基于满意准则的有限理性路径选择行为理论和实验研究

The key to solve the problem of traffic congestion is to reveal the spatial and temporal distribution of traffic flow at its roots. Most of existing studies are based on the hypothesis of “perfect rationality” or “utility maximization”, while few studies have been conducted on the basis of Simon’s bounded rationality and to verify the bounded rational travel behavior from the experimental economics perspective. Under this background, this research project begins from both theory and experiment perspectives. Firstly, by introducing the concept of satisfaction level, the bounded rational user equilibrium traffic assignment model based on satisficing rule is established. Next, considering the dynamic changing process of the satisfaction levels, the dynamic evolution model is established based on “procedural rationality”. Then, using the method of experimental economics to carry out lab experiments, the route choice behavior rule is statistically discussed based on the experimental data to verify the validity of the models, and to compare the effects of different traffic management policies. This research will enrich the basic theory of route choice behavior, which will help to deepen the understanding of the bounded rational route choice behavior, and provide theoretical basis for urban traffic management practice.

从根源上揭示交通流量时空分布规律是解决交通拥堵问题的关键。以往研究多基于“完全理性”或者“效用最大化”的行为假设，鲜有研究基于西蒙有限理性的假设，更缺乏验证有限理性交通行为的实验研究。在此背景下，本项目分别从理论和实验角度入手，首先引入满意水平的概念，建立基于满意准则的有限理性用户均衡流量分配模型；其次，考虑满意水平的动态变化过程，建立“过程理性”的交通流量分配动态演化模型；然后，采用实验经济学的方法开展行为实验研究，发现路径选择行为规律，进一步验证所建立模型的有效性，并对比不同交通管理政策实施的效果。本研究将丰富路径选择行为基础理论，有助于加深对有限理性路径选择行为的理解，为城市交通管理实践提供理论依据。

从根源上揭示交通流量时空分布规律是交通科学研究的核心，本项目开展了一系列的创新研究。包括（1）基于Simon的满意准则理论研究了有限理性路径选择行为。开展了实验室实验研究验证了实验者的有限理性决策行为。通过引入满意水平的概念，在并行网络上建立了一类新的交通分配模型，并讨论了有限理性用户均衡的相关性质，推导了有限理性用户均衡解的存在性与唯一性的条件。设计了模型的求解算法。并将研究结论扩展至一般结构网络。（2）基于仿真的方法，探讨了有限理性动态交通分配问题，并且评价了有限理性对于网络性能的影响，包括均衡态路段流量、网络流入流出能力。采用蒙托卡罗的仿真方法，借助于LWR中观仿真平台来计算时间依赖的路径成本。应用连续平均数法计算网络均衡态。对比了完全均衡、随机用户均衡、有限理性用户均衡结果。研究中考虑了两类有限理性行为，即路径偏好的异质性和无差异阈值的异质性。（3）基于图解法开展了动态交通分配问题的研究。借助于图解方法，分析了三条并行网络的动态交通分配问题，并讨论了基于每天的激励择路策略对择路行为的影响。假设累计到达流量已知，且到达率呈单峰变化。首先采用变分法绘制流量的动态系统最优分配线，分析了三种可能存在的分配线形式。然后设计了一类新的激励择路策略，包括早高峰时段何时以及如何实施该策略可以实现动态系统最优。并将研究结论扩展至一般结构并行网络和多峰情形。（4）研究了货车的路边停车行为。限定了货车的卸货区范围，量化寻找停车位的时间。采用微观仿真平台，分别在麦哈顿城市网络和里昂城市网络开展研究。分析了寻找停车位的时间、停车概率和区域停车密度之间的关系。项目研究成果能够进一步丰富交通科学基础理论，包括有限理性交通行为分析、交通行为实验研究、动态交通分配问题图解法、系统最优交通流量分布、货车卸货区停车行为等，可以为相关政策制定提供理论依据，能够更好地指导交通工程实践。