（交通运输规划与管理专业论文）轨道交通与常规公交合作竞争模式研究.pdf

摘要 随着我国社会经济的持续快速增长和城市化进程的加快，我国城市交通到了 一个高速发展的阶段。公共交通的发展备受关注，我国交通行业一直寻求着高效 发展的途径来解决交通问题，因此对公共交通方式间合作竞争机制进行研究具有 重要的现实意义。 本文从各种交通方式的不同特性入手，首先介绍了合作竞争的相关理论，通 过博弈论的稳定性分析，得出轨道交通与常规公交之间的合作竞争行为为最稳定 的进化策略。再次，以票价和站间距为合作竞争机制下的两个研究对象，针对目 前城市票价体系现状及所面临的问题，以整体效益最大化为目标，以动态博弈论 为基础，以逆推归纳为方法建立模型来求解票价的最优值。根据借票价调整站间 距的思想，以个人出行成本最小为目标，以出行时间和出行费用为双重影响因素 建立模型进行站间距分析，通过对比本文计算结果与传统站间距的服务面积大小， 验证了本文所得出的解较好。 根据本文所得结论，以票价和站间距证明了合作竞争机制在轨道交通与常规 公交关系中的可实现性。 关键词：轨道交通与常规公交合作竞争机制票价站间距动态博弈论 决策树 a b s t r a c t w i t ht h ep r o c e s so fs o c i a le c o n o m i c a lg r o w t ha n du r b a n i z a t i o nc o n t i n u i n gt o s p e e du p ，c h i n ai si nt h ec r i t i c a lp e r i o do fu r b a nt r a f f i cd e v e l o p m e n t 。e s p e c i a l l yt h e m a s st r a n s i ti st h em o s ta t t r a c t i v e 。c h i n ah a v et r i e dt of i n dt h ee f f i c i e n tw a y st os o l v e t h et r a f f i cd i f f i c u l t i e s 。t h u st h er e s e a r c ho nm e c h a n i s mf o rc o o p e r a t i o na n d c o m p e t i t i o na m o n gm a s s t r a n s i tm o d e sh a si m p o r t a n t l yp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea t h i sp a p e rf i r s t l ya n a l y z e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n tw a y s ，a n di n t r o d u c e s t h er e l e v a n tb a s i so ft h ec o o p e r a t i v ec o m p e t i t i o n t h er e s u l ts h o w st h em o d eo f c o o p e t i t i o nb e t w e e nm e t r oa n db u si s t h em o s ts t a b l ee v o l u t i o n a r ys t r a t e g yt h o u g h e v o l u t i o n a r yg a m e s s e c o n d l y ，w et a k et h ef a r ea n ds t a t i o ns p a c i n ga st h eo b j e c t s u n d e rt h ec o o p e t i t i o nm e c h a n i s m c o n s i d e r i n gt h ep r e s e n tp r o b l e m s ，w eb u i l dt h e m o d e so nt h eb a s i so fd y n a m i cg a m et h e o r ya n dt h eb a c k w a r d si n d u c t i o nt om a x i m i z e t h es o c i a lr e v e n u et og e tt h eo p t i m a lv a l u e f i n a l l y , c o n t a c t i n gt h ed o u b l ef a c t o r so f t r i pt i m ea n df a r e ，w eu s et h em o d e st or e a l i z et h el e a s tt r i pc o s t s t h i sw a yi sb e t t e r t h a no l do n e st h o u g hc o m p a r i n gw i t ht h et r a d i t i o n a ls t a t i o ns p a c i n gi nt h es e r v i c e a r e a a c c o r d i n gt ot h er e s u l t s ，i ti sr e a l i z a b l et o s e tu pt h ec o - o p e t i t i o nm o d eb e t w e e n t h em e t r oa n db u s k e yw o r d s ：m e t r o a n db u s ；c o o p e t i t i o nm e c h a n i s m ；f a r e ；s t a t i o ns p a c i n g ； d y n a m i cg a m e s l i 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名： 丑惨 日期：b b 年，月三，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到中 国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密瓯 ( 请在以上相应方框内打“) 作者签名： 惨 i 新獬穆彩彳 日期：b k 年j - 月d - 日 日期：捌戽参月j 第一章绪论 1 1 研究背景 国内外的众多经验告诉我们，交通是社会经济发展的动脉。完善、发达的交 通运输体系是城市和经济发展的基础。随着我国社会经济的持续快速发展，我国 城市交通正面临着需求空前高涨的严峻考验和挑战。 随着我国社会经济的持续快速发展和城市化进程的加快，我国城市发展出现 了经济、人口、规模急剧扩大的势态，越来越多的市场，特别是一些人口超过1 0 0 万的大城市，交通需求增长过快，伴随而来的是城市交通拥堵的现象越来越严重。 近年来我国虽然加强了路网的规划和建设，但交通问题依然没有得到解决，具体 表现为交通阻塞、车流行进速度低、交通事故频发、停车困难、汽车尾气污染和 噪声危害严重等等，这些问题已经成为城市发展进程中的制约因素。大部分城市 内都存在道路通行不畅或者拥堵等问题，而且情况还非常严重。其原因有很多方 面，一是不尽合理的城市规划、道路设计，加之车辆增长过快，出行车辆过多； 另一个不容忽视的原因就是发展滞后的城市公共交通。随着收入水平的明显提高， 城市居民对于生活品质的追求也不断提高，用于出行的支出也迅速增长。调查显 示，近年来，我国部分城镇居民出行支出年均增加1 4 0 元左右。家用轿车普及率， 由不足百分之一达到了百分之七以上。事实证明，当城市交通体系以私家车为主 带来的交通问题也是非常严重的，不仅易造成交通拥堵，而且还大量增加了石油 消费和二氧化碳等有害气体的排放，不利于社会的发展和环境的保护。 私人个体交通工具盲目发展导致人均占用道路面积增多，而城市用地是有限 的，这必然使城市交通陷入瘫痪。大力发展城市公共交通事业则成为治理城市交 通拥堵的基本途径。城市交通系统是城市有机体中的一个重要组成部分，城市的 发展取决于交通，城市的快速发展又促进了交通的发展。而公共交通又是城市交 通中的重要组成部分，是城市交通系统的主体，是城市发展的重要基础之一。一 般而言，公共交通在占有道路面积与轿车相同的情况下，有效载人量数是轿车的 数倍，在一个单位时间内的输送能力也显著高于小型车。因此，通过增加资金投 入大力发展公共交通事业，积极发展轨道交通、公共汽车和出租车，使公共交通 成为城市交通的主体，是缓解交通压力的良策。因此应积极发展城市公共交通事 业的发展以寻求城市的快速发展。 本文中提到的轨道交通全部特指地铁。尽管目前全国提出了很多城市政策， 拥堵问题没有随着地铁的修建而得到解决，其中一个很重要的原因就是轨道交通 与常规公交的配合协调程度不够高，因此我们现在面临的问题是：轨道交通与常 规公交该怎样配合、调整才能避免恶性竞争，最大化发挥两者优势，吸引最多的 客流量，尽可能的缓解交通压力? 本文确立以票价和站间距为两个研究对象去展开 说明。 轨道交通与常规公交之间存在抢夺客流量的事实，从而出现了交通方式间以 低价抢购市场的恶性竞争，结果不仅没有实现客流量的最大化增长，而且一味低 价造成的亏损往往都需要政府去买单。面对客运交通内部的竞争空间，系统模式 开始发生改变，以资源共享为主导的合作竞争战略逐渐代替了以独占交通资源为 主导的竞争战略。其核心是从全局出发，针对未来的交通量的预测，根据组织能 力，通过合作来实现资源共享，从而实现“合作效益”使参与各方都获利。其目 标不再是简单的扩大规模，或者以低价争取客流，而是怎样使两种交通方式适应 不断变化的运输市场环境，“合作竞争 理论为交通方式开启了一种新的思路。本 文建立在合作竞争机制的基础上，通过动态博弈模型，确定票价和站间距设置为 研究对象，轨道交通和常规公交怎样的票价能够充分吸引客流? 随着票价的改变， 必然对站间距产生了影响，那怎样的站间距才是合作竞争机制下的均衡解? 1 2 研究目的和意义 城市交通是构成城市功能的基本要素，是城市存在和发展的基础。随着城市 化和机动化进程的不断加快，公共交通的发展成为颇受关注的问题，在各大城市 陆续出台票价调整政策，但是却收效甚微。我们知道，一味的低票价可以在一定 程度上吸引客流量，但是却不能实现合理分配客流量，最终结果会造成客流量达 不到预测水平，导致轨道交通经济效益不佳，其次，站间距是影响轨道交通与常 规公交配合的重要因素，虽然目前有一个大概的经验值，但是往往是在基于出行 时间的基础上进行考虑的，忽略了票价即出行费用对站间距的影响【1 】。 本文从票价与站间距的角度对公共交通的合作问题进行分析，拟从博弈理论 的角度来研究轨道交通与常规公交的合作竞争机制，探讨在城市化、机动化不断 发展的将来，两种交通方式的合作竞争演化机理和发展战略，最后实现票价与站 间距设置合理化，进而达到客流吸引最大，并合理分配的目的。文章以公共交通 的现状为开端，列出目前轨道交通与常规公交存在的问题，然后进一步对问题进 行分析，寻找原因，得出既合作又竞争的机制优于单一的合作或者竞争机制，建 立博弈模型来解决票价问题，并且以合理的票价为导向，考虑出行费用与出行时 间双重因素，把站间距的设置提出来研究，在突破传统只考虑出行时间的单一面 上，引入票价影响，调整站间距。通过一系列的逻辑推理，遵循科学合理的合作 竞争措施，引导轨道交通与常规公交协调发展，形成“双赢”的局面，促进整个城 市交通良性发展。 1 3 国内外研究现状 根据目前所掌握的文献资料，从研究的内容和范围来看，国内外关于公共交 通的研究涉及到以下几个方面。 1 3 1 轨道交通与常规公交的合作竞争机理 轨道交通与常规交通两者之间的关系对于城市的交通发展的状况有着很直接 的影响，在国际上，对于公共交通的研究，达到了很高的层次。公共交通研究包 括涉及到了很多方面的内容：其中有交通需求、市场、营运、评价、费用、政策 与计划、交通管理与所有权、行车调度与时刻表、服务规划与设计、公交辅助设 施、出租车的作用、公交技术、运输系统管理和交通需求模型等等。 文献【2 】总结了我国土地利用属典型高密度集中模式，提出公共交通优先。 文献【3 】综合评价了各大城市的交通方式，我国的大城市应该完善公共交通系 统，轨道交通为骨干，常规公交为主体的，小汽车适当发展，并且适当的限制自 行车，摩托车，严格地控制出租车。 文献 4 】提出未来以公共交通为主，各种交通方式协调发展的合理交通结构模 式。 文献【5 】中探讨了以车头时距和发车时刻表为要素，在换乘站点实现一条轨道 交通线和多条常规公交线运营协调的控制技术。 文献【6 】中提出了启发式的遗传算法和蚁群优化方法，使用此算法来解决接运 公交的网络规划设计问题。 文献【7 】通过确定子系统的内部联系引出票价话题，包括票价对公共交通客流 量分配的指导。并且运用自组织理论及方法，分析城市交通方式之间的生存与竞 争，以实现公共交通的可持续发展。 文献【8 】中运用动力学模型，以交通方式内部为研究对象，讨论了其竞争机制， 结果表明：竞争的结局符合优胜劣汰，与其他因素无关。 文献【9 】对轨道交通与公交线网衔接模式进行优化求解，用优化函数模型研究 城市公交的场站布局及选址规划研究等。 文献 1 0 】比较常规公交与轨道交通的特性。用生态位原理，建立两者的竞争 模型，并预测其结果。 文献 1 1 】以常规公交和轨道交通为研究对象，借用生态位、耗散结构原理加 以解释，并且讨论了两者竞争与合作领域，提出了两者协调的线网调整方法。 文献【l2 】中建立调度协调模型以求解乘客换乘成本最小，分析了两者衔接整 合一体化的优点，并提出建议，把两者作为一个整体，实施统一运作管理。 1 3 2 轨道交通与常规公交的票价 轨道交通与常规公交的票价问题在关于公共交通方面的研究论文中多次被 提及，但是重点去研究的文章却相对较少。近几年来，出现了针对票价的研究。 文献 1 3 】以票价、客流量和收益三者的关系入手，在考虑了竞争对乘客的出 行行为选择影响的条件下，基于概率选择建立模型，以求解最佳票价。 文献【1 4 】以系统动力学为方法，参考影响轨道交通票价制定的因素，建立了 票价计算模型，并以工程可行性分析报告为例进行仿真，其结果证实了模型的可 操作性和有效性。 文献【1 5 通过对轨道交通票价理论、体系及模型不足之处的研究，得出了 套完整的理论体系。 文献 1 6 】引用静态分析法，讨论了出行乘距对票价和服务的影响和基于广义 成本公共交通模型的一般函数形式。 文献【1 7 】中基于随机效用理论，充分考虑居民选择出行方式的各种影响因素， 建立选择使用轨道交通出行的概率与轨道交通票价关系的模型，为消除l o g i t 模 型中指数的级增长导致的结果差异严重扩大，对模型进行了改进，将广义出行费 用均化，研究给出了我国城市轨道交通票价的制定方法。 文献【18 】以票价作为轨道交通公司和常规公交公司的竞争策略，分离散价格 策略集和连续价格策略集分别进行了博弈模型分析。 文献【1 9 】在考虑诱增客流量的前提下，利用l o g i t 模型确定客流分担率，为实 现包括企业、消费者和政府三方在内的总效益最大，建立多目标规划模型，求解 票价。 文献 2 0 】利用灰局势决策方法，将制定票价作为被决策事件，不同的票价方 案作为对策，通过分析评价不同对策的各种效益，选出最合适的票价方案。 文献【2 1 】摘提出了以交通需求管理经济杠杆的策略的概念和动态价格经济杠 杆策略，实施动态票价，利用随机分配理论考察城市路网交通流的重分布变化。 总体看来，国内外对票价影响公共交通这一问题已经达成了共识，各家也纷 纷提出自己的观点，尝试从不同角度针对票价进行研究和建模。 1 3 3 轨道交通与常规公交的站间距 文献【2 2 1 研究了一种基于乘客出行距离的快速轨道交通站间距确定方法，通 过这种方法，可以使快速轨道交通与常规公交的站间距达到合理设置与组合，充 分发挥两者的优势，达到协调统一优势互补的目的。 文献【2 3 】对合理设置站间距的重要性进行了详细分析。 文献【2 4 从站间距与客流量的关系入手，得出地铁平均站间距离适当加大既 经济省时，又方便了大部分乘客。 4 文献【2 5 】分析了合理扩大站间距可以增加对客流量的吸引。 文献 2 6 】以轨道线路系统总成本( 包括建设与运营成本、票价以及乘客出行时 间) 最少化为优化目标，并考虑乘客流量建立了车站间距优化模型。 文献2 7 解析公交的出行过程以确定其概率分布规律，以乘客平均出行时间 最小提出站距优化模型。结论验证了乘客平均出行间与最优站距的基本关系。 文献【2 8 】中对公共交通站距设置距离的长短做了交互的损益分析，然后对乘 客旅行时间总价值和公交公司的系统总成本分别进行了分析和推导，建立了非线 形公交站距模型。 随着公共交通的发展，近几年来对站间距研究较之前有所增多，但是整体而 言，对站间距影响因素的讨论都还不是很成熟。 1 4 本文的研究内容 人口密集、用地紧张是我国大城市所面临的共同难题，全国都在大力发展公 共交通系统，为城市交通寻找出路。以传统的观念来看，常规公交和轨道交通就 是“竞争”，这意味着彼此之间的排他性，对抗性，然而随着发展，新兴的合作 理念与传统发生了碰撞，最有效的竞争方式，是在合作中去发展，通过彼此的有 效合作，达到双赢的局面，这就是合作竞争的体现【2 9 】【3 们。 本文以票价和站间距为研究对象，说明通过合作竞争模式，轨道交通和常规 公交能实现最优的配合。 本文的主要研究内容可概括为： ( 1 ) 列举不同运输方式的特性，分析各自的发展情况。建立博弈模型进行稳 定性分析，得出了轨道交通与常规公交采取既合作又竞争策略是最终的发展趋势。 ( 2 ) 确立了合作竞争机制后，首先提出了城市票价体系现状及所面临的需要 解决的问题，目前的公共交通市场在票价上只追求单一的低价，却忽略了什么样 的票价能最大化的吸引客流并促进客流的合理分配，由此开始对票价新一轮的探 讨，怎样能在新的合作竞争环境下计算出最合适的票价。 ( 3 ) 站间距是另一个影响轨道交通与常规公交衔配合程度的重要因素，在确 定票价后，从出行费用和出行时问两个角度出发，尝试通过模型，调整站间距的 设置。 ( 4 ) 通过所得出的结论，比较考虑票价前后，站间距服务面积的变化，用事 实说明本文方法的优越性。 第二章轨道交通与常规公交的合作竞争理论分析 2 1 城市交通方式结构分析 2 1i 交通方式结构与特性 我们定义的交通方式是指从甲地到乙地完成出行目的所采用的交通手段。随 着科技提高，社会发展，人文进步，交通方式一直在不断的变化，最开始完全是 使用步行，过渡到马拉车，接着出现了轮船，再到火车、汽车，电车为代表的机 动交通工具的高速发展，直到现代自导航的公共交通系统和智能交通系统的投入 使用。 客运交通作为城市交通系统的子系统，在城市发展中占有重要地位。它依靠网 络、便捷的交通方式把生产、生活、娱乐和消费联系起来，使这个城市成为个 整体。城市客运交通本身作为一个系统跟着城市的发展不断壮大，随着社会生产 力、科技、规模、出行交通量的不断增长，各种交通方式和交通结构也在不断变 化。 根据实际情况，为了简化模型，本文把交通方式划分为公共交通与个人交通 两种方式，其中公共交通包括出租车，常规公交，轨道交通三个种类，个人交通 包括步行，自行车，私人小汽车，摩托车，电动车五个种类，由于城市的文化背 景和地理状况不同，各交通方式的发展程度也是不一样的。例如在美国，汽车是 城市客运交通的主体。西欧诸国城市中，却是电车和自行车使用较多。在日本大 运量交通工具所占比重较大，而对于香港，轨道交通是较重要的部份。本文根据 一些统计数据，列举部分城市的变通出行方式份额如下图所示： 图2l 伦敦市各交通出行方式所占份额 地铁 1 4 图2 2 巴黎市各交通出行方式所占份额 出租 图23 东京首都圈客运系统客运量构成图2 4 墨西哥市各交通出行方式所占份额 表2l 部分主要城市居民出行方式划分表 城市居民出干亍方式构成( ) 城市 调查年代 公共交通自行车步行出租车库托车其他台计 上海1 9 9 6 北京 天津6 15 武汉 广州 南京 资料来源：备城市* 布的总# 规划和i 通目查盘# 2l i2 各种交通方式的运输特性分析 表22 各种交通方式运输特性比较 、梦征参数 单向车道输送能力速度 可达性 舒适性 安全性 变通方式、 ( 人h ) ( k i n h ) 步行好一般一般 自行车好 一般 一般 私家车2 0 - 5 0好好较好 出租车一般一般一般 公共汽车较差较好较好 轨道变通差好好 从上表可以看出，任何一种交通方式都有其优势领域。也有自己的局限，例 如轨道交通速度快，舒适性高，但是不能覆盖整个地区，而公交车虽然覆盖率高， 但是不能通向每个目的地和用户，私家车，自行车尽管安全性和舒适性都相对较 低，却可以实现门到门的服务。 嚼蚕 幛毽紫 一 一一连 2 1 2 各种交通方式的发展趋势 ( 1 ) 步行 表2 3 部分大城市步行平均出行时耗表 城市调查年份 平均出行时耗( m i n ) 上海 1 9 9 51 9 武汉1 9 9 11 8 广州 1 9 9 81 5 成都1 9 9 21 6 济南 1 9 9 01 8 郑州1 9 9 01 4 长沙 1 9 9 81 5 福州1 9 9 31 5 显然步行方式是居民出行最自由的方式，购物、休闲时都比较中意步行，但 是城市的高密度等原因使居民的出行距离很短，步行的出行时耗一般在2 0 m i n 以 内，考虑未来实行限制摩托车和自行车政策，因此，部分在1 0 1 5 m i n 摩托车和 自行车出行的居民会选择步行作为代替，所以步行所占比例会略微上升。 ( 2 ) 自行车 我国是自行车大国，自1 9 8 3 年以来，特大城市的自行车出行比例曾高达 5 0 6 0 。但是这几年城市居民交通消费承受水平增加，道路交通条件的改善， 公共交通服务水平的大幅度提高，特别是轨道交通的建设和运营，使居民对出行 的快速性、舒适性提出更高的要求，而自行车无法满足这些要求，因此这几年自 行车交通的优势被削弱，但是从整体来看，我国城市布局形态和经济发展的现实 性决定了自行车交通仍将长期客观存在。 ( 3 ) 摩托车 7 0 6 0 5 0 匿4 0 丑3 0 2 0 1 0 0 6 0 2 0 t 5 a f - 自行车公交车私家车其他 交通方式 图2 5 摩托车交通方式转移比例 国内10 多个大中城市的居民出行调查资料显示，在某些城市，摩托车出行量 比例高达2 8 1 5 。占机动车拥有量的8 2 左右。这个比例将会给城市交通带来阻 扰，因此限摩是必然的事情，广州通过限制摩托牌照已经初见成效了，而摩托车 出行中大部分以上班和回家为主，根据图2 5 我们可知，5 0 的摩托车使用比例 将会转移到公交车上，所以在限摩政策的同时，需大力迅速地建设好公共交通， 保证居民日常通勤出行问题。 ( 4 ) 常规公交 表2 4 部分城市公共交通增长情况 城市名 运营车数( 辆)客运总量( 万人次) 1 9 7 81 9 9 02 0 0 01 9 7 81 9 9 02 0 0 0 全国 2 2 3 6 44 6 4 1 42 2 5 9 9 39 9 0 2 1 42 1 6 1 8 7 0 3 4 1 0 4 5 1 北京 2 4 2 35 16 01 2 7 4 11 3 1 4 3 33 3 4 6 1 43 9 6 1 2 1 上海 2 4 9 86 6 5 91 8 1 5 51 4 5 2 0 l5 4 5 0 9 62 7 8 4 6 5 武汉8 7 91 9 l o6 0 1 85 7 0 8 91 3 1 9 2 99 2 9 8 4 广州 8 5 31 9 0 27 0 2 05 9 0 3 l7 1 0 4 5 1 6 6 0 5 7 哈尔滨4 9 61 0 0 53 6 3 l2 0 0 9 04 9 1 3 95 1 9 6 5 重庆 5 5 01 3 0 8 3 9 9 52 4 0 5 98 5 6 2 87 5 9 0 l 西安3 4 09 42 5 7 31 1 8 4 02 3 2 94 4 5 7 0 南京 5 2 01 1 3 l 3 5 3 83 2 8 0 67 1 4 7 61 3 4 7 0 5 使用公共汽车，自行车，小汽车占用道路的面积比为1 ：5 ：15 。从表中可以 看出，公交发展需要大力支持，在西方发达城市，高峰小时的出行均以公共交通 为主，我们国家正在向着这个目标努力，但是发展公交目前也面临很多问题，公 交的时速慢，服务水平有待提高，舒适度相对较差，这些因素都在一定程度上对 公交的发展产生了阻碍。北京公交采取降低票价政策，提高了公交的吸引量。 ( 5 ) 轨道交通 表2 5 我国4 个特大城市轨道交通线路情况统计 城市人口开通 运量线路长发展与规划 万人年份度k m地铁轻轨 北京 1 15 0 1 9 7 l 8 5 万人次d 4 2 31 5 3 k m 5 4 3 k i n 上海13 3 01 9 9 5 7 1 万人次d1 9 13 9 4 k m1 8 l k m 天津 6 4 0 1 9 8 6 1 6 0 0 万人次d 9 4 2 线、3 线 4 7 k m 广州8 4 0 4 7 k m 从表可以看出，轨道交通有着公共汽车、自行车、摩托车无法比拟的优势， 这一点决定了轨道交通会大力发展，目前以我国交通需求的角度来说，只靠现有的 9 公共汽车和有限路面想要从根本上解决“乘车难”的问题是比较难的。所以要摆脱 这种状况，就必须实行多结构、多层次的立体化交通，重点发展大运量的轨道交通， 以满足大城市大客运量的需要。 现代城市的综合客运交通系统所包括的交通方式较多，如轻轨、地铁、市郊 铁路、出租车、公共汽车、摩托车、小汽车、自行车及步行等等。在这些交通方 式中，每种交通方式都有其各自的范围和使用条件，例如地铁和市郊铁路等适用 于大运量、长距离的运输，小汽车和摩托车虽然使用范围较广，但平均使用人少， 公共汽车则适用于中距离中等运量的出行，步行的出行距离很小。轻轨、快速公 交系统和单轨车辆由于出行距离范围和普通公交车相近且其运量较大。因此，在 公交需求比较旺盛的城市，可以适当的利用这几种方式来改善公共交通的距离、 运量和覆盖面来增加公共交通的可达性和竞争力。 2 2 合作竞争理论 2 2 1 合作竞争的基本概念 作为一种新型的竞争关系，合作竞争理解为：合作的目的是为了竞争，竞争 以合作为主要方式，这个区别于单一的合作或者竞争。 在传统的意识里，竞争代表对抗和排他，就必须决出胜负，优胜劣汰。但是 随着发展，人们逐渐意识到单一的竞争的局限性，为了更好的实现目标，无论企 业或是个体都需要与竞争对手进行有效地的合作。内勒巴夫( n a l e b u f f ) 和布兰 德伯格( b r a n d e n b u r g e r ) 认为，同时掌握合作与竞争技巧是赢得现代企业的竞争 的重要条件。一方面，合作就是把市场做大，自己、客户、供应商和竞争对手都 会受益；此外，竞争是要通过战胜对手，以获得更大的市场份额。这就是所谓的 精髓。 随着市场不断的发展，过去企业在处理竞争关系时，以谋求差异化的共存为 目标，如今慢慢的转为在竞争对手中寻求合作，并与竞争对手建立起某种形式的 战略伙伴关系。合作不代表否定竞争，客观来说，鉴于企业间对资源和顾客的争 夺，竞争形式是必然存在的，但是合作竞争具有更高的效率，更好的满足消费者 的要求。 2 2 2 两种交通方式合作竞争的积极作用 城市交通方式间的合作竞争，是指几种交通方式具有相同或公共运输的范围。 因此，对所有的交通方式采取一种竞争加合作模式，此模式有别于单一的合作或 者是竞争，而是有目的的调整自己，以同时实现双方利益，所以称为双赢战略。 在这种战略里，竞争不单是过去人们印象中的排挤，而是赋予了新的含义，它是 促进交通方式不断发展进步、完善社会交通系统的动力，当然，竞争和合作同等 1 0 重要。对于竞争双方来说，它们已经意识到，过去排斥性主导的竞争方式只能是 在短期内有效的，其作用非常局限，缺乏协调与合作的帮助，最终会发展成恶性 竞争，从而造成两败俱伤的局面。从团体理性的角度出发，为了有效地提高城市 客运交通运输系统的整体竞争力，避免各种交通方式相互之间由于恶性竞争而带 来的不良后果，需要在他们之间建立一种长期双赢的合作竞争关系。 根据前面的分析我们知道，公共交通发展潜力巨大，将成为未来城市交通方 式的主要力量，而轨道交通和常规公交又是公共交通里的主力军，为了抢夺客源， 这两者间的竞争关系是显而易见的，但是轨道交通与公共汽车各有特点，他们之 间合作竞争的积极作用表现为： ( 1 ) 轨道交通与公共汽车合作，可以延伸运输范围，轨道交通的覆盖区域有 限，公共汽车可以实现“门到门”服务，使城市公共交通形成完整连续的运输链。 ( 2 ) 轨道交通与公共汽车的合作竞争可以优化运输服务。两种交通方式由于 技术经济特征上的差异，服务质量上各具优势，轨道交通速度快，时间耗费小， 但是费用相对较高，公共汽车的行驶速度较慢，时间消耗长，费用相对较低。因 而，整体协调可以满足社会多层次的交通需求，提高社会对城市公共交通的满意 程度。 ( 3 ) 通过两种交通方式之间的合作，合理的安排、规划运输路线，发掘它们 的潜力，提高公共交通的整体运输能力。 ( 4 ) 轨道交通与公共汽车之间的协调发展可以降低运输成本，提高效率，实 现可持续交通运输系统的结构优化。 由于具有很低的行车货币成本，常规公交以较低的票价优势抵消了其较大的 行车时间成本。因此，单位行车时间成本低的人比如学生、退休工人及低薪工人 等更易于选择票价低廉的常规公交方式出行。地铁的交通总成本较高主要是由于 其过高的汇集成本和较高的行车货币成本。但是要想使地铁具有比布局相当好的 常规公交系统汇集成本便宜从而吸引更多的乘客是很困难的。因此，地铁就通过 与常规公交等其他交通方式的协作发挥自己大运量的优势，通过合理的组织和布 设常规公交线网与地铁线网，大大降低其汇集成本。 2 3 两种交通方式间合作竞争模型 2 3 1 两种交通方式的博弈特性分析 下列4 个原因导致了轨道交通与常规公交在合作竞争模式中表现出来的博弈 特性： 首先，在价值网络的模式下，交通方式主体主要是围绕着价值创造进行合作 与竞争的。对于某个价值创造环节，有诸多因素影响着交通方式主体的行为选择， 如成本和收益方面，心理方面。所以，在某些价值创造环节，交通行为主体行为 有着很大程度的不确定性。 其次，交通行为主体通常有能力进行统计分析，并对不同策略的收益做出判 断。可将其称之为交通行为主体的有限理性。当交通行为主体采用某种策略所得 到的结果不满意时，他们会采取模仿或创新的方式尝试着改进，不断的学习、调 整从而达到稳定均衡。当最优的均衡策略能够经得起有限理性的干扰时，便是一 种稳定均衡。 再次，非零和博弈的重复进行。也就是各方都可以看到对方的过去，其结构 却不会被其他方的行为所改变，经过多次重复的博弈从而实现各方的双赢或多赢。 最后，合作与竞争是相辅相成的。交通方式间合作竞争机制的进化博弈特性 可以从两方面探究：初始条件影响着进化结果；进化路径具有不确定性。交通方 式在重复进行的动态博弈过程中，开始并不能确定系统达到哪种均衡状态以及沿 着哪条路径演化发展，且它们之间的合作竞争系统长期进化的均衡结果也是不唯 一的。 2 3 2 合作竞争模型分析 在合作竞争系统中，交通方式主体之间的关系不仅非常密切，而且它们之间 的相互作用关系非常明显，有时甚至非产强烈。根据文献【4 】，我们可以把交通方 式的自组织行为模型表示为： 誓= 栈卜毒一j 砉；瓯寻 ( 2 1 ) 当t o o 时，得出系统演化的终态，可以表示为式( 2 2 ) 和( 2 3 ) 。我们从中看 出两种交通方式经过长时间合作竞争以后的变化趋势。 ( 2 2 ) ( 2 3 ) 其中：1 和2 表示轨道交通和常规公交主体单独发展时所能发展的最大规 模，为合作竞争能力系数， 0 体现m ，对m 的竞争性， o 和 疋， 0 时，表现出两者相互的竞争性，因此，我把0 4 ： 1 ，0 1 定义为比较激烈的竞争，在这两种情况下，把反点稳 定性的相平面分析分别表示如图2 6 、图2 7 ： x 2 n 2 ，s 1 2 n 2 o x l n in 1 8 2 1 图2 6 o 4 2 1 ，o 1 条件下b 点稳定性的相平面分析 当两种交通方式竞争比较缓和( 0 矾： 1 ，0 r b ( c r c b ) ( 3 8 ) 这两个式子同时成立，( c 羟，c b ) 为这个搏弈的均衡解，上述通过逆推归纳 找出的策略组合，就是一个博弈完美纳什均衡。 根据式( 3 5 ) ，把城市轨道交通系统客票收入与轨道交通票价以及常规公交 票价的变化关系表示如图3 1 所示。根据式( 3 6 ) 常规公共交通系统客票收入与 轨道交通票价以及常规公共交通票价的变化关系如图3 2 所示。 图31 轨道交通收益与票价的变化关系 图3 2 常规公交憧益与票价的变化芙系 从图3j 用平面c b = c 。截取，在图32 上用平面c 。2 c 。截取，得到两条曲线 将这两条曲线绘制于同一个坐标系中，如图33 所示： 收 益 c + b c * ， c * d c o 票价 图3 3 轨道交通与常规公交的收益比对图 a 表示当公共交通票价为c 。时，轨道交通的客票收入r ，( c c 。) 随着轨道交 通票价c 变化的曲线。在c 。= c ，点，实现了r ，( c r ，c ”。) 的最大值r 。( c 。，c 。b ) 。b 表 示当轨道交通票价为c ，时，公共交通的客票收入r 。( c 。c * r ) 随着公共票价巴变化 的曲线a 在c b - c b 点，实现了r 。( c 。c ，) 的最大值r 。( c 。c , ) 。园此从逆推分析 法和图形的分析中都能确定，此方法具有均衡解，能求出一个稳定的最优值。接 下来需要对模型的一些主要参数进行探讨。首先我们提出两个问题： ( 1 ) 轨道交通票价c ，一定，轨道交通客票收入随着常规交通票价g 的变化趋 势是怎样的? 当c 一定，常规交通客票收入随着轨道交通票价g 的反应呢? ( 2 ) 当常规公交票价为c o 。，什么样的c ，能达到最优值c ，? 而当轨道交通票 价为c o ，c 。昵? 分别选取四个平面，分别截取图3 1 或者3 2 ，得到轨道交通客票收入随着轨 道交通票价、常规公交票价；常规公交客票收入随着轨道交通票价、常规公交票 价的变化趋势，把所截得的曲线表示在同一个坐标系里，如图3 仁3 7 ( 1 ) 当常规公交票价一定，轨道交通、常规公交客票收入与轨道交通票价的 关系如图所示： ( a ) ( b ) 图3 4 轨道交通客票收入随着轨道交通票价的变化趋势 ( a ) ( b ) 图3 5 常规公交客票收入随着轨道票价的变化趋势 a ，b ，c ，d 线分别表示当常规公交票价为c 8 b ，c b b ，c 。b ，c d b 时，轨道交通 客票收入随着轨道公交票价的变化趋势。其中c 8 b c o b c 。b c o b 。 ( 2 ) 当轨道交通票价一定，轨道交通、常规公交客票收入与常规公交票价的 关系如图所示： ( a ) 2 4 ( b ) 图3 6 轨道客票收入随着常规公交票价的变化趋势 ( a ) ( b ) 图3 7 常规公交客票收入随着常规公交票价的变化趋势 a ，b ，c ，d 线分别表示当轨道交通票价为c 8 ，c b ，c 。，c o ，时，轨道交通 客票收入随着轨道公交票价的变化趋势。其中c 8 ， c 6 ， c 。， c o ，。 从图可以分析得出： ( 1 ) 在常规公交票价一定的情况下，轨道交通的客票收入会随着轨道交通票 价的提高而增加，直到达到轨道交通客票收入的最大值，之后便会随着轨道交通 票价的提升而下降。常规公交的客票收入随着轨道交通票价的增加而呈现出类似 线性的增长趋势。 ( 2 ) 给常规公交设置一个不变的初始值，此值越高，常规公交和轨道交通的 客票收入随着轨道交通票价的提高，都增长得越快。 ( 3 ) 在轨道交通票价一定的情况下，轨道交通的客票收入会随着常规公交票 价的提高而增加，但是增加的幅度慢慢的趋于平缓。常规公交客票收入会随着常 规公交票价的升高先呈小幅上升，接着是大幅度的下降。 ( 4 ) 给轨道交通票价设置一个不变的初始值，此值越高，轨道交通的客票收 入随着常规公交的提高，增长得越快。而常规公交的客票收入会跟着这个初始值 的升高，斜率增大，无论在增长部分还是下降部分，变化速度都明显加快。 综合考虑，得出的结论是，当轨道交通票价不变，常规公交不可能通过无限 降低票价的方法来实现自身收益的最大化，同样，当常规公交票价不变时，轨道 交通也不能通过不断的降价达到目的。因此充分肯定了本文方法的应用及模型的 建立存在最优解，即存在着博弈均衡，不会导致两者的恶性竞争。 3 2 3 平均票价模型建立及算法步骤 根据博弈论中对竞争局势的描述，建立双矩阵博弈模型 g = ( 3 9 ) 其中，r 、b 分别为轨道交通、常规公交；x ，、分别为轨道交通、常规公共交通 的可以选择的方法集合：x r = f c l ，c 2 ，c ”，j 对应于轨道交通可能采取的票价策 略，x b = c 1 。，c 2 。c 。 对应于常规公交可能采取的票价策略；r ，r b 分别为轨道 交通、常规公交的收益。 根据式( 2 2 ) ，( 2 3 ) ，两者可表示为： rr 置( c r ，g ) = 1 一号一4 z j 争 ( 3 1 0 ) 1 1 4 2 rr 咒( e ，g ) = 1 一吾一乏。音 ( 3 1 1 ) 21 从第二章的结论可得知，当两者缓和竞争时，能达到均衡状态。在求解过程 中，为了体现出竞争，本文引入相对满意度的概念，即当一方为某一固定票价时， 另一方的满意程度大小。若满意度低，则表示此时的竞争过于激烈，满意度高， 则表示竞争比较温和。而合作体现在两者的整体效益上。因此结合两个因素来看， 最优解需满足两个条件：( 1 ) 票价组合使轨道与常规公交能达到最大的满意度， 即实现双赢的决策。( 2 ) 整体效益要能实现最大。 2 6 为达到上述目标，对满意度定义如下： 咄e 拉芸 m 醒 ( o ；，o ：】j i 1 2 罩 一 ” ( 3 1 0 ) 其中，k 可以取值r 或b ；k 为局中人k 的对手，r k ( c 1 k ，c k ) 为k 采用策略c 1 k ，对手采 用策略c j 土时的收益；i ，j 为区分局中人r ，b 的不同策略。所以，如果( c + r c 。) 是一个 均衡局势，则必然满足u ( c ，c b ) j r - v b ( c ，c b ) = 2 ，这个式子的含义是表示此时双方 的策略达到了共赢状态。所以只要能找出各个均衡局势，就可以通过比较收益函数 找出最有利局势，从而确定合理票价。算法列举如下： ( 1 ) 根据前面影响因素的分析，我们得到当常规公交票价一定时，轨道交通 收益会随着轨道票价增加而先增后减，故而要从轨道收益矩阵里求每一列的最大 值，同理，从常规公交收益矩阵里求每一行的最大值。因此，首先以式( 3 5 ) 、 式( 3 6 ) 计算r ，( c ，c ) 、r 6 ( c ，c _ ) ，记在收益矩阵4 和4 中，我们把轨道 票价纵列，常规公交横行。( 2 ) 求m a x ( 4 ) 和m a x ( 4 ) 。( 3 ) 按式( 3 1 0 ) 对4 和4 每一元素求v i ( i ，j ) 和v i ( i ，j ) ，记在满意度矩阵，中。其中 咋( f ，) ：嬲 ( 3 11 ) 五u ，j 喇，胪嬲 ( 3 1 2 ) lt t , j ( 4 ) 对h ，中每一对应元素，求压i ，j ) = v ，( i j ) + v 。( i j ) ，记录在综合满意度矩阵w 中。( 5 ) 当以) = 2 时，记录下所对应的b ( c 。，c 。6 ) + r ( c ，c 6 ) ，最大者i + ，j 所 对应的( c ，c 。) 就是最有利的局势，相应的c ，c 。即是最优解。 分析可见，轨道交通与常规公交两者之间通过相互合作进行优势互补，同时 又会为获得自身利益的最大化而进行激烈的竞争，系统的每一方都是根据另一方 的策略和自己以前的策略来不断调整自己的行为，这过程实际就是一种合作竞争 的博弈。我们根据博弈论中对竞争局势的描述建立博弈模型对两者票价进行分析。 3 3 案例分析 3 3 1 平均票价求解 假设某轨道交通有6 个站点，已知公共交通客流总量、轨道与常规公交的旅 行时间如下表所示： 2 7 表3 2 公共交通客流总量( x ) o d l23 4 56 lo1 1 0 41 9 9 22 1 62 1 65