模型進(jìn)行拓展應(yīng)用,建立了考慮競(jìng)爭(zhēng)性高速公路網(wǎng)位置、出行者對(duì)新建公路附加性能的偏好、路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)期管理養(yǎng)護(hù)成本、差異收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等的博弈模型,通過對(duì)模型求解論