一种考虑从众效应的动态拥堵收费方法

本发明属于道路拥堵收费，具体涉及一种考虑从众效应的动态拥堵收费方法。

背景技术：

1、道路拥堵收费是目前缓解交通拥堵、提高城市交通效率最有效的经济手段之一，关键在于确定一个合理的拥堵收费模式，根据道路拥堵情况，收取不同费用，以引导车辆选择非高峰时段出行或选择其他非拥堵路段通行，从而减少拥堵道路的通行车辆，缓解交通拥堵。传统交通流动态演化收费模型是在固定时间周期上进行通行费调整，例如每天或每周一次，利用每天或每周观测到的路段流量，制定后一阶段的拥堵收费模式，最终使整个系统演化到最优状态；在上述过程中，出行者可以直接观测到路段流量，且仅根据路径的行驶时间(即阻抗)来选择路线，并未考虑从众效应对出行者出行选择行为的影响。

2、然而，已有研究表明，从众行为普遍存在[1]，从众效应对出行者的路径选择具有显著影响。实际出行过程中，出行者可通过导航应用程序或与相同起讫点(od)的出行者交流等多种方式获取路线流量信息，且由于从众效应的影响，出行者会调整其路线选择，并更倾向于选择被多数人选择的路线。因此，传统的动态演化模型的结果与实际出行情况存在较大差异，其应用领域相对较小，难以适应城市交通的复杂变化。

3、参考文献[1]asch s e.effects of group pressure upon the modificationand distortion of judgments[j].organizational influence processes,1951,58:295-303.

技术实现思路

1、发明目的：针对以上问题，本发明提出一种考虑从众效应的动态拥堵收费方法，研究了出行者路径选择过程中的从众效应，根据出行者在从众效应影响下的交通流动态演化模型，帮助管理者自动演化各阶段的路段动态收费参数，实施拥堵收费，提高了拥堵收费政策上的连续性与工程上的可行性。

2、技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种考虑从众效应的动态拥堵收费方法，包括以下步骤：

3、步骤1，构建交通网络，初始化考虑从众效应的动态拥堵收费模型参数；所述参数包括每个od对之间出行者的交通需求量、实施拥堵收费的总阶段数以及收敛精度。

4、步骤2，根据第t阶段路段的流量生成第t+1阶段路段拥堵收费费用，更新路段拥堵收费模式，按照收费模式进行路段拥堵收费。

5、步骤3，在t+1阶段的路段拥堵收费模式实施后，求解最优化问题zkl-sue(f)，获取更新后的路网交通流动态演化至均衡时的路径流量向量ft+1和路段参考流量

6、步骤4，出行者根据路段参考流量以及出行阻抗，综合选择下一阶段的出行路线，依照广义出行阻抗函数，选择广义出行阻抗最小的路径出行。

7、步骤5，对考虑从众效应的动态拥堵收费模型的迭代结果进行收敛性检查；如果路径流量收敛于均衡流量且达到收敛精度，则停止迭代；否则，更新第t+1阶段路段的流量令t＝t+1，返回步骤2。

8、进一步的，所述步骤1，初始化考虑从众效应的动态拥堵收费模型参数。

9、初始化交通网络g(n,a)，网络中节点表示路段的交点，网络中有向弧表示路段，定义n为网络中节点的集合，a为网络有向弧的集合。

10、w表示od对之间由出行需求产生的od对集合，rw为od对w间的路径集合，qw为od对w之间的交通需求量；令xa、ta分别表示路段a∈a上的流量和阻抗，且ta为xa的单调递增函数；确定每个od对之间出行者的交通需求量dw,w∈w，路段a上的初始路段流量

11、

12、frw、crw分别表示od对w间路径r∈rw的路径流量和路径阻抗，prw表示od对w间路径r∈rw被选择的概率；同时路径与路段之间存在关联矩阵若路段a∈a在od对w之间的路径r∈rw上，则指标变量为1，否则为0。

13、crw表示od对w间路径r的广义出行阻抗，令为实施拥堵收费的总阶段数，ε为收敛精度，动态拥堵收费阶段t＝0。

14、β是关联路径吸引力与路径出行时间的参数，表示出行者对上一阶段达到稳态时路径流量信息的依赖程度，β越大则表示路径流量对出行者的吸引力越大；某条路径的吸引力越大，表示其对应的广义阻抗越小；θ为大于0的参数，用来描述交通网络中的出行者对路网的熟悉程度，与出行者对路网的熟悉程度成反比例关系。

15、进一步的，所述步骤3中，在t+1阶段的路段拥堵收费模式实施后，求解最优化问题zkl-sue(f)获取路网交通流动态演化至均衡时的路段参考流量最优化问题zkl-sue(f)求解步骤如下：

16、

17、

18、

19、

20、式中，zkl-sue(f)表示考虑从众效应的动态拥堵收费模型目标函数，frw为模型的决策变量，frw表示od对w的第r条路径上的流量，ω为模型决策变量frw的取值范围，ta(·)表示路段a的通行时间计算函数，和为定值，分别表示第t阶段和第t+1阶段拥堵收费实施达到相对稳定后的路径流量，为指标变量，若路段a在od对w之间的路径r上，则指标变量为1，否则为0。

21、步骤3.1，对每个od对w∈w，按logit模型将qw分配到路径r∈rw中，得到路径流量向量fk，置迭代次数k＝0。

22、步骤3.2，由广义出行阻抗函数计算各路径的广义出行阻抗，广义出行阻抗函数定义为：

23、

24、式中，是第t+1阶段路径r的广义出行阻抗，是第t+1阶段路径r的路径行驶时间，表示第t+1阶段路径r的吸引力；εrw是随机项，且服从同一参数的、相互独立的gumbel分布。

25、步骤3.3，在当前各路径的广义出行时间下，对每个od对w∈w，将qw按下式分配到路径r∈rw中，得到辅助路径交通流量向量

26、

27、步骤3.4，收敛性检查：如果则停止迭代。

28、步骤3.5，沿方向利用armijo线搜索方法，计算迭代步长λk。

29、步骤3.5.1，取armijo线搜索参数σ∈(0,1)，ω∈(0,1)，令λ＝1。

30、步骤3.5.2，检验下式是否成立：

31、

32、式中zkl-sue(fk)和分别表示考虑从众效应的动态拥堵收费模型目标函数zkl-sue在各点处的函数值以及一阶泰勒展开式。

33、步骤3.5.3，如果步骤3.5.2的表达式不成立，则令λ＝ωλ，返回步骤3.5.2，否则，令迭代步长λk＝λ，步骤3.5停止迭代。

34、步骤3.6，更新路径流量：令k＝k+1，转至步骤3.2。

35、进一步的，所述步骤2，每条路段a∈a，按照的收费模式进行拥堵收费。

36、

37、式中，表示第t+1阶段路段的拥堵收费费用，表示第t阶段路段a的流量，ca′(·)表示拥堵收费系数函数。

38、进一步的，所述步骤5，收敛条件设置如下：

39、

40、进一步的，所述步骤5，更新路段流量，第t+1阶段路段的流量表示为：

41、

42、其中

43、有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：

44、本发明提出了一种考虑从众效应的动态拥堵收费方法，该收费方法将从众效应的影响纳入到交通流动态演化模型中，能够更准确的模拟路网交通流的动态演化过程，反映网络中交通流的时变性与随机性，适应城市交通的复杂变化；同时，使用不规则间隔分阶段更新拥堵收费模式，并根据拥堵路段各阶段的交通流分布，自动演化产生下一阶段的路段拥堵收费参数，动态调整拥堵收费标准。通过上述方法，本发明为政府制定更加科学合理的差异化动态拥堵收费管理方法提供了有力保障，有助于实施拥堵收费来调控交通流量，从而优化交通状况，非常符合实际拥堵收费的应用需求。

45、本发明考虑了从众效应对出行者的路径选择行为的影响，因此可以更加准确地模拟出交通流的动态演化过程，增强拥堵收费的实际效果。本发明所提出的动态拥堵收费方法能够在不规则的时间间隔内更新拥堵收费模式。换句话说，收费期可以动态调整。在不规则间隔更新拥堵收费模式的灵活性为实际实施提供了更多选项，非常符合实际拥堵收费的应用需求。因此，本发明是对道路拥堵收费技术的探索与创新，具有较强的理论研究意义和实践指导价值。