供给不确定下收费道路的差别定价和容量决策研究

Large development of the transportation infrastructure and optimization of the transportation structure are the fundamental way to ease traffic congestion. Traditional road pricing and investment models usually are examined in a deterministic environment, which assumes that road supply, i.e., realized capacity of road, is perfectly known for users and road operators and always invariable in the process of modeling analysis. In reality, road supply is subject to stochastic variations because of bad weather, incidents, temporarily road maintenance, or other non-recurrent factors, which result in realized capacity of road degraded to different degrees at a probability level. Considering that, using comparative static analysis, this project first develops road differential pricing and investment models in a stochastic environment, investigate the conditions of the self-financing theorem and capacity expansion, and then compare the optimal properties of road operating under different expected objectives or traffic information schemes. Second, through a combination of theoretical analysis and behavioral experiments, this project explores the impact mechanism of traffic information on different types of commuter travel, and then assesses the efficiency and fairness of information release strategies. Third, this project studies which types of pricing schemes will be chosen by road operators in a competitive environment. The decision-making models established in this project can provide a reference for financing the construction of transportation infrastructure and the release of traffic information.

大力发展交通基础设施建设、优化交通出行结构是缓解交通拥堵的根本出路。传统的道路定价与投资优化模型通常假设确定性的供给环境，道路的设计容量一旦设定就不再变化。现实中，由于恶劣天气、临时性修路以及交通事故的影响，交通供给经常发生随机变化，设计容量也依概率退化至不同的状态。考虑此，本项目首先建立随机环境下的道路差别定价与容量优化模型，通过比较静态分析，给出道路供给的自融资条件和容量增大条件，并对比分析不同目标准则或不同交通信息下道路运营的最优结果；然后，通过理论分析与行为实验相结合的方式，研究交通信息对不同类型通勤者出行的影响机理，评估信息发布策略的效率与公平性；最后，引入竞争机制，研究运营商在竞争环境下如何选择定价策略。本项目所建立的决策模型可以为交通基础设施项目的融资建设和交通信息策略的发布提供决策参考。

交通基础设施建设是城市乃至区域经济发展的基础和先决条件，是社会经济活动的联系纽带。世界各地的实践表明，大力发展交通基础设施的建设、优化交通出行结构是缓解城市交通拥堵的根本出路。传统的道路定价与容量决策模型通常假设确定性的供给环境，道路设计容量的设定较少考虑未来区域交通供给的变化。道路建成运营之后，由于恶劣天气、临时性修路和交通事故等突发事件的影响，通行能力可能依概率随机退化至不同的状态。区域内与之竞争的其他交通道路和公共交通的新增供给和价格策略也会进一步扭曲交通道路的定价决策和运营。本项目综合运用交通管理科学、经济学与行为科学的相关理论和方法，围绕供给不确定下交通道路的差别定价和容量决策机理开展了系统深入的理论分析和数值研究。首先构建了随机突发事件影响下的道路定价与容量优化模型，找出了容量随机退化下道路供给的自融资条件和容量增大条件，对比分析了社会福利最大化和利润最大化目标准则下道路供给决策的最优性质；然后，通过理论分析与行为实验相结合的方式，研究了交通信息对通勤个体出行和道路运营决策的影响，揭示了朋友圈出行信息影响下的个体出行选择机理；最后，在居民出行选择的基础上，考虑竞争因素，探讨了多模式城市背景下的交通基础设施定价或补贴策略。项目研究成果可以为收费道路乃至交通基础设施的建设与运营以及信息引导、价格机制等需求管理政策的推行与评估提供理论基础和决策参考。. 项目执行四年，在Transportation Research part B、Transport Policy、系统工程理论与实践等国内外重要刊物和会议上发表标注学术论文11篇，其中SCI(E)/SSCI检索4 篇；5篇相关工作论文处在修改完善中。项目组举办计算交通科学国际研讨会议1 次（CTS 2013），项目成员参加国内外学术会议和合作交流12次，获得第11届服务系统与服务管理国际会议(ICSSSM’2014)Best Paper Award、第7届计算交通科学国际研讨会(CTS 2015) Excellent Thesis Award。项目培养教育部新世纪优秀人才支持计划入选者1名，培养毕业硕士研究生1名，协助培养毕业博士研究生2名。