考慮異質(zhì)用戶出行選擇行為的可交易配額體系研究.pdf

1、當(dāng)今，交通擁堵已成為制約城市發(fā)展的重要瓶頸，因交通出行而產(chǎn)生的二氧化碳排放已成為溫室氣體排放的主要來源，影響人類社會的可持續(xù)發(fā)展?？山灰着漕~體系，作為價格和數(shù)量結(jié)合的需求側(cè)交通治理工具成為學(xué)者研究熱點，相較于擁堵費政策，具有收入中立性、累進性、自資性等特點，更易于公眾接受。在此背景下，本文考慮用戶異質(zhì)性，主要研究可交易配額體系對于用戶均衡狀態(tài)出行選擇的影響，在此基礎(chǔ)上得出系統(tǒng)最優(yōu)可交易配額體系設(shè)計以治理交通擁堵、排放，最后研究可交易配額

2、體系對于考慮環(huán)境成本的燃油價格制定問題。具體來說，本文首先梳理了擁堵費及可交易配額體系的研究內(nèi)容，并重點綜述可交易配額體系治理擁堵和排放問題的模型研究、存在的研究空缺以及系統(tǒng)最優(yōu)均衡狀態(tài)研究進展，為后續(xù)研究提供理論支撐;其次，研究了單O-D瓶頸模型下異質(zhì)用戶在建立可交易配額體系前后的均衡出發(fā)時間選擇、成本變化并探討如何制定最優(yōu)可交易配額體系以緩解瓶頸擁堵;隨后，分析了多O-D網(wǎng)絡(luò)模型中異質(zhì)用戶在建立可交易配額體系后的路徑及出發(fā)時間選擇變

3、化并建立“道路管理者——用戶”雙層模型得到最優(yōu)配額體系設(shè)計以控制系統(tǒng)擁堵及排放;最后，基于可交易配額體系的均衡配額價格形成機制，利用4s店用戶行駛里程數(shù)據(jù)，制定考慮排放成本的階梯燃油價格，并分析該定價機制對于不同收入群體的福利影響情況。
　　本研究的主要內(nèi)容和結(jié)論包括:
　　第一，單O-D瓶頸模型下可交易配額體系對于異質(zhì)用戶均衡出發(fā)時間選擇的影響研究。該部分打破了傳統(tǒng)單O-D瓶頸模型僅考慮單一家庭用戶或單一個體用戶出行行為的

4、局限性，將家庭用戶之間的拼車行為（家庭用戶共享一輛車，先送孩子去學(xué)校再去往工作地點）與個體用戶的混合出行行為納入模型之中，并用可交易配額體系規(guī)制該混合出行行為以緩解瓶頸擁堵現(xiàn)象。該部分運用線性互補理論建立動態(tài)用戶均衡模型并分析解的存在性及性質(zhì)，運用PATH求解器進行算例分析。研究發(fā)現(xiàn)，在學(xué)?！ぷ鏖_始時間差較小時，建立可交易配額體系能夠有效改變用戶出發(fā)時間選擇并降低系統(tǒng)出行時間成本以緩解擁堵;而當(dāng)學(xué)?！ぷ鏖_始時間差較大時，建立可交

5、易配額體系反而提高了系統(tǒng)出行時間成本，無法有效控制擁堵;此外，若對家庭用戶和個體用戶采取不同的初始配額分配方案，系統(tǒng)總出行時間成本不變，而個體用戶和家庭用戶在建立可交易配額體系前后的帕累托改善情況不盡相同。
　　第二，單O-D瓶頸模型下系統(tǒng)最優(yōu)可交易配額體系設(shè)計以及擁堵治理研究。此部分通過數(shù)學(xué)證明發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)最優(yōu)狀態(tài)下，系統(tǒng)不會產(chǎn)生瓶頸擁堵現(xiàn)象（也即TTt=0），家庭用戶及個體用戶會交錯出行避免產(chǎn)生瓶頸擁堵?；诖?，該部分運用線性

6、規(guī)劃對偶性質(zhì)得到系統(tǒng)最優(yōu)配額體系設(shè)計。研究發(fā)現(xiàn)，在最優(yōu)配額設(shè)計中，僅靠初始配額分配以及配額一次性收?。ㄒ布矗↘，kt）框架）難以維持配額市場出清狀態(tài)，交通管理者不僅需要制定動態(tài)配額收取框架，還需額外向配額市場再發(fā)放一定數(shù)量的配額(也即(K，kt，Π)框架）以維持配額市場的穩(wěn)定運行。
　　第三，多O-D對下可交易配額體系對異質(zhì)用戶路徑及出發(fā)時間選擇影響研究。該部分考慮用戶出行時間成本及出行碳排放成本，將異質(zhì)用戶路徑及出發(fā)時間選擇的動

7、態(tài)用戶均衡描述成一個帶互補條件的數(shù)學(xué)建模問題(Mathematical programming with equilibrium conditions)，證明該問題可以等價轉(zhuǎn)化成一個變分不等式問題(Variational inequality)，并運用投影算法解決該問題。研究發(fā)現(xiàn)，投影算法能夠有效解決考慮碳排放成本的用戶動態(tài)均衡問題。算例結(jié)果表明，建立可交易配額體系后，擁有較低時間價值的用戶對此政策調(diào)節(jié)更加敏感，而擁有較高時間價值的用戶

8、傾向于維持原來的路徑及出發(fā)時間選擇以節(jié)約其出行時間成本，此部分研究為第四章提出的“道路管理者——用戶”雙層模型奠定基礎(chǔ)。
　　第四，多O-D對下系統(tǒng)最優(yōu)可交易配額體系設(shè)計以及系統(tǒng)擁堵、排放研究。該部分提出“道路管理者——用戶”雙層模型，上層道路管理者期望利用可交易配額體系達到治理交通網(wǎng)絡(luò)擁堵以及排放目標(biāo)，下層用戶通過路徑及出發(fā)時間選擇達到用戶均衡狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，基于投影算法的模式搜索算法能夠有效解決“道路管理者——用戶”雙層模型，

9、并得到實現(xiàn)系統(tǒng)出行時間以及排放雙目標(biāo)最優(yōu)的配額動態(tài)定價設(shè)計。在最小出行時間設(shè)計下，擁有較高時間價值和延誤懲罰費用系數(shù)的用戶往往不會選擇有最低配額消費成本的路徑或時間段;而在最小排放設(shè)計下，所有用戶都會選擇在最低碳配額價格下出行，因而其可以有效減少系統(tǒng)排放量;此外，最小排放設(shè)計不一定能減少系統(tǒng)出行時間成本，同樣最小出行時間設(shè)計也不一定能夠產(chǎn)生最小的系統(tǒng)排放量，系統(tǒng)出行時間以及系統(tǒng)排放量呈現(xiàn)出明顯的此消彼長效應(yīng)，交通管理者可設(shè)置隨時間變化的

10、擁堵/排放控制目標(biāo)，以保障交通系統(tǒng)在保障流暢性以及控制環(huán)境負外部性雙目標(biāo)上達到平衡。
　　第五章，基于可交易配額體系均衡碳價的燃油定價設(shè)計。將均衡配額價格作為用戶燃油產(chǎn)生的單位碳排放成本并應(yīng)用到燃油價格制定中，運用汽車4s店數(shù)據(jù)進行算例分析得出，第一和第二階梯燃油價格分別為3.89$/加侖和6.44$/加侖，階梯分界為223.57加侖。此定價機制會受原始燃油價格以及最初碳減排目標(biāo)的影響，燃油價格上升時候，管理部門應(yīng)該調(diào)高第一階梯燃