跨行支付系统是中央银行或专业机构为银行提供跨行转账服务的平台,是一个国家最重要的金融服务基础设施之一,其系统安全性、效率性和服务水平直接影响一国货币的对应的境内结算、金融市场、跨境支付能力。人民币、美元、欧元、日元等主要国际货币在国际金融市场上的地位,离不开大额支付系统、CIPS、Fedwire、CHIPS、TARGET2、BOJ-NET等配套跨行支付系统强有力的支持。几十年以来,跨行支付系统的安全、效率和服务水平一直是各国中央银行、国际清算银行、商业银行最关心的金融基础设施问题之一。各国支付系统几乎都经历了从延时净额结算（Deferred Netting Settlement,DNS）到实时全额结算（Realtime Gross Settlement,RTGS）再到混合结算（Hybrid Settlement）的发展历程,完成了从追求效率,到追求安全,再到安全与效率平衡兼顾的跨越。支付系统流动性节约机制设计,是贯穿跨行支付系统设计发展始终的,基础性、根本性的重要要素,是当前主流的混合结算设计模式的灵魂。高水平的流动性管理能力,能够降低银行结算成本,提高清算效率,成为一国货币吸引各国政府、金融机构、跨国企业乃至个人选择该币种作为结算工具的重要理由。随着人民币现代化支付系统子系统的不断增加,商业银行清算资金逐步分散,流动性管理问题不仅没有改善,相反还会进一步复杂化,研究跨行支付系统流动性管理问题,对于完善人民币支付体系具有十分重要的作用。跨行支付系统的流动性管理问题的本质是:在商业银行之间,每天发生两两间、高频率、大规模的跨行支付业务,构成一幅实时变化的,以银行为点,付款方向为边,金额为权的多边有向图。原则上,银行每发起一笔支付指令,需要预留等额清算资金。但在实践中,银行在发起对外支付的同时,也在时刻收到其他银行的付款,清算资金不足时,可以让自己发起的支付指令排队,待他行付款补充清算资金后,再释放排队支付指令,最终可以实现清算资金的动态平衡。由于清算资金是有时间成本的,银行倾向于在满足一定水平的支付效率（排队时间可接受）的前提下,尽可能少留清算资金,而将其转化为更高收益的生息资产,从而提高盈利能力。这就会带来一个问题,所有银行都倾向于少留清算资金而“利用别人的钱”,继而在整体上降低系统运行效率。化解这一困境的思路有两种,一是强化规则,要求所有银行都保证一定水平的流动性;二是优化服务,通过改进系统设计和管理水平,在不增加成本且保持同样支付效率的前提下,尽量为银行节约流动性,流动性节约机制属于后者。本论文研究流动性节约机制的三个常见类型:RTGS支付流排队支付指令双边和多边撮合、高频DNS支付流支付指令撮合、改进期初流动性在银行间的分配。关于RTGS支付流排队指令双边和多边撮合的研究,主要针对大额支付系统结算机制的改进。目前我国大额支付系统没有采用混合结算模式,只有RTGS支付流,没有高频DNS支付流;在RTGS支付流中,只有简单配对的日间实时双边撮合,没有决策覆盖面更广的日间定时双边和多边撮合的实际情况,在梳理现有研究和实践中使用的启发算法的基础上,提出了大额支付系统实际可用的一种启发式多边撮合算法,通过编写仿真实验程序,引入基于业务的仿真数据开展仿真实验,证明我国大额支付系统在现有结算模式的基础上,如果引入多边撮合功能,仅单个城市处理中心的排队支付指令业务峰值一个时点,即可削减排队支付指令最多达42亿元（样本模拟峰值313亿元）,即便将单笔净借记限额设定在较严格的水平上,可削减排队支付指令规模也能达到17亿元,分别占峰值排队支付指令的13%和5.4%,考虑到排队支付指令的庞大金额基数,引入日间定时双边和多边撮合业务将具有较大意义。关于高频DNS支付流支付指令撮合的研究,贡献主要有以下几方面:一是提出了用于刻画其结算决策问题的多阶段BCP模型,在理论上证明其较传统单一阶段BCP（即文中提到的BCP,在本文新框架下可被归入单一阶段BCP）的优越性。从研究文献看,历来BCP问题都被看作不考虑时间维度的静态问题,第三章给出的反例证明了时间维度在决策中的重要性——把当下能结算的支付指令全部结算掉,未必就比留一点以后结算好。通过求解事后估计的多阶段BCP问题得到的最优决策,在流动性占支付金额7%的条件下（新算法工作区域,也是常见合理流动性水平）,平均可以使支付系统每秒排队支付指令减少约23亿元/秒,占原整体排队支付指令规模的6%。该优化间隙证明了新模型对问题的刻画准确性有明显提升。二是针对时间维度上未来支付指令当前不可知的问题,提出运用控制论的模型预测控制（MPC）方法,给出了求解多阶段BCP模型下最优决策的启发式算法。这里,主要利用了MPC方法能够通过不断地输入“新决策带来的新状态”+“实际发生的情况”两组信息替代之前的预测,解决对未来支付指令预测不准确的问题,通过不断动态更新下一阶段决策去改进总体决策效果。通过编写配套仿真模拟和优化决策程序,依托仿真实验,证明MPC方法求解多阶段BCP问题得到的决策明显优于传统依靠单阶段BCP求解多阶段BCP的方法,同样是在流动性占支付金额7%的条件下,可以使支付系统每秒排队支付指令减少约3.3-3.7亿元/秒,弥合优化间隙约18%。三是在证明算法有效性的基础上,通过敏感性分析对算法的适用流动性水平等配套参数设置给出了具体建议,实现了算法从“能用”,到“好用”的进步。关于改进期初流动性分配的研究,贡献在于:依托多阶段BCP模型的框架,提出了一种优化流动性分配方法,拟写了配套仿真模拟和优化决策程序,利用业务仿真数据开展仿真实验,证明其明显优于传统经验流动性分配方法。几乎所有不能直接动用中央银行清算账户的支付系统都面临期初流动分配的计算问题（包括美元CHIPS和人民币CIPS系统）,以保证系统的整体正常运行。实践中一般常用的流动性分配方法是均基于各行支付指令规模的一定比例确定,直观、且相对公平。利用多阶段BCP模型将全天支付指令决策看作是一个整体优化问题的特点,本章提出将“使全天排队支付指令最小”作为决策目标,在模型中引入流动性分配变量,通过基于仿真实验证明,新模型给出的流动性分配决策,能使排队支付指令减少108亿元/秒。文章使用了比较简单的取平均值的方法,作为对下一工作日期初流动性分配决策的事前估计数据,已经能够平均弥合大约42.8%的优化间隙,具体来说,排队支付指令减少超过46亿元/秒,这对于任何一个支付系统都是一个很大的改进。目前,我国人民币跨境支付系统CIPS每天均面对着期初流动性分配问题,且于2018年新启用了高频DNS支付流,目前的业务操作遵循传统经验流动性分配方法,相信新方法的引入可以大幅改进系统流动性状况,使其原本就致力于为银行节约流动性的高频DNS支付流的流动性节约效果得到进一步大幅提升。最后,将上述三种流动性节约机制的整体表现进行了横向比较,针对如何完善我国的支付系统流动性节约机制建设问题提出两个政策观点:一是,改进系统设计,不如改进管理规则。在当前的支付管理和服务领域,新系统越来越多,流动性管理越来越复杂,相应的配套管理措施需要及时跟上,很多情况下,补短板式的管理改进比系统改进单兵突进有效得多。一个好的期初清算资金分配算法,带来的系统改造成本为0,但是带来的好处却能远大于复杂的系统改造。具体来看,用事前估计取平均值的方法,流动性优化分配模型已经可以稳定减少排队支付指令46亿元/秒,效果明显好于前两种需要改造系统的方法。二是,提升优化理论在支付系统建设和业务管理领域的应用。优化理论对于提升支付系统设计,改进支付业务管理具有明显作用,有必要吸收更多具备相关专业能力的年轻人才,参与人民币支付系统建设,在实践中不断增强系统设计和运行管理能力,继而提升人民币支付基础设施的服务和管理水平,更好服务人民币国际化。