经营性高速公路差异化收费方案制定方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种经营性高速公路差异化收费方案制定方法及系统，属于高速公路运营管理技术领域。本发明专利技术构建货车的出行路径选择的效益函数，通过出行效益函数与出行方式选择的logit模型建立货车的出行路径选择行为模型，利用该模型预测货车选择高速公路及并行相应国省道的概率；根据起讫点间货车的交通流量数据及货车的运输费用及物流成本建立高速公路差异化双层规划模型，根据模型求解结果得到可行定价区间，进行碳减排效果评估，从而构建减排效果和降本效果最优下的差异化收费方案；增加了公路通行效率，减少了公路路网碳排放总量，在保证高速公路运营基本收入的前提下，促进物流降本增效，同时实现节能减排。同时实现节能减排。同时实现节能减排。

【技术实现步骤摘要】
经营性高速公路差异化收费方案制定方法及系统


[0001]本专利技术涉及高速公路运营管理
，具体涉及一种基于碳减排优化的经营性高速公路差异化收费方案制定方法及系统。

技术介绍

[0002]交通运输业作为现代社会中的高排放行业，通过研究高速公路及相应并行国省道的货运交通出行分布特征，高速公路的收费方案对于影响车辆路径选择，实现路网交通量均衡有着重要意义。原有的高速公路固定定价方案使得国省道的货车交通压力较重，不能满足对货车流量进行分流调节，进而导致公路碳排放总量激增。因此需要制定科学合理的高速公路定价收费费率方案，在保证不削弱偿债能力的基础上，促进降本增效，同时实现节能减排。
[0003]高速公路的各收费卡口的交通流量及各路段收费费率决定了高速公路的收费标准。高速公路价格的变动对调节交通流量有着重要的作用。高速公路的收费费率降低，车辆从并行国省道转移致高速公路上，使得高速公路的车流量增大，高速公路资源得到合理利用。国省道的交通压力得到缓解，一定程度上调节了国省道的拥堵情况，使得国省道碳排放含量降低。但高速公路的碳排放也存在一定程度的上升，使得公路总碳排放量与原来的碳排放总量相比有改变。同时改变交通量后，流量与调整后的收费费率相乘得到的收费总额可能更高，也可能较原收费总额更低。这些现象主要取决于所改变的交通量的大小。因此针对上述情况，为实现不削弱偿债能力基础上的降本增效和节能减排，需要提出更为合适的高速公路收费费率方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于碳减排优化的经营性高速公路差异化收费方案制定方法及系统，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术提供一种基于碳减排优化的经营性高速公路差异化收费方案制定方法，包括：
[0007]根据道路交通网结构和高速公路的起讫点货车交通流量数据，对当前的高速公路货车收费标准进行分析，计算货车货物总运输成本；
[0008]根据货车选择某一路径时的总运费收益和运输总成本，计算货车选择不同路径下的出行效益函数；
[0009]基于出行效益函数构建货车的出行路径选择模型，计算选择不同路径的出行选择概率；
[0010]根据货车货物总运输成本、出行效益函数和路径选择模型建立高速公路差异化收费双层规划模型；
[0011]对高速公路差异化收费双层规划模型进行求解，获得经营性高速公路最优收费费
率的最优区间。
[0012]优选的，还包括：
[0013]对公路交通碳排放进行测算，基于测算结果进行碳定价计算；计算高速公路收费费率调整后的碳减排收益，从而评估其经济价值；计算不同费率下的碳减排收益和高速高路运营商收益，根据函数曲线图，得到内保证碳排放收益和运营收益最优的定价值。
[0014]优选的，货车货物总运输成本，包括：在考虑货车车辆的运输成本时需要考虑运输一个周期内的全部成本，包含货车运输所需油耗成本、高速公路的通行费成本、人工成本、折旧成本及车辆保险养护成本。
[0015]优选的，针对货车运输周期净利润的出行效益函数，其计算公式为：V
i
＝λ(I
i
‑
C
i
)；V
i
表示货车选择路径i的效用函数，I
i
表示货车选择路径i的总运费收益，C
i
表示车辆选择路径i的运输总成本，λ表示模型标定系数。
[0016]优选的，构建的出行路径选择模型，计算选择不同路径的出行选择概率：其中，P
r
表示货车选择路径r的出行概率，V
r
表示选择路径r时的效用函数，V
i
表示路径i的效用值，n表示起点和终点间的路径总数。
[0017]优选的，根据货车运输成本、收益函数和路径选择模型建立高速公路差异化收费双层规划模型的下层规划模型：
[0018]下层规划的最优目标是有效降低货车的运输成本，使得一定周期内行驶的高速公路货车的运输收益高于并行的相邻国省道，进而将部分的货车从国省道吸引至高速公路上，其优化目标函数为：maxB
r
＝I
r
‑
C
r
，B
r
为货车在高速公路行驶一个周期内的净利润，I
r
为货车在高速公路行驶一个周期内的总运费，C
r
为货车在高速公路行驶一个周期的总成本费用；
[0019]满足的约束条件为：
[0020][0021]B
g
≤B
r
[0022]其中，q
r,c
表示为路段r、车型c的交通量，p
r,c
表示车型c选择路段r的概率，Q
c
表示起点和终点间车型c的总交通量；若起点和终点间所选路径包含高速公路路段r，则G(r)＝1；若起点和终点间所选路径不包含高速公路路段r，则G(r)＝0，R表示起点和终点间包含高速公路路段总数；B
g
表示货车在国道行驶一个周期内的净利润，B
r
表示货车在高速公路行驶一个周期内的净利润。
[0023]优选的，建立高速公路差异化收费双层规划模型的上层规划模型，包括：
[0024]目标函数为：maxU
s
＝U
e1
+U
e2
；U
s
表示高速公路运营总收入，U
e1
表示高速公路收费费率改变后，原始交通量下的高速运营收益；U
e2
表示高速公路收费费率改变后，增加的交通量下的高速运营收益；
[0025]各车型、货车途径各高速公路路段的原始费率及原始交通量下的高速集团运营收益总和U0为：U0＝∑
c
∑
r
q
r,0
×
f
ro
×
L
r
(r∈R)；
[0026]其中，q
r,0
表示高速公路路段r上的原始交通量，f
ro
表示高速公路路段r的原始费率，L
r
表示货车的运输距离；
[0027]满足的约束条件为：
[0028]q
r,o
+q
re
≤C
r
，U
s
≥U0[0029]其中，C
r
表示路段r的通行能力。
[0030]优选的，建立碳排放货币化评估模型，对高速公路交通碳排放进行测算，再进行碳定价计算，包括：
[0031]根据移动源的碳排放测算算法，采用“自下而上”法对货车在公路的货运过程中产生的碳排放量进行计算：E
trans
＝∑
j
∑
i
CEF
i,j
×
L
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳减排优化的经营性高速公路差异化收费方案制定方法，其特征在于，包括：根据道路交通网结构和高速公路的起讫点货车交通流量数据，对当前的高速公路货车收费标准进行分析，计算货车货物总运输成本；根据货车选择某一路径时的总运费收益和运输总成本，计算货车选择不同路径下的出行效益函数；基于出行效益函数构建货车的出行路径选择模型，计算选择不同路径的出行选择概率；根据货车货物总运输成本、出行效益函数和路径选择模型建立高速公路差异化收费双层规划模型；对高速公路差异化收费双层规划模型进行求解，获得经营性高速公路最优收费费率的最优区间。2.根据权利要求1所述的基于碳减排优化的经营性高速公路差异化收费方案制定方法，其特征在于，还包括：对公路交通碳排放进行测算，基于测算结果进行碳定价计算；计算高速公路收费费率调整后的碳减排收益，从而评估其经济价值；计算不同费率下的碳减排收益和高速高路运营商收益，根据函数曲线图，得到内保证碳排放收益和运营收益最优的定价值。3.根据权利要求1所述的基于碳减排优化的经营性高速公路差异化收费方案制定方法，其特征在于，货车货物总运输成本，包括：在考虑货车车辆的运输成本时需要考虑运输一个周期内的全部成本，包含货车运输所需油耗成本、高速公路的通行费成本、人工成本、折旧成本及车辆保险养护成本。4.根据权利要求1所述的基于碳减排优化的经营性高速公路差异化收费方案制定方法，其特征在于，针对货车运输周期净利润的出行效益函数，其计算公式为：V
i
＝λ(I
i
‑
C
i
)；V
i
表示货车选择路径i的效用函数，I
i
表示货车选择路径i的总运费收益，C
i
表示车辆选择路径i的运输总成本，λ表示模型标定系数。5.根据权利要求4所述的基于碳减排优化的经营性高速公路差异化收费方案制定方法，其特征在于，构建的出行路径选择模型，计算选择不同路径的出行选择概率：其中，P
r
表示货车选择路径r的出行概率，V
r
表示选择路径r时的效用函数，V
i
表示路径i的效用值，n表示起点和终点间的路径总数。6.根据权利要求5所述的基于碳减排优化的经营性高速公路差异化收费方案制定方法，其特征在于，根据货车运输成本、收益函数和路径选择模型建立高速公路差异化收费双层规划模型的下层规划模型：下层规划的最优目标是有效降低货车的运输成本，使得一定周期内行驶的高速公路货车的运输收益高于并行的相邻国省道，进而将部分的货车从国省道吸引至高速公路上，其优化目标函数为：maxB
r
＝I
r
‑
C
r
，B
r
为货车在高速公路行驶一个周期内的净利润，I
r
为货车在高速公路行驶一个周期内的总运费，C
r
为货车在高速公路行驶一个周期的总成本费用；满足的约束条件为：
B
g
≤B
r
其中，q
r,c
表示为路段r、车型c的交通量，p
r,c
表示车型c选择路段r的概率，Q
c
表示起点和终点间车型c的总交通量；若起点和终点间所选路径包含高速公路路段r，则G(r)＝1；若起点和终点间所选路径不包含高速公路路段r，则G(r)＝0，R表示起点和终点间包含高速公路路段总数；B
g
表示货车在国道行驶一个周期内的净利润，B
r
表示货车在高速公路行驶一个周期内的净利润。7.根据权利要求6所述的基于碳减排优化的经营性高速公路差异化收费方案制定方法，其特征在于，建立高速公路差异化收费双层规划模型的上层规划模型，包括：目标函数为：maxU
s
＝U
e1
+U
e2

【专利技术属性】
技术研发人员：王江锋，张楚瑶，张树奥，邓晓荣，丁卫东，罗冬宇，彭子威，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：