基于可交易信用证券的道路拥堵收费模型和缓堵策略研究

With the fast development of automotive industry, many cities in China are now experiencing serious traffic congestion problems. As one pricing instrument, the traditional congestion pricing scheme is well known for its ability to control the traffic demand, optimize the network traffic flow distribution in both time and space, and adjust the mode split among the travelers. However, it also has some known issues. First, since the tolling scheme collects revenue from the travelers, under some circumstances, it might increase individuals' travel costs. Second, it is difficult (if not totally impossible) to locate the system-optimizing toll rates when the market varies over time. Moreover, such pricing scheme easily causes price discrimination, because it does not take into account how people's income level, job type and valuation of travel time vary in real life. ..To achieve market efficiency, our study proposes a new strategy by combining a quantity instrument in economics with the congestion pricing, which we call the dynamic tradable credit charging and distribution scheme, to manage traffic congestion at the bottlenecks in a transportation network. Different from directly tolling the cash from travelers as the traditional pricing scheme does, this scheme charges different amounts of credit points at different times and locations. And the uniform price of the credits is established via a credit trading market. After developing a general bottleneck model, we will discuss the existence and uniqueness of the traffic equilibrium under the tradable credit scheme, the system-optimal dynamic credit rates and the fairness properties of different credit distribution schemes, etc. Compared with the traditional congestion pricing schemes, this strategy will be able to control the traffic demand utilizing the market mechanism, benefit all the travelers by lowering their travel cost, and provide higher degrees of freedom so that social welfare, fairness and financial sustainability can be improved simultaneously.

近年来随着汽车保有量的迅猛增长，中国很多城市出现了严重的交通拥堵。作为价格控制手段的一种，传统的交通拥堵收费虽然可以合理抑制交通需求，并且在时间和空间上优化城市道路网络交通流分配和交通出行方式分担，却同时带来了增加个体出行成本，难以及时应对市场变化，以及价格歧视等问题，从而在实际推广时遭遇巨大阻力。针对传统道路收费的弊端，本研究将经济学中的可交易信用证券与动态拥堵收费策略相结合。不同于以往直接收取货币的方法，该策略在不同的时间段和路段收取道路使用者不同数量的信用证券，而信用证券的价格则由市场供需和自由竞争决定。在建立一般交通网络数学模型的基础上，该研究将深入探讨动态可交易信用证券收费策略下交通平衡的存在性和唯一性，系统最优费率，以及不同信用点分配机制对社会公平性的影响。该策略将可利用市场机制自动调节供需，降低所有出行者的成本，并提供更高的自由度以兼顾社会效益，公平性和资金的可持续性。

近年来随着汽车保有量的迅猛增长，中国很多城市出现了严重的交通拥堵。作为价格控制手段的一种，传统的交通拥堵收费策略可以在时间和空间上优化城市道路网络交通流分配和交通出行方式分担，但同时带来了增加个体出行成本，难以及时应对市场变化，以及价格歧视等问题。针对传统道路收费的弊端，本研究对现有道路收费策略进行了改进，建立了动态可交易电子路票、帕累托累进的收费加补贴策略、出租车差异性收费等模型。研究不仅仅基于静态交通分配模型，还将模型扩展至逐日动态交通流和考虑出行时间选择下的瓶颈模型。. 研究深入探讨了这些新策略对系统效率以及社会公平性的影响。重要的研究成果包括：1. 将可交易电子路票理论运用于动态道路收费模型，分析了其可行性、效率和社会公平性；2. 在一般性的交通网络中，利用可交易电子路票同时实现帕累托优化，收支平衡以及系统最优三个目标，发现该问题的对偶问题是交通运输问题，证明了在某些特殊情况下问题没有可行解并给出了反例；3. 讨论了收费加补贴政策在出行者存在时间价值不同时对不同收入群体产生的影响及存在不同交通出行方式时的系统优化；4. 对城市多模式交通系统道路收费建模，证明了是否应该对出租车收费取决于出租车和私家车的出行成本之比； 5. 将模型扩展至逐日动态交通分配，通过考虑出行者的信息学习行为建立了二阶常微分方程组来描述交通流的演化过程，并基于该模型探讨了利用收费进行优化控制的可行性。. 依托该课题目前共发表或接收了8篇期刊论文，其中SCI检索4篇，SSCI检索1篇，EI检索2篇。包括在两个交通领域国际顶级期刊,Transportation Science,发表一作论文1篇，Transportation Research Part B : Methodological 发表一作论文2篇。除了已经发表或接收的论文外，还有三篇与该课题相关论文已经完成并投稿于著名管理学期刊 European Journal of Operational Research以及交通领域主流SCI期刊Transportation Research Par C。