基于博弈理论的高速公路运营管理多目标决策研究
谢春燕，赖海燕
(广西交通投资集团有限公司，广西 南宁 530022)
摘 要： 文章运用博弈理论对高速公路运营管理中公路逃费、收费拥堵交通流量控制及养护等重点问题进行了博弈分析。通过问题建模，得到通过博弈理论解决高速公路运营管理多目标问题的基本思路，并通过高速公路运营管理者与使用者的现有行为方式进行验证，表明博弈理论可适用于高速公路运营管理多目标决策中，且具有实际效用。
关键词： 高速公路运营管理；博弈理论；目标决策
0 引言
随着我国高速公路里程数激增，如何实现高速公路有效的运营管理是发挥高速公路效用的关键环节。在高速公路运营管理的相关研究中，许多问题需要借助博弈理论及方法在特定环境下做出决策最优解的选择。博弈理论研究本质上指的是在特定的环境中，各类博弈活动参与者在利益相互冲突的条件下构建策略矩阵，并基于自身利益最大化的原则作出行为决策以及行为决策可能导致的所有结果的利益均衡问题[1]。
1 高速公路运营管理问题概述
1.1 高速公路运营管理问题及其描述
高速公路运营管理是以实现高速公路的经济效益和社会效益为目标，借助于现代管理方法和手段，突出管理学范畴的计划、组织、协调和控制等管理职能的具体安排。
超声医学是医学影像学和基础医学的重要组成部分。研究、临床医学和超声图像的结合具有很强的实用性，几乎涉及各个临床学科的特点[2]。过去，它主要用于超声医学的教学。传统的教学方法以教师、教材和课堂为中心，注重学生的理论。知识的记忆往往是教师“填鸭式”教学，教师教书多，学得少。被动接受更多，思考更少。在这种教学模式中，教师提出问题，学生被动地回答问题，或者学生提出问题，教师直接解决问题，无法培养学生实践技能以及应变能力[1]。目前我科采用混合式教学模式为主，培养学生自主学习能力，根据知识难易程度，灵活运用混合式教学法，这种方法不仅能充分发挥学生的学习主动性，而且能大大提高学生的学习兴趣和积极性。
1.2 高速公路运营管理多目标描述
1.2.1 高速公路收费管理目标
我国高速公路大部分属于收费高速公路，这就涉及到了高速公路收费管理活动。高速公路的收费管理活动是建立在高速公路的收费制度基础上，根据一定的收费标准对高速公路使用者收取相应的费用，还包括提高通行效率与服务质量，严格控制运营管理成本，加强运营主体服务监督等方面的内容。
1.2.2 高速公路保畅通行管理目标
高速公路在运营管理过程中随时可能发生收费站车流拥堵、服务区车流拥堵以及因交通运输事故、危险品泄漏或爆炸等突发事件造成的拥堵现象。因突发事件所造成的拥堵现象是不可预知、不可控制的，而高速公路保畅通行管理，重点在于对收费站和服务区的交通车流进行有效的管理调控，以达到对车流及时疏导、通行有序的管理目标。
1.2.3 高速公路优化养护管理目标
高速公路的养护管理包括路基、路面、桥梁、隧道、交通安全设施以及绿化养护等六个方面的主要内容。高速公路养护管理的目的在于实现公路全寿命周期养护成本最低、路况最佳的目标。
2 基于博弈理论的高速公路运营管理行为分析
2.1 高速公路收逃费的演化博弈分析
现阶段，高速公路收费存在缺乏明确的管理法规和政策管理体系，导致一方面管理者存在收费稽查力度不够，时常出现贪污受贿、挪用公款等情况；另一方面使用者存在车辆互相交换车牌、伪造车牌、伪造免费通行标志、强行冲卡等逃费现象，造成高速公路通行费用的损失。高速公路收逃费的博弈就是高速公路收费行为中的管理者、收费员和司机都根据自身的行为选择能否得到利益以及利益的大小来决定是否参与收逃费过程。在高速公路收逃费的博弈活动中，博弈的任何一方都可以通过学习来积累经验，不断调整自我行为策略，可以认为博弈行为存在演化趋势。利用演化博弈对收逃费参与者的博弈关系进行分析，可以得出参与者在博弈过程中做出策略选择的时间演化趋势，以此为高速公路的运营管理提供相应的管理决策。
2.2 高速公路收费拥堵交通流量控制的博弈分析
高速公路收费站口交通拥堵的博弈表现为高速公路出行者对收费站口的选择以时间最短为目的，但实际上收费通道的交通运行状况是根据出行者对通道选择的结果而不断变化的，这就在出行者与收费站口的具体情况之间形成了博弈。在这个博弈的过程中，出行者按基于自身经验及判断所做出的策略选择相应收费通道，以期实现排队时间最短。出行者之间也构成了一种博弈关系，而管理者也是根据这样的相互博弈行为而做出相应的管理策略调整，导致博弈行为出现演化。因此，采用演化博弈对出行者选择收费通道的行为进行分析，找出演化均衡点，可以帮助管理者有意识地诱导出行者合理选择收费通道，以解决高速公路收费站口拥堵问题。
2.3 基于博弈论的高速公路养护博弈分析
高速公路养护管理主要是结合路面损坏情况、交通量等因素来确定采取养护措施的类型。在拟定养护方案过程中，需要将出行者作为一个效用因素加入到高速公路养护方案的决策中，以实现管理者和出行者双方利益最大化。在高速公路养护管理的博弈中，交通出行者对道路的使用需求除了要求畅通之外，还存在安全、舒适的使用体验需求。而从高速公路管理者方面来看，由于高速公路的养护管理涉及到路面建设的具体设计指标、详细的造价成本和养护标准，因此在决策方案博弈的过程中需要建立起效用函数，以设计目标变量与造价优化目标函数为总效用，各个参与主体的策略是独立的，以此形成了各方博弈空间。
本文设计的监控系统，目的是实现远程监控系统内各变频器的状态、参数，实现对变频器基本功能与运行过程的远程控制[9]。监控系统结构图如图4所示。
3 博弈论解决高速公路运营管理多目标问题的基本思路
3.1 问题描述与模型建立
传统的博弈理论要求博弈双方是完全理性的状态，在决策时能做出对自身而言利益最大化的选择[2]。对高速公路运营管理而言，收费中的逃费冲卡、交通拥堵、有效养护等问题的复杂性和困难度急剧增加。为确保高效的运营管理，采用传统的确定性博弈模型难以有效解决运营管理多目标下的最优控制问题。基于此，应从提高高速公路运营管理的整体效益角度出发，加入不确定性信息的影响因素，并使用运筹管理学中的多目标优化管理的基本原则，构建包括高速公路的收费管理行为、道路管护的时效性以及交通疏导等内容在内的高速公路运营管理多目标优化的分析模型。
3.2 模型构建
对此，分别考察多目标策略处于零和博弈下的效用值。对于式(8)、(9)、(10)来说，在资源总量一定的情况下三个目标的策略是相互约束的，存在非合作博弈的情况，需要寻求多目标决策的收益最大值，也就是在多目标决策问题中，每个目标都希望自己的收益越大越好，即：
目前，野生动物栖息地的保护已经成为一项非常重要的任务，为了让各类野生动物有一个美好的家园，人们应该正确树立保护野生动物的思想意识，不乱砍乱伐，不肆意杀戮，确保野生动物的生存与繁衍。同时，国家应该加大对野生动物栖息地的保护力度，安排相关人员在野生动物保护区坚守岗地，在未经允许的情况下，禁止任何人进入野生动物保护区，并且倡导周边的人民群众一起做好保护野生动物的工作。
对上文提出的博弈情况进行建模，在博弈理论的设定上，管理者和使用者在进行博弈时均有两种策略：一是自觉配合高速公路管理制度，即“配合”态度；二是对高速公路的运营管理采取不合作态度，即“不配合”态度。
2）施肥方法。主要采用环状沟施、穴施、放射状沟施，有条件的成龄园可采用水肥一体化施肥技术，以实现精准施肥，提高肥料利用率。
由根据有限理性人的假设进行博弈行为产生的行为策略，组成构建有限方案的多目标决策与零和、一般和
随着计算机领域的再次崛起，大数据开启了一次重大的时代转型，人们将在很大程度上从对因果关系的追求中解脱出来，转而把注意力放在相关关系的发现和使用上.这恰好对于热舒适的研究有着极强的指导意义，同时加上ZigBee无线网络控制技术的整合，便能更加方便快捷地调节空调系统，满足绝大多数人的热环境需求.
(2)假设管理者与使用者在博弈过程中同时采用“配合”策略，才能保证管理者的运营管理行为达到理想状态，而使用者能够享受到更优质和快捷的体验感受。若任何一方在博弈过程中采取了随机策略则视为“不配合”状态。
3.2.2 模型构建
(1)演化博弈的复制者动态模型构建
根据演化博弈模型的演化稳定策略，均衡结果较平均水平好的策略会被更多的参与者选择，从而使得整个参与博弈的群体采用这种策略的比例增加，形成复制动态模型。首先构建管理者与使用者的复制动态方程：
(1)
式(1)中，A =(α ，1-α )，表示的是管理者采用的“配合”与“不配合”的混合策略；B =(β ，1-β )，表示的是使用者采用的“配合”与“不配合”的混合策略；ε 为单位向量。基于复制动态方程，双方博弈的支付矩阵如表1所示。
冷、热源系统在运行中，虽然按规定安装了排气装置，但往往还会出现管路水流噪声高、个别部位出现气堵等现象，即使操作人员不断地手动排气，问题依然存在。其原因是由于系统中的一部分气体是以气泡形式存在，并未完全从水中析出成为气体。这些气泡随着水流在管道中流动，且流速较快，集气罐和普通的自动排气阀无法捕捉和收集它们。尤其是在冷水机组、换热机组的进出口管道、系统主管道上尤为明显。
表1 博弈双方博弈支付矩阵表
其中，F g 、F i ，C g 、C i 分别表示管理者与使用者的利益值。将双方的支付矩阵表示为：
(2)
基于博弈双方支付矩阵构建类型比例复制者动态方程：
(3)
通过式(5)综合评价函数计算天津地铁1号线各站的综合评价值，将综合评价指标值最大的营口道站的数据定为1，对其他车站的综合评价值进行同比例处理，得到评价相对值，如图2所示。
现如今，随着经济形势变化更加多样化，社会精神文明建设的要求也与以前不尽相同。对于企业基层党组织队伍的建设，也应当能够以创新为基本要求，吸收先进的建设理念，丰富其工作内容，做到与时俱进，满足当今社会企业发展的实际需求。一方面，企业的管理人员需要能够认识到党建工作对企业发展的重要性，从源头上重视这项工作的开展；另一方面，党建精神文明工作的开展必须立足于基层员工的实际精神追求，听取员工的意见，加强各部门之间的交流与沟通，制定更加为群众所接受的工作措施，以更加先进的工作方式，促进党建工作的开展与落实，从而使得具体的工作内容能够得到更好的执行。
(4)
其中，令
即可得出式(4)中存在E 1(0，0)、E 2(0，1)、E 3(1，0)、
这5个均衡点。
通过演化博弈模型的构建，可以得出E 1至E 5五个均衡点，均可作为高速公路运营管理多目标决策的演化博弈路径，如图1所示。
(1)假设管理者与使用者并非完全理智的行为人，在进行博弈过程中会不断的通过学习或模仿他人来调整自己的行为决策，最终达到均衡状态。
如果高职与企业合作的状况用两个链条比喻的话，可以说，高职教育链与区域经济产业链的利益链条初见端倪，但尚未形成有机衔接。一是形成规模，运行欠佳。随着我国教育政策引领和经济社会发展需求，高职校企合作规模不断扩大，合作因素和形式不一，合作状态松散多、紧密少，缺少科学的合作保障机制，导致“校企合作”运行状况不佳。二是“校企合作”黏度欠佳。由于学校与企业各自利益的结合点偏位，各自优势互惠互利不到位，政府及部门监管制度缺位，校企合作主体、主导、监管等各方责任不明，致使“校企合作”存在黏度欠佳及“两张皮”现象，尚未形成高职教育链与区域经济产业链联动发展的良性状态。
表2 有限方案多目标决策的决策矩阵表
由于方案内容、属性上存在差距，需要对F 1(x )、F 2(x )进行量化处理，采用统一量纲标准加以规范化。基于此，构建归一量化的矩阵：
(5)
(6)
(7)
其中，f 1(x i )，f 1(x i )∈[0，1]，(i =1，2，…m )。
根据式(3)得出由管理者群体与使用者群体构成的二次非线性方程：
表2、式(5)、式(6)、式(7)构成了多目标决策方案的一般零和博弈矩阵，即F =(X ，Y ，F ，A ，B ，C )。其中，X 、Y 、F 表示三目标采用某一策略x i ；A 、B 、C 表示各个目标所对应的支付值。以n 和m 向量来表示目标的策略集合，构建斜对角矩阵，支付矩阵A 、B 、C 分别表示为：
(8)
(9)
(10)
为更直观地考察多目标策略的相互制约和相互影响大小，将式(8)、(9)、(10)结合成为双矩阵形式：
(11)
3.2.1 基本假设
F (x 1，x 2，x 3)=max(f 1(u n ，v m )，f 2(u n ，v m )，f 3(u n ，v m ))
(12)
如果存在(α ，β )属于x 且同时使F 成立，(α ，β )即可被视为最优解，表示多目标决策下可以求得目标问题的区域解，即式(4)求出的5个均衡解。
有限博弈模型。有限的方案可以用矩阵的形式表现出来，并可对多目标赋予相应的属性值，如表2所示。
1.2 治疗方案 38例患者中，12例既往接受过干扰素治疗；另有18例行原发肿瘤切除术。治疗方案为索拉非尼口服400 mg，2次/d，间隔12 h。给药前后2 h禁止患者食用高脂食物。根据药物不良反应等级调整剂量，必要时剂量减少到400 mg/d，然后降至每隔400 mg/2d(隔日)，直至停药。如出现疾病进展，剂量则增至每次600 mg，2次/d。
(3)演化博弈的多目标决策模型分析
(2)演化博弈的多目标决策模型构建
图1 高速公路运营管理多目标决策演化博弈路径示意图
该路径图是管理者与使用者形成的演化博弈过程，其中，E 2-E 3-E 5是管理者与使用者采取“配合”策略的决策方阵；E 1-E 4-E 5则是管理者与使用者采取“不配合”策略的决策方阵。结合所有目标决策的最优解，即表现为途中可行集的区域。
①目标方案收益值最大
(13)
若存在一个均衡值能够同时使得α 1、α 2成立，那么
为多目标决策下的最优解。
②Nash非合作解
大规模可控负荷被恶意控制场景下配电网风险分析//吴亦贝,李俊娥,陈汹,刘权莹,王宇,罗剑波,倪明//(10):30
构建目标方案：
(14)
若存在一个均衡值能够同时使得f 1、f 2成立，那么
就可视为多目标决策的Nash非合作解。由于在前述中已经求出博弈双方的均衡值，Nash非合作解则表示对管理者和使用者来说都具有良好的稳定性值空间。
在演化博弈路径图中，表现出了管理者与使用者之间进行演化博弈过程中的“路径依赖”特性。由于E 1、E 3是两个具有吸引性质的因子，把演化博弈路径分成了“配合”与“不配合”两个决策方阵。在决策范围从初始状态(0，0)的均衡点经过不断的博弈、修正、演化并最终趋近于E 1、E 3，而E 2-E 5-E 4是演化的临界值。如果在高速公路运营管理的某项措施实施过程中，管理者与使用者进行博弈选择的初始点是从“不配合”的决策区域出发，则随着博弈行为的进一步演化，管理者和使用者的决策均会向E 1(0，0)并无限趋近，也就表示了运营管理行为的失败；相反的，如果决策初始点是从“配合”区域开始出发，那么随着演化的进一步发生，决策的均衡值将会演化至E 3(1，1)并无限趋近，也就表示该运营管理行为是有效的。经过对演化博弈的判断，可以预判处于“不配合”区域的高速公路运营管理行为需要做出进一步修正或调整。
4 结语
在高速公路运营管理的过程中，运用演化博弈论的方法来决策管理活动要求实现的多目标决策是一种探索。本文通过构建高速公路运营管理演化博弈模型，并得出以下结论：
(1)高速公路运营管理行为实施过程中，存在管理者与使用者多方博弈，包括收逃费博弈行为、收费站口对交通通道选择的博弈以及道路使用需求与道路养护需求之间的博弈等。
(2)在演化博弈路径图中，博弈系统出现了明显的“路径依赖”特性，并且会对最终博弈双方做出决策策略产生显著影响。因此，要实现高速公路运营多目标管理，可以通过构建演化博弈模型，得出目标方案收益值最大与Nash非合作解的判断，对高速公路运营管理的行为做出管理者与使用者之间博弈结果的预先判断，帮助管理者科学、合理地制定管理策略。
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作者简介： 谢春燕(1975—)，经济师，主要从事高速公路收费管理工作；赖海燕(1968—)，高级经济师，硕士，主要从事高速公路收费管理工作以及ETC发行及运营管理工作。
中图分类号： U491
文献标识码： A DOI： 10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.049
文章编号： 1673-4874(2019)08-0179-04
收稿日期： 2019-03-10
标签：高速公路运营管理论文; 博弈理论论文; 目标决策论文; 广西交通投资集团有限公司论文;