考虑负面土地利用效应的道路拥挤收费模型与方法：基于帕累托优化原理

By investigating the existing road congestion pricing policies, we find that congestion pricing has not only reduced the level of traffic congestion, but also has a negative impact on land use. Due to the lack of theoretical analysis and optimization methods, the existing congestion pricing policies often sacrifice the land use performance to improve the performance of the transportation system. In fact, the relationship between the performance of land use and the performance of transportation system is neither positive correlation nor entirely negative correlation. This study suggests that, through the coordination of congestion toll rate and revenue utilization strategy, we can make the land use and transportation system to achieve the Pareto optimal state. In other words, we can improve the efficiency of transportation systems on the premise of not affecting the performance of land use. To this end, this study first investigates and identifies the basic characteristics of the land use effects of congestion pricing. On this basis, through the land use and transportation integrated model, data mining, and spatial econometric methods, we will explore the mechanism of the negative land use effects of congestion pricing on regions with different built environment attributes and identify the congestion pricing sensitive areas. By using the principle of interaction between land use and transportation, traffic network analysis, optimization theory, and system dynamics methods, a multi-objective Pareto optimal congestion charging model for land use and transportation system will be established for those negative affected areas. The results of the study will provide us with a decision-making basis for developing a congestion toll scheme in favor of land use.

通过调查已经实施的拥挤收费政策，发现拥挤收费不仅会降低交通拥堵水平，还会对土地利用产生负面影响。由于缺少理论分析和优化方法，已有拥挤收费政策往往是以牺牲土地利用性能来换取交通系统性能提升。实际上，土地利用性能和交通系统性能之间既非正相关也非完全对立的。本研究认为通过协调拥挤费率以及收费收益的利用策略，可以使土地利用和交通系统达到帕累托优化状态，即在不影响土地利用性能的前提下提高交通系统运行效率。为此，本项目在调查和识别拥挤收费土地利用效应基本特征的基础上，通过土地利用和交通整合模型、数据挖掘和空间计量经济学方法，探究拥挤收费对不同建成环境属性区域土地利用负面影响的作用机理，识别收费敏感区域。针对收费负面影响区域，综合运用土地利用与交通互动反馈原理、交通网络分析技术、最优化理论和系统动力学方法建立土地利用和交通系统多目标帕累托优化拥挤收费模型，为制定有利于土地利用的拥挤收费政策提供决策依据。

通过调查已经实施的道路拥挤收费政策，发现道路拥挤收费不仅会降低交通拥堵水平，还会对土地利用产生负面影响。由于缺少理论分析和优化方法，已有道路拥挤收费政策往往是以牺牲土地利用性能来换取交通系统性能提升。为此，本项目重点研究道路拥挤收费对不同建成环境属性区域土地利用负面影响的作用机理。针对负面影响区域，建立了土地利用和交通多目标优化道路拥挤收费模型，为制定有利于土地利用的道路拥挤收费政策提供依据。.本项目重要研究成果包括：（1）探讨了道路拥挤收费对不同属性区域土地利用（可达性）影响的空间异质性的作用机理，发现道路拥挤收费对区域可达性的影响是区域不同建成环境属性共同作用的结果；（2）提出了基于感知风险下的随机道路网络边际成本收费模型，给出了随机道路网络多目标优化方法；（3）开发了一套空间异质性分析方法，有效解决了建成环境要素对道路行程时间影响的空间异质性问题；（4）基于多源大数据，利用机器学习等方法提出了一系列交通系统状态识别、评估与预测技术；（5）针对道路拥挤收费引起的负面土地利用效应，提出了一种新颖的基于α-条件字典序优化的多目标双层道路拥挤收费模型以及一种主动学习优化方法。.在国家自然科学基金委的资助下，项目组在Transportation Research Part C（2篇）、Transportation Research Part E等交通领域顶级/主流SCI/SSCI期刊发表标注基金号的学术论文7篇、发表EI检索会议论文1篇；出版中文专著1部、英文著作章节1章；授权美国发明专利2项、中国发明专利3项、公布2项中国发明专利，专利成果已经在大连、重庆等地得到了应用。另有2篇与本项目相关的论文已经完成并投稿于交通领域顶级期刊《Transportation Research Part C》（已接收）以及管理与运筹领域著名SCI期刊《European Journal of Operational Research》。研究成果得到国际同行的肯定，项目负责人多次在SCI/SSCI国际期刊上负责专刊，并受邀成为Transportation Letters（SCI期刊）、Frontiers in Future Transportation等4个国际期刊的编委。