出行者有限理性條件下的網(wǎng)絡均衡分析及其應用研究

出行者有限理性條件下的網(wǎng)絡均衡分析及其應用研究交通出行行為的研究一直是交通運輸領域研究的核心問題,出行者在出行過程中的決策行為直接影響著交通網(wǎng)絡中交通流的分布狀態(tài),對出行者交通出行行為的分析和建模研究,是交通規(guī)劃、交通網(wǎng)絡改造、交通政策制定、道路收費標準決策以及交通管理技術評價與選擇的重要基礎。最近國內(nèi)外許多關于交通出行行為問題的研究已經(jīng)證明：傳統(tǒng)交通出行模型中認為出行者“絕對理性”的假設條件受到越來越多的來自出行實驗和實際調查數(shù)據(jù)的沖突,而行為經(jīng)濟學中“有限理性”的概念為我們研究出行者的出行決策行為提供了新的思路?？紤]將出行者的出行過程分為兩個步驟：首先,出行者對OD間的所有可以選擇的路徑進行評估,確定每條路徑的出行效用；然后再以路徑的出行效用為基礎,根據(jù)決策準則在待選路徑中進行選擇,確定出行路徑。本文將“有限理性”的概念分別代入這兩個步驟：首先,‘在第一個步驟中應用“有限理性”中的“累積前景理論”對路徑的感知出行效用進行建模,并對在此條件下的網(wǎng)絡均衡模型進行了分析,進而將其應用于連續(xù)網(wǎng)絡設計；然后,將“有限理性”中“令人滿意的決策準則”代入到出行者的路徑選擇行為的建模,并以此為基礎對城市交通擁擠收費進行了研究。具體研究內(nèi)容如下：1、以“前景理論”中決策者在前景不明確條件下的決策過程為基礎,結合交通出行的決策環(huán)境,對出行者在出行過程中的出行決策過程進行分析,應用傳統(tǒng)“累積前景理論”中主觀效用模型和概率權重模型建立出行者的主觀路徑出行效用模型和主觀路徑出行效用概率分布模型,然后結合數(shù)學微積分的相關知識,將只可以應用于路徑出行效用離散隨機分布情況下的傳統(tǒng)路徑感知效用模型進行改進,使其可以應用于路徑出行效用連續(xù)隨機分布的情況。2、將路徑通行時間連續(xù)隨機分布條件下道路交通網(wǎng)絡中的交通出行作為研究對象,根據(jù)出行者對路徑出行時間可靠度要求的不同將出行者進行分類,根據(jù)不同類型出行者對按時到達目的地概率的要求選取路徑感知出行效用函數(shù)的參考點,并將其應用于以累積前景理論為基礎的用戶均衡模型中,結合變分不等式思想,建立了多類型用戶的網(wǎng)絡均衡變分不等式模型。3、在基于累積前景理論的交通網(wǎng)絡均衡模型的基礎上,采用二元變量將交通網(wǎng)絡均衡模型轉化為等價的混合整數(shù)不等式,結合單層優(yōu)化函數(shù)對連續(xù)交通網(wǎng)絡設計問題進行建模,將出行效用函數(shù)的取值區(qū)間離散化為一定量的小區(qū)間,在每個小的區(qū)間中將出行效用函數(shù)近似為線性函數(shù),最終,可以將非線性的出行效用函數(shù)近似為一系列的分段線性函數(shù),由此,連續(xù)網(wǎng)絡設計模型就轉化成了混合整數(shù)線性規(guī)劃模型,從而使得連續(xù)交通網(wǎng)絡設計模型可以獲得全局最優(yōu)解。4、借鑒“有限理性”原理中“令人滿意決策準則”的原理,在對出行者有限理性條件下的路徑選擇行為進行分析的基礎上,在出行者的路徑出行感知效用中加入松弛變量,在此條件下分析交通網(wǎng)絡用戶均衡的條件,建立基于出行者有限理性滿意決策準則的網(wǎng)絡均衡模型,并進而建立在此條件下的交通流最優(yōu)分布狀態(tài)和最差分布狀態(tài)的數(shù)學規(guī)劃模型。5、以基于出行者有限理性“滿意決策準則”的交通網(wǎng)絡均衡模型為基礎,借鑒擁擠收費“有效費率方案集合”的概念,針對交通流分布最差狀態(tài)下的交通網(wǎng)絡中出行者的總體出行時間,建立了最小化最大路網(wǎng)出行總時間問題的模型,同時建立了模型的求解算法。此外,本文中以豐富的算例分析,驗證了以上模型的應用效果,并進一步揭示了出行者有限理性背景下,各決策環(huán)節(jié)中出行者的行為特性與網(wǎng)絡均衡形態(tài)的特征,驗證了了在此條件下連續(xù)交通網(wǎng)絡設計中分段線性化的有效性和本文方法確定的擁擠收