本发明涉及城市交通领域，特别涉及一种当区域存在停车困难、停车收费单一无差别及停车资源在空间及时间上利用不均衡的问题时，通过基于弹性系数的差异化停车收费策略，驱动停车共享环境下的停车需求均衡分布，属于城市交通系统规划和管理技术领域。
背景技术
随着社会经济的持续迅速发展，居民出行机动化水平不断提升，机动车数量的骤增与停车设施建设滞后之间的矛盾日益凸显，造成交通拥堵及停车困难现象频频发生，严重影响了城市居民生活质量，阻碍城市的可持续发展。从停车设施自身特性出发，除了停车供给与需求间存在的矛盾之外，城市停车问题另外一个突出表现就是停车资源利用效率低下，主要表现在停车资源在时间及空间上的利用不均衡。
除此之外，停车收费制定不合理也是停车行业中较为突出的问题。停车收费是城市停车管理的重要内容，通过收取适当的停车费用，调节汽车的动态流量，影响居民的出行方式，从而调节停车供需关系，缓解停车困难问题。然而，我国许多城市由于对停车收费的目的缺乏统一正确的认识，在价格制定的过程中缺乏理论支持，往往制定不合理的停车收费策略，使停车收费没有发挥其价格杠杆作用，不能有效引导城市的交通发展。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是提供一种停车共享环境下基于均衡理论的差异化收费策略方法，能够通过差异化收费的方式实现停车共享环境下的溢出停车需求的均衡分布，有效缓解停车紧张，并且改善共享停车区域内停车收费单一的现状。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案，包括以下具体步骤：
步骤1：确定停车共享环境，通过多种用地停车场的基础停车数据，判别停车需求溢出的区域及停车利用率较低的停车场，从而确定停车时空资源互补的区域，划定停车共享环境；
步骤2：实现停车共享环境内溢出停车需求的均衡分布，基于用户均衡理论，以共享停车场内阻抗最小为目标，对共享停车场片区的溢出停车需求进行重新分配，以均衡区域内的停车分布；
步骤3：计算不同出行目的下停车收费的弹性系数，通过调查出行者在不同出行目的时，能够容忍的最高停车费用，计算停车收费的弹性系数；
步骤4：制定停车共享环境内差异化停车收费，基于停车收费弹性系数的研究，依次计算达到预期均衡停车分布情况下的共享停车场收费。
通过弹性系数的差异化收费制定，可以实现停车共享环境内的溢出停车需求的均衡分布，并且可以改善当下停车收费制定不合理现象，推动停车产业的可持续发展。
附图说明
图1是共享停车场的ue网络示意图
图2是研究范围界定图
图3是停车共享环境下基于均衡理论的差异化收费策略方法流程图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，本发明的保护范围并不限于此。
首先对本发明中专业术语进行解释：沿用交通工程学科中饱和度的概念，本发明中将停车场占有率情况同样采用饱和度来表示。停车场占有率是指停车场中被利用的泊位数占停车场总泊位数的比例，一方面占有率越高表示停车设施资源利用越充分，但是另一方面停车场利用率接近100％时，驾驶员需要花费更多的时间寻找合适停车位，徒增停车场内的交通量与驾驶员的出行成本。理想的停车场占有率应当是在停车场利用率最大化的前提下，尽量减少车辆寻找车位时间，研究表明，停车场占有率在85％左右时寻找车位时间最少。因而，本发明中假定停车占有率的饱和区段在60％-85％之间，即若占有率大于85％，则认为该停车场的饱和度处于过饱和状态，需将超出的停车需求(即溢出停车需求)引导至周边共享停车场；若占有率低于60％，则认为该停车场的饱和度较低，可以视作未饱和停车场，其闲置停车资源可以共享给停车需求溢出的停车场。
弹性系数是指当自变量发生变化时，函数值随之发生相应变化的比率，即函数值对自变量的变化所做出的反应程度大小。因而，通过停车费率的弹性系数，即可根据停车价格的变化来预测停车需求的变化幅度。
用户均衡(ue)模型是指满足wardrop第一原则的平衡分配方法，即如果道路使用者都明确网络的交通状态并试图选择最短路径时，网络将会达到平衡状态，此时，连接每个od点对的所有被使用的路径具有相同的阻抗，并且小于或等于任何未被使用路径的阻抗。
共享停车场的流量分配的流程是，首先确定需求溢出的过饱和停车场，并判别周围与其停车时空资源存在互补性的未饱和停车场，选取这些停车场构建共享停车场ue网络，共享停车场的ue网络示意(以1对od为例)如图1所示。
如图1所示，od对分别看作首选停车场和出行目的地，停车者的出行路径近似看作从需求溢出的首选停车场出发，选择开放的共享停车场，最后步行返回至目的地。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明：
步骤1：确定停车共享环境，通过多种用地停车场的基础停车数据，判别停车需求溢出的区域(停车占有率>85％)及停车利用率较低的停车场(停车占有率<60％)，从而确定停车时空资源互补的区域，划定停车共享环境的范围；
本发明主要考虑在停车需求溢出区域，实施停车共享区域内的差异化收费定价问题，因而，不考虑从起点到停车场的过程，仅考虑在目的地附近根据停车信息选择停车设施的过程，研究区域的示例如附图2所示。
步骤2：实现停车共享环境内溢出停车需求的均衡分布，基于用户均衡理论，以共享停车场内阻抗最小为目标，对共享停车场片区的溢出停车需求进行重新分配，以均衡区域内的停车分布；
共享停车场的ue网络目标为共享停车场片区内的综合停车路阻最小，其目标函数表达如下：
约束条件为：
式中，δxa为共享停车场中停车场a分配的溢出需求，w∈[o,δxa]，ta(w)为共享停车场a的阻抗函数，该函数与停车场a内的实时停放车流量有关，a表示开放共享停车场的总数量；
qrs＝(or-85％)×cr
其中or表示起点(首选停车场)r的占有率，cr表示首选停车场r的容量。
由于本发明研究范围是从出行者接近目的地开始，最后到达目的地结束，因而路阻函数仅考虑出行者在停车场内寻找车位时间和最后步行至目的地的时间。
sa(w)为出行者在停车场a内寻找停车位时间(单位：小时)，它与到达该停车设施的流量及其供给能力有关，若停车流量越大，停车场供给能力越小，即停车占有率越高，寻找车位时间越长，本发明采用如下的形式定义寻找车位时间：
0<oa1<85％
其中sa0为停车流量为零或不受车辆影响状态下，出行者在第a个停车设施内寻找车位的时间，oa1为实施共享停车后第a个停车设施内停车占有率，如前所述为保证共享停车场的停车效率，预期共享停车场的期望停车占有率小于85％。ca为第a个停车设施内停车位总数，xa0为第a个停车设施在开启泊位共享之前已停放车辆总数，xa1为实施停车共享后停车场a的停放流量。
一般而言，出行者从共享停车设施a步行至目的地s过程中，总是以步行距离最短为目标来选择路径，并且在满足共享停车场的条件下，步行时间通常在出行者可以接受的范围内，因此，假定特定的停车设施a步行至目的地路径唯一，步行时间
考虑到步行时间和寻找车位时间的时间价值不一，分别引入出行者单位时间价值ux和小汽车单位时间成本vy来修正上述步行时间
综上所述，可以得到共享停车场a的阻抗函数ta(w)：
上述用户均衡问题往往采用迭代加权算法求解，迭代加权法(methodofsuccessiveaverage,msa)是最接近平衡分配法的一种分配方法，若每步循环中权重系数取值严格按照数学规划模型取值，即可得到平衡分配的解，其算法思想是不断调整各个路段的分配流量，以逐渐接近平衡分配结果。
步骤3：计算不同出行目的下停车收费的弹性系数，通过调查出行者在不同出行目的时，能够容忍的最高停车费用，计算停车收费的弹性系数；
停车费率弹性系数的计算采用平均值法，该方法常被用于道路使用者出行行为研究，具体计算方法如下所示：
式中，pa0表示停车场a的现状停车费率；xa0表示停车场a的现状停车需求量；pa1表示停车场a的预期停车费率；xa1表示预期停车费率时停车需求量，δxa即为步骤2计算得到的共享停车场a分配的溢出需求。
由出行者在不同出行目的时能够容忍的最高停车费用调查可知，不同出行目的时居民最高能够忍受的停车费率存在显著差异性，即不同出行目的时停车费率敏感度存在差异，因而本发明中将区分不同出行目的下停车费率弹性系数。
根据北京市二环以内地区开展的停车费率意向调查，通勤出行时的刚性需求受停车费率影响相对较小，在不同停车费率下放弃驾车出行的比例较为平均，然而，购物及娱乐等出行目的在费率为18元/小时时，放弃出行的比例较为集中。为此，采用不同出行目的下各个停车费率弹性系数的均值来表示相应的停车费率弹性系数，其具体计算结果如下表所示：
表1不同出行目的下停车费率弹性系数均值
以出行目的为医院为例，其停车费率弹性系数均值为-0.98，表示当停车费率每提高1％，该出行目的下的停车需求将减少0.98％。
因而，根据步骤2基于用户均衡理论的共享停车分配模型可以计算得到各个共享停车场理想停车需求量xa1，结合停车收费的弹性系数计算公式即可计算得到停车场理想使用率情况下的停车费率pa1。
步骤4：制定停车共享环境内差异化停车收费，基于停车收费弹性系数的研究，依次计算达到预期均衡停车分布情况下的共享停车场收费。
停车费率弹性系数的计算采用平均值法，该方法常被用于道路使用者出行行为研究，具体计算方法如下所示：
式中，pa0表示停车场a的现状停车费率；xa0表示停车场a的现状停车需求量；pa1表示停车场a的预期停车费率；xa1表示预期停车费率时停车需求量，δxa即为前一小节计算得到的共享停车场a分配的溢出需求。
根据停车收费的弹性系数计算公式可以推理得到下式，即基于现状停车费率pa0及停车需求量xa0和理想停车需求量xa1，可以计算出停车场理想使用率情况下的停车费率pa1：
pbus≤pa1≤pmax
此外，基于公共交通优先政策的考虑，理想停车费率pa1必须大于相同行驶距离下公共交通的费用pbus(一般此处取值为5元/小时)，避免原本采用公共交通出行的出行者转向小汽车出行方式，增加停车困难压力，并且理想停车费率pa1应当不大于出行者最高能够忍受的停车费用pmax，该值可以根据步骤3调查问卷结果确定为20元/小时。
◆实施例
根据收集的多种用地基础停车数据分析，选取医院停车需求溢出的时段进行泊位共享。医院停车需求溢出的时段8:00-15:40内，与之停车时空资源存在互补的停车场为居住区和商业区，办公区此时同样处于停车高峰时段。因而，将未饱和停车场(商业区和居住区停车设施)开放为共享停车场，停车场的基本信息汇总见下表2(不考虑办公区)，其中停车占有率对应医院停车溢出需求最大的时刻t＝10:20。
表2共享停车场基本信息
医院在其停车高峰时段内的停车需求溢出，因而可以将医院的停车场作为首选停车场，即共享停车系统中的起点r，医院作为目的地s，其溢出需求为qrs:
qrs＝(or-85％)×cr＝350×(113.57％-85％)≈100
医院区域的溢出停车需求在共享停车场分配，主要受路阻函数的影响，各个共享停车场的相关参数如下表3所示：
表3共享停车场的相关参数
结合出行者单位时间价值ux和小汽车单位时间成本vy，可以依次得到共享停车场a的阻抗函数ta(w)，进而计算网络均衡状态下共享停车场的均衡停车流量，均衡后停车网络流量分配如表4所示：
表4基于用户均衡理论的共享停车场分配流量
由于需求溢出区域为医院，因而溢出停车需求的出行目的均为医院看病，因此停车费率弹性系数η＝-0.98，由此根据基于弹性系数的停车收费计算公式可以得到预期达到分配后占有率对应的共享停车场的停车费率。
表5预期共享停车场停车费率
综上所述，为了均衡共享停车场的停车分布，达到共享停车场内综合停车占有率最小，应当在片区内实行差异化收费，将停车需求溢出的医院区域停车费率从原先的10元/小时，提高至13.5元/小时；同时降低共享停车场的停车费率，以吸引出行者前往停车，居住区c以及商场d依次调整为8.0元/小时和5.5元/小时，以达到共享停车场片区内的综合停车路阻最小。此外，调整后的价格均在限定范围内[5,20]之间，因而基于弹性系数的差异化收费策略具有可行性与合理性。