考虑合乘出行的交通系统流量时空分布与合乘定价研究

With the development of the technological revolution and sharing economy, ridesharing services of Transportation Network Companies have caused extensive concern. Ridesharing is an emerging mode of travel mode with great development potential. Therefore, in the urban transportation system with consideration of ridesharing, a large number of basic scientific problems need to be solved urgently, and a large number of difficult problems need to be broken. Therefore, the project takes the transportation system with consideration of ridesharing as the research object. Firstly, this project aims to identify the components of the travel cost function of each travel mode and calibrate the weights of the corresponding components according to the actual traffic data. On this basis, the interaction mechanism between the ridesharing pattern and the road traffic condition is analyzed from the spatial dimension. The static stochastic user equilibrium model with consideration of ridesharing is established to describe the integrated behavior of traffic mode choice and route choice. It further can reveal the spatial regularity of traffic flow. Then, the interaction mechanism between the ridesharing pattern and the road traffic condition is analyzed from the temporal dimension. The dynamic user equilibrium model of morning commute problem with consideration of ridesharing is established to describe the integrated behavior of departure time choice and traffic mode choice. It further can reveal the temporal regularity of traffic flow. Finally, based on the research on the spatial-temporal distribution of traffic flow with consideration of ridesharing, this project proposes the integrated optimization pricing strategy model. Then an effective algorithm is designed to solve this model. Therefore, this project will provide decision support and theoretical basis for the traffic management department.

在新一轮科技革命与共享经济的浪潮下，合乘出行服务受到广泛追捧与关注。然而，作为一种新兴且极具发展潜力的交通出行方式，合乘出行模式下的城市交通系统存在大量基础科学问题亟待解决。为此，本项目以合乘出行模式下的交通系统为研究对象，首先利用实际交通出行数据，识别各类出行方式阻抗函数构成要素并标定权重；在此基础上，从空间维度分析合乘出行模式与道路交通状态的相互作用机理，建立描述出行者整合出行方式与出行路径选择的静态交通随机用户均衡模型，揭示合乘出行模式下交通系统流量空间分布规律；然后，从时间维度分析合乘出行模式与道路交通状态的相互作用机理，建立描述出行者整合出发时刻与出行方式选择的早高峰通勤动态用户均衡模型，揭示合乘出行模式下交通系统流量时间分布规律；最后，在对合乘出行模式下交通流量时空分布规律研究的基础上，提出整合优化合乘定价策略模型，并设计算法进行求解，从而为交通管理部门提供决策支持与理论依据。

随着城市化进程的加快，交通拥堵已经成为制约我国经济社会发展的突出问题。在共享经济的浪潮下，合乘出行因其可以实现社会车辆资源的优化组合，充分利用闲置运力，受到广泛追捧与关注，但作为一种新兴且极具发展潜力的出行方式，合乘出行模式下的城市交通系统存在大量科学问题亟待解决。为此，本项目首先以合乘出行模式下出行者选择行为为研究对象，识别各类出行方式阻抗函数构成要素并对其权重进行标定，构建了适用于单一OD对的合乘出行随机用户均衡模型，并对模型解的性质进行了分析，数值案例验证了模型与求解算法的有效性。在此基础上，拓展上述模型使其适用于一般城市交通网络，基于变分不等式与非线性互补理论，构建了适用于多OD对的合乘出行随机用户均衡模型，分析了模型解的性质，利用该模型研究了合乘出行参与下的城市路网交通流量分布规律，分析了不同合乘定价水平、补贴水平对于交通系统的影响。然后，在对合乘出行交通流量分布规律的研究基础上，从交通管理者的角度分别以总出行成本最小、机动车污染物排放最小以及两者同时最小为优化目标，建立了整合合乘出行随机用户均衡的合乘定价优化模型，设计了改进的非支配排序遗传算法NSGA-II求解上述多目标优化模型，并利用经典交通网络对模型与算法进行了验证，相关成果可以为交通管理部门提供决策支持与理论依据。. 通过三年的努力工作，已顺利完成项目预期的研究目标。共发表标注基金号期刊论文12篇，其中第一作者及通讯作者文章10篇，SCI检索论文8篇，包含国际交通领域顶级期刊《Transportation Research Part E》，著名期刊《IET Intelligent Transport Systems》、《Journal of Transportation Engineering Part A》、《Journal of Urban Planning and Development》等；以第一发明人申请国家专利2项，受邀参加第12届计算交通科学国际研讨会并做学术报告，参加美国TRB年会等学术会议，依托项目培养及正在培养硕士研究生5名；此外，项目负责人在项目执行期间晋升副教授，入选北京市科协青年人才托举工程，完成了到香港理工大学为期三个月的交流合作。