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高速公路是整个区域交通运输的大动脉,承担着区域内以及区域间大部分交通。目前,我国部分省市高速公路网初步形成,并且部分早期建设的高速公路已经完成了还贷或到达收费经营期。如果这些高速公路停止收费,势必会造成收费公路上的交通量向这些公路转移,造成公路网流量分配不均衡,进而导致社会效益降低。为了避免这些问题发生,应对整个区域高速公路网重新制定一个合理的收费标准及收费措施,这对于有效收回建设投资、整个路网上合理分配交通流量、减少道路使用者费用、增加社会效益等都有着非常重要的意义。
本论文从这些问题出发,首先,对区域高速公路网流量分布不均衡所造成的经济损失,分别从道路建设者、道路使用者和外部环境三个角度进行分析。重点分析了道路建设者收回贷款额、道路养护费用、车辆行驶费用、运行时间与交通量的关系。并初步提出了使经济损失最小化的措施,并定性论证了收费措施在技术上、经济上的可行性和实施所必须的政策保障。
其次,对广义费用的各组成因素进行分析,分别建立了车辆运行时间、运行费用、高速公路收费费额与交通量的关系。在分析国内外对单位时间价值研究的基础上,探讨了一种适合我国交通状况时间价值计算方法——车辆分类法,对车辆时间价值进行了研究,得到了各车型时间价值,进而将广义费用的三个组成要素——运行时间、运行费用和收费统一起来,综合组成广义费用函数,并应用该函数作为路阻函数。
再次,在上述广义费用函数的基础上,利用系统最优原理,建立了流量优化模型,并采用遗传算法进行求解,得出各路段最优流量,进而通过收费费额与交通量的关系,得到区域高速公路网各路段收费费额。
最后,结合深圳市2020年高速公路网规划,建立适合该研究的路网作为算例。应用上述模型及算法进行了实验研究,得到了最优交通量和最优收费标准。并采用VISUM交通规划软件对未实施联网收费的该高速公路网交通流量进行分配,并选择合适的指标与联网收费后的该路网指标进行对比分析,以验证此措施的有效性。