基于效益-费用的高速公路货车差异化收费双层优化建模

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20241380

吉林大学学报(工学版) ›› 2026, Vol. 56 ›› Issue (7): 1958-1969.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20241380

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基于效益-费用的高速公路货车差异化收费双层优化建模

张惠玲^1,²(),王靖帆¹,曹一铄^1,³,敖谷昌^1,²()

^1.重庆交通大学交通运输学院，重庆 400074
^2.重庆交通大学智能综合立体交通重庆市重点实验室，重庆 400074
^3.重庆长安民生物流股份有限公司，重庆 401120

收稿日期:2024-12-31 出版日期:2026-07-01 发布日期:2026-08-12
通讯作者: 敖谷昌 E-mail:huilingz@126.com;agc2002@163.com
作者简介:张惠玲（1980-），女，教授，博士.研究方向：交通信息工程及控制.E-mail：huilingz@126.com
基金资助:
重庆市自然科学基金项目(cstc2019jcyj-msxmX0786);重庆市教委科学技术研究项目(KJQN202404301)

Two⁃layer optimization modelling on expressway differentiated tolling for trucks based on benefit⁃cost

Hui-ling ZHANG^1,²(),Jing-fan WANG¹,Yi-shuo CAO^1,³,Gu-chang AO^1,²()

^1.College of Traffic & Transportation，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China
^2.Chongqing Key Laboratory of Intelligent Integrated and Multidimensional Transportation System，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China
^3.Changan Minsheng APLL Logistics Co. ，Ltd. ，Chongqing 401120，China

Received:2024-12-31 Online:2026-07-01 Published:2026-08-12
Contact: Gu-chang AO E-mail:huilingz@126.com;agc2002@163.com

摘要/Abstract

摘要：

通过分析高速公路的经营支出和货车驾驶员的出行选择意愿，推导不同路径的车流量，并构建了收费情况下的不同路段的行程费用函数。该模型为双层优化模型，上层规划以实现网络用户盈余最大为目标，并将道路经营企业的财务指标作为约束条件；下层规划选用弹性需求下的用户均衡模型描述道路使用者的出行选择行为。通过遗传模拟退火算法对模型进行求解。最后，通过具体案例验证优化方案可以使高速公路的货车流量提升约20.67%，收费收入提升5.88%，货车通行费减免13.56 万元/d，表明本文货车差异化优化收费方案在实际中具有较好的应用效果。

关键词: 高速公路, 差异化收费, 双层优化模型, 遗传模拟退火算法, 用户均衡模型

Abstract:

The different routes traffic flow was calculated and the travel cost function of the expressway was established through analyzing the operation expenditure of expressway and the travel choice willingness of truck drivers. The function is a two-level optimization model， and the upper layer planning selects the idea of road network managers pursuing maximizing the surplus of the network users and takes the financial indexes of the road operating enterprises as the constraints condition， the lower layer planning chooses the user equilibrium model under elastic demand to describe the travel choice behavior of road users. The genetic simulated annealing algorithm was used to solve the model. Finally， using the example verifies that the optimization scheme proposed by the thesis can improve the truck flow of the highway by 20.67%， and the toll revenue is improved by 5.88%， and the truck toll fee is reduced by 135600 yuan/day. It shows that the differentiated optimization of truck charging scheme researched in the thesis has a good application effect in practical implementation.

Key words: expressway, differential toll, two-layer optimization model, genetic simulated annealing algorithm, user equilibrium model

中图分类号:

U491

张惠玲,王靖帆,曹一铄,敖谷昌. 基于效益-费用的高速公路货车差异化收费双层优化建模[J]. 吉林大学学报(工学版), 2026, 56(7): 1958-1969.

Hui-ling ZHANG,Jing-fan WANG,Yi-shuo CAO,Gu-chang AO. Two⁃layer optimization modelling on expressway differentiated tolling for trucks based on benefit⁃cost[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2026, 56(7): 1958-1969.

图/表 10

图 1

图2

图3

表 1

高速公路燃油消耗模型参数系数表"

车型	$a$	$b$	$c$	$e$	$τ 1$	$τ 2$
一类货车	0.002 7	-0.309 0	21.066 7	0.922 5	1.001 0	1.103 4
二类货车	0.005 7	-0.763 4	47.190 0	1.088 6	0.999 1	1.263 8
三类货车	0.022 4	-2.997 1	125.931 3	0.499 1	1.010 4	1.222 9
四类货车	0.014 0	-1.765 7	86.405 7	0.908 4	1.000 7	1.148 4
五类货车	0.013 7	-2.180 0	108.328 6	0.719 3	1.004 1	1.106 8
六类货车	0.014 6	-2.075 0	92.865 6	1.334 3	0.997 5	1.137 1

表 1

表2

表3

各路段基本参数"

参数	路段编号
参数	1	2	3	4	5	6
$t a 0 / h$	0.30	0.30	0.71	0.71	0.95	0.95
$y a / [元 · (v e h · k m) - 1]$	0.54	0.54	0.40	0.40	-	-
$l a / k m$	23.90	23.90	56.93	56.93	76.06	76.06
$C a m a x / (v e h ? d - 1)$	25 000	25 000	30 000	30 000	30 000	30 000

表3

表4

表5

表 6

表 7

参考文献 23

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OD对	起点-讫点	各车型交通出行需求/（veh·d^-1）
OD对	起点-讫点	一类	二类	三类	四类	五类	六类
1	合川-渝北	472	996	298	1 172	119	2 107
2	渝北-合川	436	919	275	1 081	110	1 945

各车型收费费率						上层目标函数值	长合高速公路货车交通量/（veh·d^-1）
一类	二类	三类	四类	五类	六类	上层目标函数值	长合高速公路货车交通量/（veh·d^-1）
0.504	0.906	1.664	2.056	2.471	2.743	10 108.81	4 779

路段	交通量/（veh·d^-1）
路段	一类	二类	三类	四类	五类	六类
1	245	517	155	608	62	1 093
2	226	477	143	561	57	1 009
3	245	517	155	608	62	1 093
4	226	477	143	561	57	1 009
5	229	479	145	563	56	1 013
6	211	442	134	520	52	935

研究方法	货车日均流量/（veh·d^-1）	道路利用率/%	货车通行费收入/（万元·d^-1）	货车通行费减免/（万元·d^-1）
传统方法	3 959	39.87	67.21	-
本文模型	4 779	48.13	71.16	13.56

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