1.1研究动机和目的 1
第1章 绪论 1
1.2问题的透视 4
1.3本书研究的主要内容 6
1.4全书的组织 7
第2章 道路收费系统优化的文献回顾 11
2.1道路的特性 11
2.1.1公共物品、准公共物品、准私有物品和私有物品的概念 11
2.1.2高速公路具有级差效益 12
2.1.3道路的经济属性 13
2.1.4道路使用者的差异性 14
2.1.5道路的自然垄断 14
2.1.8道路的使用存在外部费用 15
2.2道路收费系统中的一些概念 15
2.1.7道路的容量不可输送 15
2.1.6道路的容量不可储存 15
2.2.1道路收费与收费道路的概念 16
2.2.2道路收费中的效率与公平的概念 17
2.2.3定价理论 18
2.2.4道路收费费率结构 26
2.2.5收费制式 27
2.2.6收费方式 29
2.2.7收费标准 35
2.3交通分配 38
2.3.1单一用户类的交通分配问题 38
2.3.2多用户类的交通分配问题 41
2.4传统道路收费标准测算方法评述 43
2.4.1成本反算法 43
2.4.2收益法 45
2.4.3类比法 45
2.4.4消费水平测算法 45
2.4.7系统动力学（System Dynamics）法 46
2.4.5收费弹性法 46
2.4.6收费额最大法 46
2.4.8路网下的收费道路标准测算方法 47
2.5用双层规划模型研究收费标准与交通网络设计的进展 48
2.6收费站优化技术进展 49
2.7收费系统优化方法研究进展 52
2.8本章小结 55
第3章 有收费道路情形下的多车型多准则交通均衡模型及算法 60
3.1引言 60
3.2符号定义 61
3.3道路使用者的广义行程费用 63
3.4多车型多准则固定需求用户均衡模型及算法 65
3.4.1有收费道路情形下的多车型多准则固定需求用户均衡模型 66
3.4.2模型与用户平衡条件之间的等价性证明 66
3.4.3解的唯一性讨论 68
3.4.4求解算法 71
3.5多车型多准则弹性需求用户均衡模型及算法 72
3.5.1有收费道路情形下的多车型多准则弹性需求用户均衡模型 73
3.5.2模型与用户平衡条件之间的等价性证明 73
3.5.3解的唯一性讨论 75
3.5.4求解算法 76
3.6多车型多准则随机用户均衡模型及算法 78
3.6.1有收费道路情况下的多车型多准则随机用户均衡模型 79
3.6.2模型对应于与Logit形式的路径选择的证明 79
3.6.3解的唯一性讨论 80
3.6.4求解算法 81
3.7多车型多准则系统最优交通分配模型及算法 82
3.7.1有收费道路情形下的多车型多准则系统最优的交通分配模型 82
3.7.2模型与系统最优条件之间的等价性证明 83
3.7.3解的唯一性讨论 84
3.8小结 85
3.7.4求解算法 85
4.1符号定义 87
第4章 基于联网收费道路网入出口点收费的多车型多准则交通均衡模型及算法 87
4.2基于联网收费道路网入出口点收费的广义路径行程费用函数 90
4.3基于联网收费道路网入出口点收费的多车型多准则固定需求用户均衡模型及算法 91
4.3.1多车型多准则固定需求用户均衡模型 92
4.3.2模型与用户平衡条件之间的等价性证明 92
4.3.3解的唯一性讨论 94
4.3.4求解算法 95
4.4基于联网收费道路网入出口点收费的多车型多准则弹性需求用户均衡模型及算法 95
4.4.1多车型多准则弹性需求用户均衡模型 97
4.4.2模型与用户平衡条件之间的等价性证明 97
4.4.3解的唯一性讨论 99
4.5基于联网收费道路网入出口点收费的多车型多准则随机用户均衡模型及算法 100
4.5.1多车型多准则随机用户均衡模型 100
4.4.4求解算法 100
4.5.2模型对应于与Logit形式的路径选择的证明 101
4.5.3解的唯一性讨论 102
4.5.4求解算法 102
4.6基于联网收费道路网入出口点收费的多车型多准则系统最优交通分配模型及算法 102
4.6.1多车型多准则系统最优的交通分配模型 102
4.6.2模型与系统最优条件之间的等价性证明 103
4.6.3解的唯一性讨论 104
4.6.4求解算法 105
4.7可供选择的收费方案 105
4.8小结 106
第5章 路网下的收费道路分车型费率优化 109
5.1引言 109
5.2能力诡异现象简介 111
5.3双层规划模型简介 113
5.4路网下的收费道路分车型费率优化的双层规划模型 115
5.4.1固定需求下的收费道路分车型费率优化的双层规划模型 116
5.4.2弹性需求下的收费道路分车型费率优化的双层规划模型 118
5.4.3随机模式下的收费道路分车型费率优化的双层规划模型 120
5.4.4市场机制下的收费道路分车型费率优化的双层规划模型 121
5.5基于联网收费道路网入出口点收费的收费道路网分车型费率优化的双层规划模型 123
5.5.1固定需求下的收费道路分车型费率优化的双层规划模型 123
5.5.2弹性需求下的收费道路分车型费率优化的双层规划模型 125
5.5.3随机模式下的收费道路分车型费率优化的双层规划模型 127
5.5.4市场机制下的收费道路分车型费率优化的双层规划模型 127
5.6双层规划模型的解法 128
5.6.1双层规划模型的解法综述 129
5.6.2迭代优化算法（IOA） 130
5.6.3 Hooke-Jeeves算法 130
5.6.4分解平衡优化算法（EDO） 131
5.6.5模拟退火算法（SA） 133
5.6.6遗传算法（GAs） 135
5.7基于GASA求解双层规划模型的算法 137
5.7.1遗传—模拟退火混合优化策略（GASA）的优点 138
5.7.2 GASA混合优化策略求解双层规划模型的步骤 138
5.8路网下的收费道路费率优化算例分析 141
5.8.1路网状况 141
5.8.2固定需求模式下测算收费费率 144
5.8.3弹性需求模式下测算收费费率 146
5.8.4 GASA算法性能评估 150
5.9小结 151
第6章 多车型高速公路平衡网络设计问题 155
6.1多车型离散高速公路平衡网络设计问题的双层规划模型 155
6.1.1固定需求下的离散高速公路平衡网络设计问题的双层规划模型 157
6.1.2弹性需求下的离散高速公路平衡网络设计问题的双层规划模型 159
6.1.3随机模式下的离散高速公路平衡网络设计问题的双层规划模型 161
6.1.4 B-O-T模式下的离散高速公路平衡网络设计问题的双层规划模型 162
6.2多车型连续高速公路平衡网络设计问题的双层规划模型 164
6.2.1固定需求下的连续高速公路平衡网络设计问题的双层规划模型 165
6.2.2弹性需求下的连续高速公路平衡网络设计问题的双层规划模型 166
6.2.3随机模式下的连续高速公路平衡网络设计问题的双层规划模型 167
6.3多目标MVDETNDP和MVCETNDP 168
6.4多车型离散高速公路平衡网络设计问题算例 169
6.4.1固定需求模式 170
6.4.2弹性需求模式 172
6.5多车型连续高速公路平衡网络设计问题算例 175
6.5.1固定需求模式 176
6.5.2弹性需求模式 178
6.6小结 181
第7章 收费系统方案评估准则体系 183
7.1收费系统方案评估准则体系的建立 184
7.1.1建立收费系统评估准则体系的原则 184
7.1.2初拟评估准则集 185
7.1.3用模糊德菲法萃取重要评估准则 187
7.1.4用灰色统计法萃取重要评估准则 190
7.1.5两种评估准则选择方法的比较 192
7.1.6用灰色关联度分析来剔除相关程度高的评估准则 194
7.2收费系统方案评估准则体系 197
7.2.1经济目标 198
7.2.2流畅目标 199
7.2.3公平目标 199
7.2.4漏收目标 199
7.2.5环境目标 200
7.3收费广场通行能力与服务水平 200
7.3.1收费广场通行能力概念 200
7.3.2收费广场的服务水平 201
7.3.3收费广场通行能力的计算公式 204
7.3.4收费广场服务水平估算的密度——V/Ca模型 205
7.3.5基于排队理论进行收费广场服务水平分析 208
7.3.6基于神经网络的ETC收费广场服务水平分类 211
74.1公平性指标的定义 215
74公平性指标与收入评价指标 215
7.4.2公平性指标的特性 217
7.4.3公平性指标与收费制式的关系 220
7.4.4收费道路公平性的评价 220
7.4.5收入指标的定义 223
7.4.6收入指标的特性 225
7.4.7收费站位置组合与公平性指标值之间的关系 226
7.5收费站成本模型 227
7.5.1符号定义 227
7.5.2建造成本指标 229
7.5.3日常的营运成本指标 231
7.5.4漏收指标 231
7.5.5用户成本指标 232
7.5.6环境污染成本指标 232
7.6财务评价指标 233
7.6.2费用现值评价 234
7.6.1折算费用指标 234
7.6.3净现值指标 235
7.6.4效益费用比 235
7.6.5内部收益率 236
7.6.6投资回收期指标 237
7.6.7追加投资回收期指标 237
7.6.8收费系统费用及其效益 237
7.7小结 238
第8章 缴费方式随机选择模型及多收费方式的站资源优化方法 239
8.1问题的提出 239
8.2收费站的延误与驾驶员缴费车道确定性选择模型 241
8.2.1收费排队模型的选择 242
8.2.2混合收费车道平均延误的计算 243
8.2.3 ETC收费车道、人工收费车道与混合收费车道组合时的延误模型及缴费车道确定性选择模型 244
8.2.4 ETC收费车道与人工收费车道组合时的延误模型及缴费车道确定性选择模型 245
8.2.5收费站的延误与驾驶员缴费车道确定性选择模型的分析示例 246
8.3.1驾驶员缴费方式随机选择模型 249
8.3驾驶员缴费方式随机选择模型 249
8.3.2缴费方式随机选择模型参数的标定 256
8.3.3市场均衡状态的求解算法 256
8.3.4驾驶员缴费方式随机选择模型的分析示例 257
8.4多收费方式的站资源优化模型及算法 260
8.4.1收费站成本结构与多收费方式收费系统的效益 260
8.4.2基于系统成本加权和最小模型的站资源优化模型及算法 261
8.4.3基于成本效益比最小模型的收费站资源优化模型 262
8.4.4收费折扣率的优化方法 263
8.4.5多收费方式的站资源优化算例分析 264
8.5敏感性分析 270
8.5.1变动车流量 270
8.5.2变动车道配置 270
8.5.5变动ETC技术水平 272
8.5.6 ETC用户折扣率与系统平均延误的关系 272
8.5.3变动ETC用户安装使用费 272
8.5.4变动ETC用户优惠费率 272
8.5.7 TAG设备安装率与系统平均延误的关系 275
8.5.8 ETC收费车道容量与TAG设备使用率的关系 275
8.5.9车流量与各车道使用率的关系 275
8.5.10车流量与装有TAG设备的车辆使用各收费车道比率的关系 275
8.6本章小结 278
第9章 多收费方式收费系统的优化模型及算法 280
9.1引言 280
9.2收费系统备选方案的产生 282
9.2.1资料的收集 282
9.2.2筛选符合收费站设置位置的区位 283
9.2.3收费系统的约束条件 284
9.2.4方案筛选方法 285
9.3.1引言 286
9.3用模糊层次分析法求取评价指标的权值 286
9.3.2建立判断矩阵 288
9.3.3权系数计算方法 290
9.3.4层次总排序的计算 293
9.3.5求评估权重模糊三角函数 294
9.4多收费方式收费系统的优化模型及算法 296
9.4.1多收费方式收费系统的优化模型 297
9.4.2基于SAGA的系统优化模型的求解算法 298
9.4.3决策环境模拟 303
9.4.4敏感性分析 303
9.4.5建议方案 305
9.5本章小结 305
第10章 有关理论基础 307
10.1最优化理论 307
10.1.1凸集与凸函数概念 307
10.1.2最优化问题的数学模型及分类 309
10.1.3凸规划 310
10.1.4无约束问题的极值条件 311
10.1.5等式约束最优化问题 311
10.1.6有不等式约束的最优化问题 312
10.1.7一般约束的最优化问题 313
10.1.8 Frank-Wolfe方法 313
10.1.9 MSA方法 317
10.2需求函数及Logit选择模型的参数估计问题 318
10.2.1曲线拟和与最小二乘法估计技术 318
10.2.2极大似然估计技术 319
10.2.3关于Logit选择模型的参数估计 320
10.2.4鉴定估计量好坏的准则 323
10.3最短路径的计算方法 325
10.4小结 328
结束语 329
参考文献 331