Tolls in Transportation Networks

Thèse de Master , 2011 , 94 Pages

Mathématiques - Mathématiques appliquées

The world-wide road traffic volume increases continuously while street capacities cannot be expanded accordingly. Coping with traffic congestion to reduce the overall travel time requires sophisticated traffic planning methods. Charge fees for the usage of network capacities is of special interest in scientific literature and, recently, has been implemented in practise. However, for technical, economical or political reasons, it is still not practicable to impose tolls on every edge of a given traffic network individually. Therefore, we study the mathematical optimization problem of computing tolls for a predefined subset of roads with the objective of reducing the total travel time. Furthermore, we discuss the related problem of computing tolls when only a finite number
of taxable roads is accounted for. For both problems we present algorithms applicable on general large-scale traffic networks. We test their performance and solution quality systematically on real-world instances. Finally, the results are integrated into an agent-based transport simulator to achieve qualitatively better solutions and reduced convergence time of the simulation process.

Inhaltsverzeichnis

• Zusammenfassung (German summary)
• Abstract
• 1 Einleitung
• 2 Modelle und Notation
• 3 Optimierungsprobleme
• 4 Algorithmen
• 5 Numerische Experimente
• 6 Simulationen
• 7 Schlussfolgerungen
• Literaturverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Arbeit befasst sich mit der mathematischen Modellierung und Lösung von Optimierungsproblemen im Zusammenhang mit der Einführung von Mautgebühren in Verkehrsnetzen. Das Ziel ist es, die Gesamtfahrzeit aller Verkehrsteilnehmer zu reduzieren, indem Mautgebühren strategisch auf ausgewählte Straßenabschnitte erhoben werden. Die Arbeit untersucht verschiedene Szenarien, darunter die Berechnung von Mautgebühren für einen vorgegebenen Satz von Straßen sowie die Optimierung der Mautgebühren unter der Einschränkung einer begrenzten Anzahl bemautbarer Straßenabschnitte.

• Mathematische Modellierung von Verkehrsnetzen
• Optimierung von Mautgebühren zur Reduzierung der Gesamtfahrzeit
• Entwicklung von Algorithmen für die Berechnung optimaler Mautgebühren
• Numerische Experimente zur Evaluierung der Algorithmen
• Integration der Ergebnisse in einen agentenbasierten Verkehrssimulator

Zusammenfassung der Kapitel

Kapitel 1 führt in die Thematik der Mautgebühren in Verkehrsnetzen ein und erläutert die Motivation für die Untersuchung dieses Problems. Kapitel 2 stellt die mathematischen Modelle und Notationen vor, die in der Arbeit verwendet werden. Kapitel 3 definiert die Optimierungsprobleme, die im Zusammenhang mit der Berechnung von Mautgebühren auftreten. Kapitel 4 präsentiert verschiedene Algorithmen zur Lösung der in Kapitel 3 definierten Probleme. Kapitel 5 beschreibt die Durchführung von numerischen Experimenten zur Evaluierung der in Kapitel 4 vorgestellten Algorithmen. Kapitel 6 integriert die Ergebnisse der Arbeit in einen agentenbasierten Verkehrssimulator. Kapitel 7 fasst die wichtigsten Ergebnisse der Arbeit zusammen und diskutiert zukünftige Forschungsrichtungen.

Schlüsselwörter

Verkehrsnetz, Mautgebühren, Optimierung, Algorithmen, agentenbasierte Simulation, Reisezeit, Staus, Verkehrsplanung.

• Université: Technical University of Berlin
• Auteur: Ingo Kleinert (Auteur)
• Année de publication: 2011
• Pages: 94
• N° de catalogue: V172954
• ISBN (ebook): 9783640931125
• ISBN (Livre): 9783640931002
• Langue: allemand
• mots-clé: wardrop, tolls, congestion control, network, equilibrium, traffic, constrained network tolls, inefficiency, wardrop equilibrium, game theory, network tolls, traffic optimization