多模式交通系统中当斯-托马斯悖论的形成机理与对策研究

The Downs-Thomson paradox (D-T paradox) occurs when highway capacity expansion adversely leads not only a reduction in the transit service but also an increase in travellers' travel cost. This project investigates the formulation mechanism and countermeasure of the D-T paradox in multi-modal transportation system. Firstly, under the traffic scenario with interactions between private car and bus, this project considers three different economic objectives of the bus company (including transit profit maximization, social cost minimization and social cost minimization with self-financing constraint), respectively. Then, under the one with park-and-ride between private car and rail transit, this project takes into account three different economic objectives of the metro company, which are similar to the above-mentioned bus company, respectively. Finally, under the one with collinear operation between bus and rail transit, this project considers two different economic objectives of bus and metro companies (transit profit maximization and social cost minimization), respectively. Under each traffic scenario, this project focuses on the impact of highway capacity expansion on travellers' behaviors (including departure time choice, travel mode choice and park-and-ride), responsively optimal transit operation strategies (service fare and frequency) and the equilibrium travel cost. Moreover, this project examines the conditions for occurrence of the D-T paradox under different economic objectives of transit authority and presents traffic management strategies (including road pricing, parking charge and transit subsidies) to overcome the D-T paradox.

当斯-托马斯悖论指的是道路能力的扩大反而导致了公共交通服务水平的降低和出行成本的增加。本项目研究多模式交通系统中当斯-托马斯悖论的产生机理与应对策略。首先，在私家车与公交车相互影响的情景中，分别考虑公交公司三种不同的决策目标（包括利润最大化、社会成本最小化和收支平衡约束下的社会成本最小化等）；然后，在私家车与地铁可换乘的情景中，分别考虑地铁公司三种不同的决策目标（类似于公交公司）；最后，在公交和地铁公司共线运营的情景中，分别考虑公交和地铁公司两种不同的决策目标（利润最大化和社会成本最小化）。在各种交通情景中，分析道路通行能力的增大对出行者行为（包括出发时刻选择、出行方式选择和停车换乘等）、公共交通最优运营策略（服务票价和频率）和均衡出行成本的影响，讨论公共交通企业不同的决策目标下当斯-托马斯悖论的发生条件，并提出消除悖论现象的交通管理方法（包括道路收费、停车收费和公共交通补贴等）。

首先，发现了多模式交通网络中的悖论现象（包括Braess悖论，类Braess悖论，Downs-Thomson悖论等），分析了交通出行者的出行行为（包括交通方式选择和出行路径选择）特征，得出了交通悖论的产生机理，提出了破解交通悖论的对策，为政府管理部门提高多模式交通网络的运行效率提供了理论参考。.然后，发现了危化品运输网络中的悖论现象，分别建立了考虑车辆限速的危化品运输网络优化的双层规划模型、危化品运输监管的演化博弈模型、危险品运输事故预防性安全投资模型等，提出了危化品运输风险管理、政府监管与安全投资策略，为政府管理部门提高危险品运输系统管理效率提供了政策建议。.最后，发现了供应链物流网络中的运输与物流悖论、供应链悖论等现象，基于定性与定量相结合的研究方法，分析了运输与物流悖论现象发生的根本原因；建立了供应链竞合博弈模型，得出了供应链网络中悖论现象的形成机理，提出了破解悖论的对策以充分地发挥供应链的协同效应，为相关企业和政府部门提高经营效率和管理水平提供了决策依据。