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原文传递农村公路治超方法与优化模型研究

论文题名：	农村公路治超方法与优化模型研究
关键词：	农村公路运输;治超方法;治超车;随机巡游
摘要：	农村公路超限运输问题在我国十分普遍，严重地损害了公路的路面质量和增加了公路的建设养护成本。虽然公路管理部门一直在持续开展超限运输治理工作，但其效果并不理想。治理效果不理想的原因主要有两方面，一是由于目前公路轴载限值设置过低，农村公路的运输业者难以在限值下维持盈利水平，其超限运输的意愿极高，阻碍超限运输的长效治理；二是由于农村公路路网连接结构复杂、覆盖范围广阔，依托固定治超站的固定设备实施治超的效果和效率低下，公路上的超限车辆无法被及时发现与处理。　　为解决目前农村公路超限运输治理面临的问题，首先有必要思考目前的治超执法依据-轴载限值在整个经济社会大系统中的科学合理性，考虑农村公路运输市场的溢出效应，提出增加农村公路轴载限值的方法，目的在于提高公路供给投入产出比和车辆运输效益的同时降低运输业者超限运输的意愿。然后，在农村公路运输市场收入固定不变的情况下，有必要研究如何通过创新治超模式以及如何在新治超模式下实施高效的超限治理（如：治超站选址、治超车路径优化等），目的在于保证公路需求方（货车）正常使用公路的前提下最小化农村公路的维修与执法成本。　　在上述背景下，本文的研究内容如下所述：　　（1）为降低运输业者超限运输的意愿，以及提高农村公路的投入产出比和最大化农村公路运输在全社会系统中的效用，首先构建一个包含农村公路运输市场、生产市场和消费市场的大市场系统，基于大市场系统分析增加公路轴载限值的必要性。其次，分析增加公路轴载限值对农村公路运输市场、生产市场和消费者市场的影响。然后，计量轴载限值增加导致农村公路运输市场成本的变化，再通过改进投入产出表计量农村公路运输市场成本变化对其他市场投入成本的波及效应，明确轴载限值增加引起的社会成本的变化。在此基础上，以轴载限值增加前后的社会成本减少值最大为目标，建立轴载限值的优化模型。依托贵阳市的农村公路实施案例分析，计算结果表明：在一定范围内提高轴载限值可以有效减少社会总成本和降低运输业者超限运输的意愿。研究成果为提高农村公路供给的投入产出比，实现公路运输的最大效用奠定了理论基础，也为投入产出表的改进提供了思路。　　（2）为提高农村公路的治超效率和治超效果，提出以治超站为基地，以治超车为依托，实施移动治超的工作模式，并以治超成本最小化为目标构建治超站选址-治超车路径优化模型，同时确定治超站的数量、治超站选址与治超车的巡游路径。为解决模型实际应用时，治超站选址候选点集合规模巨大的求解难题，设计二级嵌套的蚁群算法。利用贵阳市农村公路的实际数据实施案例分析，计算结果表明：设计的嵌套蚁群算法可有效地求解大规模的选址-路径联合优化问题，优化方案可有效的对农村公路路网内的超限运输车辆进行监控和治理。研究成果为在农村公路上实施高效的移动治超提供了决策依据，也为选址候选点集合规模巨大的选址-路径联合优化问题提供求解思路。　　（3）为避免超限货车根据大数据规避治超车的巡游路径，提出治超车随机巡游的方法，保障治超车在农村公路上移动治超的效用。解析治超车与超限货车之间捕捉-反捕捉的行为机理，构建双层规划模型模拟治超车与超限货车之间捕捉-反捕捉的博弈关系，优化治超车的巡游路径集合。其中，上层模型以治超车巡游路径上的移动治超效用最大为目标，动态优化治超车巡游路径；下层模型以超限货车的运营成本（罚款成本与行驶成本之和）最小为目标，确定超限货车的行驶路线。为验证模型和设计算法的有效性，基于贵阳市农村公路的实际数据进行案例分析，计算结果表明：与不考虑超限货车的规避行为实施移动治超的治理效用相比，通过动态优化方法得到的移动治超效用明显增加。研究成果进一步丰富了车辆路径优化问题的理论方法，也为其他具有捕捉-反捕捉型特征的双层规划问题提供了求解思路。
作者：	蒋劲羽
专业：	交通运输规划与管理
导师：	赵旭
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022