（交通运输规划与管理专业论文）城市道路拥挤收费策略研究.pdf

s t u d yo nt h eu r b a n r o a dc o n g e s t i o np r i c i n gs t r a t e g y ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ： w a n g x i s u p e r v i s o r ：p r o f m ar o n g g u o c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 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。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 互农 卅。年多月多日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 、 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：王袭 导师签名：马切飞 珥。年6 月弓e l 劲to 年| 5 日幺日 摘要 随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，城市经济活动的日益频繁和 居民购车能力的提高，引起了更多的交通出行需求。城市道路资源的有限性制约 了道路基础设施的建设速度，使其难以满足交通需求量的增长速度，最终导致了 越来越严重的交通拥挤问题。 在总结国内外拥挤收费的研究和实践现状的基础上，本文研究了城市道路拥 挤收费的实施方案和宏观拥挤定价。通过分析交通拥挤的成因及分布特性，阐述 了交通拥挤带来的影响，从经济调节功能方面提出了缓解交通拥挤的收费政策； 从经济学的角度分析了边际个人成本和边际社会成本以及拥挤收费的原理；对实 施拥挤收费的影响因素进行分析，结合我国实际分别从拥挤收费对象、收费方式、 收费模式、收费时段四个方面对各方案进行对比、分析，提出合理化选择建议； 通过对拥挤收费的影响分析，确定交通分担率为其主要的影响因子；通过对传统 l o g i t 模型理论及其特点的分析，提出更符合出行方式划分实际的m i x e dl o g i t 模型，对模型参数的选取及求解过程做了详细阐述；以模型中出行费用参数为研 究对象，通过改变拥挤收费费率来改变出行费用参数，运用高等数学中的二分法 思想逐步搜索可行解的范围，最终得到符合预期分担率范围内的可行收费费率， 作为宏观拥挤收费定价的依据。本文的研究对于拥挤收费在我国的实施具有一定 的理论指导意义，对我国道路拥挤收费进一步的研究提供了理论基础。 关键词：拥挤收费、边际成本、m i x e dl o g i t 模型、交通分担率 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n a se c o n o m i ca n dt h ea c c e l e r a t e dp r o c e s so f u r b a n i z a t i o n ，u r b a ne c o n o m i ca c t i v i t i e sh a v eb e c o m ei n c r e a s i n g l yf r e q u e n ta n dt h e u p g r a d i n gf o rr e s i d e n t sp u r c h a s i n gp o w e r , w h i c hc a u s i n gm o r et r a f f i ct r a v e ld e m a n d t h el i m i t e dn a t u r eo fu r b a nr o a dr e s o u r c e sr e s t r i c t e dt h es p e e do fr o a di n f r a s t r u c t u r e ， m a k i n gi td i f f i c u l tt om e e tt h et r a n s p o r td e m a n dg r o w t h , w h i c hl e a d i n gt om o r ea n d m o r es e r i o u st r a f f i cc o n g e s t i o np r o b l e m s t h i sp a p e rs t u d i e s t h ei m p l e m e n t a t i o no fu r b a nr o a dc o n g e s t i o np r i c i n ga n d m a c r o - c o n g e s t i o np r i c i n gp r o g r a m ，w h i c hb a s e do nt h e b a s i so fd o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a lr e s e a r c ha n dp r a c t i c eo f c o n g e s t i o nc h a r g i n g b ya n a l y z i n gt h ec a u s e so f t r a f f i c c o n g e s t i o na n dd i s t r i b u t i o n , t h i sp a p e rd e s c r i b e d t h e i m p a c to ft r a f f i c c o n g e s t i o na n dp r o p o s e dt h ec h a r g i n gp o l i c ye a s ec o n g e s t i o nf r o me c o n o m i cr e s p e c t t h i sp a p e ra n a l y z e dt h e m a r g i n a lp r i v a t ec o s ta n dm a r g i n a ls o c i a lc o s ta n dt h e p r i n c i p l eo fc o n g e s t i o nc h a r g i n gf r o mt h ee c o n o m i cp o i n to fv i e w t oa n a l y z et h e f a c t o ro fc o n g e s t i o np r i c i n g ，t h ep a p e rp r o p o s e dt h er a t i o n a lp r o p o s a lf r o mc h a r g i n g o b j e c t 、c h a r g i n gm e t h o d 、c h a r g i n gr a n g ea n dc h a r g i n gt i m e i tw a sd e t e r m i n e dt h e t r a n s i tr i d e r s h i pf o rt h em a i nf a c t o r st oa n a l y z et h ee f f e c to fc o n g e s t i o np r i c i n ga n d p r o p o s e dam o r ep r a c t i c a lm o d eo ft r a v e lm i x e dl o g i tm o d e lt h r o u g ht h et r a d i t i o n a l l o g i tm o d e lt h e o r ya n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h ea n a l y s i s t h e ni te l a b o r a t e dt h es e l e c t i o n o fm o d e lp a r a m e t e r sa n dt h es o l u t i o np r o c e s si nd e t a i l a tl a s ti tt a r g e t e dt ot h et r a v e l c o s tp a r a m e t e r st og e tv a l u e so fe a c ht r a v e lm o d ei nd i f f e r e n tc o n g e s t i o np r i c i n g ， w h i c hr e a l i z e db yc h a n g i n gt h er a t eo ft r i pc o s t p a r a m e t e r s i ti st h e b a s i s f o r m a c r o - c o n g e s t i o np r i c i n gt h a tt h ee x p e c t a t i o n sc o n t r i b u t i o nr a t ep o s s i b l ew i t h i nt h e f e er a t e s ，w h i c ha c h i e v e db yd i c h o t o m y t h ep a p e rh a sag r e a ts i g n i f i c a n tt ii n s t r u c t o u r p r a c t i c i n go nc o n g e s t i o np r i c i n ga n dp r o v i d e sat h e o r e t i c a lb a s i s o fr o a d c o n g e s t i o np r i c i n gi n f u t u r er e s e a r c h k e yw o r d s ：c o n g e s t i o np r i c i n g ；m a r g i n a lc o s t ；m i x e dl o g i tm o d e l ；t r a n s i t r i d e r s h i p 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 国内外研究概况2 1 2 1 国外研究概况。2 1 2 2 国内研究概况4 1 3 研究内容5 第二章城市道路交通拥挤概述一7 2 1 交通拥挤的内涵7 2 2 交通拥挤形成机理的描述7 2 2 1 城市道路的公共品属性分析7 2 2 2 基于供需关系的描述8 2 2 3 基于传统交通流理论的描述8 2 3 交通拥挤的时空分布9 2 - 3 1 时间分布9 、 2 3 2 空间分布1 0 2 4 缓解交通拥挤的对策1 1 2 4 1 基础设施建设1 1 2 4 2 合理的路网规划1 2 2 4 3 协调城市土地利用布局1 2 2 4 4 改善交通出行结构，确立公共交通的主体地位1 3 2 4 5 适当限制小汽车的发展1 4 2 4 6 交通拥挤收费1 5 2 5 小结一1 5 第三章城市道路交通拥挤收费理论1 6 3 1 道路拥挤收费的内涵及作用1 6 3 1 1 道路拥挤收费的内涵16 3 1 2 作用1 6 3 2 城市交通的外部影响1 7 i i i 3 2 1 外部性的定义1 7 3 2 2 交通拥挤的外部影响分析1 8 3 3 静态收费理论一1 9 3 3 1 边际个人成本2 0 3 3 2 边际社会成本2 2 3 3 3 静态收费原理分析2 3 3 4 动态收费理论2 4 3 5 小结。2 5 第四章道路拥挤收费实施方案研究2 6 4 1 实施拥挤收费的影响因素分析2 6 4 2 收费对象2 8 4 2 1 收费对象选择的依据。2 8 4 2 2 各种交通工具的运输效率分析2 9 4 2 3 确定收费对象3 0 4 3 收费方式31 4 3 1 人工收费系统一3 1 4 3 2 自动收费系统3 2 4 3 3 收费系统选择的建议3 6 4 4 收费模式3 7 4 4 1 收费模式概述3 7 4 4 2 收费区域的划定3 9 4 5 收费时段4 0 4 6 j 、结4 0 第五章基于决策者的宏观拥挤收费定价研究4 l 5 1 拥挤收费的影响研究4 1 5 2 非集计l o g i t 模型理论4 2 5 2 1 非集计模型的数学表示4 2 5 2 2m n l 模型简介4 3 5 2 3l o g i t 模型的缺点分析4 3 5 3 拥挤收费主要影响因子分析4 4 5 4 拥挤收费交通方式分担预测模型研究4 5 5 4 1 基于改进的l o g i t 交通方式分担预测模型4 6 5 4 2 分布密度函数选取4 6 5 4 3m i x e dl o g i t 模型求解4 8 5 5 拥挤收费定价流程4 9 5 6 拥挤收费定价应用举例5 2 5 7 小结5 7 第六章结论与展望5 8 6 1 研究成果与结论5 8 6 2 展望一5 8 参考文献6 0 致谢6 4 v 长安大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 随着我国国民经济的不断发展和城市化进程的不断加快，城市的规模正在不 断扩大。城市人口的快速增长引发了更多的社会活动，从而产生了新的交通出行 需求；同时，经济的不断发展使居民的个人可支配收入有所提高，更多人能够有 闲散的资金去购买私家车，私家车的保有量正在飞速发展，见图1 1 。统计数据 显示，2 1 世纪以来是我国居民私家车的高速发展时期，私家车数量从2 0 0 0 年的 3 6 5 0 9 万辆到2 0 0 8 年的2 8 8 0 5 0 万辆，仅8 年的时间增加了将近7 倍，年平均 增长率达到2 9 4 6 ，尤其是2 0 0 4 年以后，私家车的年平均增长量为4 9 9 万辆， 并呈现出更快增长的趋势。另一方面，我国道路交通设施的发展速度与交通增长 速度失衡，与国外人均道路面积1 5 - 2 0 m 2 相比，我国人均道路面积还处于较低 水平【1 1 。据建设部统计数据显示，从2 0 0 1 年到2 0 0 7 年城市人均道路面积从7 0 m 2 增加到11 4m 2 ，年平均增长率为8 4 7 ，而城市道路交通量的年均增长速度则 为2 0 t 2 1 。除此之外，我国交通结构的不合理以及管理等方面的问题，最终导致 了越来越严重的交通拥堵问题。 图1 1 我国私家车保有量增长趋势图 注：数据来源2 0 0 9 年中国统计年鉴 交通拥堵问题会给社会、经济和交通等带来一系列的影响。单从经济方面来 说，美国每年因为交通拥堵所造成的损失达7 8 2 亿美元，巴西圣保罗每年因交通 拥堵所造成的经济损失超过2 4 亿美元【3 】。据推算，我国每年因交通拥堵所造成 第一章绪论 的经济损失大约占到了同期国内生产总值的2 【4 1 。交通拥堵对其它方面的负面 影响更是难以估量。由此可见，采取有效的交通需求管理手段来缓解我国交通拥 堵的局面势在必行。 交通需求管理t d m ( t r a v e ld e m a n dm a n a g e m e n t ) 是指运用经济和法规等手 段对交通需求量进行科学地控制与调节，削减不合理的交通需求，分解、转移相 对集中的交通需求，从而使供需达到相对平衡，以保证城市交通系统的有效运行， 缓解交通拥挤，改善城市生态环境和生活环境质量。交通需求管理的应用和研究 最早可追溯到2 0 世纪8 0 年代，美国第一次在解决交通方面的问题上实施了部分 交通需求管理措施。它主要是从交通规划、交通管理、价格机制、公共交通和智 能交通等方面采取相应措施来达到控制与调节交通需求总量、达到供需平衡的目 的【5 】o 城市道路拥挤收费就是一种利用价格机制来控制和调节交通需求的管理措 施。它是通过对城市道路中进出某些拥挤区域的车辆征收一定的通行费用来改变 出行者出行方式、出行路线和时间等的选择，减少拥挤区域内的交通流量、削减 不必要出行，从而达到缓解区域交通拥挤的目的。目前，国外一些大城市已经实 施了交通拥挤收费，并且取得了不错的效果，如伦敦、新加坡、多伦多等。虽然 我国目前还没有城市实施交通拥挤收费，但是国外的实践已经证明这是一项有效 的政策体系，可以使私家车在短时间内转移到公共交通或其它出行方式上来，这 对于解决我国目前的交通拥挤状况具有重要的作用。2 0 0 2 年印发的交通白皮书 中，北京和上海都提出了使用道路拥挤收费缓解拥堵的方法，广州在2 0 0 5 年居 民出行调查中也将居民对拥挤收费的接受程度作为调查内容之一。虽然我国一些 大城市将道路拥挤收费提上议程，但是受到技术手段不成熟、相关政策和配套措 施不完善等因素的制约，拥挤收费还没有付诸实施。因此，对道路拥挤收费进行 深入研究，对指导我国拥挤收费的实施具有重要意义。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况 1 9 2 0 年英国经济学家p i g o u 和k n i g h t 创造性地提出了拥挤收费的概念。他 们从经济学的角度，用算例说明了交通拥挤所产生的外部费用以及应收取的最优 2 长安大学硕士学位论文 费用。此后，交通拥挤收费问题在理论和实践上受到研究人员越来越多的重视。 二战后，随着运筹学的发展及其在交通网络分析中的应用，基于道路网络的拥挤 收费策略一直是交通运输领域的热门研究课题。 拥挤定价理论中最具代表性的有两种类型：一种是静态收费理论，种是动 态收费理论。 1 、静态收费研究 第一个把静态收费运用到路网拥挤收费的科学家是w a i t e r s ( 1 9 6 1 ) ，他应用 经济学中经典的边际收费理论，评价了公路网的税收制度的效益。该理论认为， 每条路段上的收费额应等于边际社会费用和边际个人费用的差值。之后，许多学 者对拥挤收费理论进行了研究和扩展。d a f e r m o s 和s p a r r o w 开发了一个静态拥挤 收费模型 6 1 ，用于确定一般道路网络上的费用，并提出了两种不同的拥挤收费模 式；基于路段的收费模式和路径拥挤收费模式；d a f e r m o s 应用边际收费理论确 定了当路网上存在多种类型用户的情况下的拥挤收费机制，并分别制定了基于路 段和路径的拥挤收费模式 7 1 ；l a m 等提出了一个双层规划模型来确定拥挤收费定 价问题，该模型的上层最优目标是固定o d 需求条件下最小化路网总体运行时 间，下层问题则是考虑驾驶员路径选择行为的确定性用户均衡问题【8 】；b u t t o n 等 研究了交通拥挤收费中穷人和富人间的社会不公平问题 9 1 ；d a i l 将w a r d r o p 原则 扩展到考虑随机v o t 的情况，建立了能反映均衡状态的简单方程，通过建立模 型将具有随机时间价值的出行加载到费用时间固定的网络上，并给出相应算法和 数例证实1 0 1 11 1 。 2 、动态收费研究 静态理论模型只能处理静态的空间维，并不能处理动态的时间维。最早提出 动态收费模型的是v i c k r e y ，1 9 6 9 年他基于确定性排队理论，提出了拥挤收费的 瓶颈模型。在已有的文献中，考虑时间变化的收费主要有两种模式。 第一类研究文献只考虑了时间维度，它提出了不同的随时间变化的收费模 式，但这些研究都只局限于单个的排队瓶颈。b r a i d 研究了在一条拥挤道路上用 速度一流量函数来确定随时间变化的收费模式【1 2 】；m t m 研究了弹性需求下的瓶 颈收费机s t l 3 1 。 第二类研究文献试图将网络上拥挤收费的时间维和空间维同时考虑进去。 第一章绪论 a r n o t t 等分析了具有平行路径的道路网络上固定需求下的收费政策【1 4 】；c a r e y 和 s r i n i v a s a n 用k u h n t u c k e r 必要条件在拥挤道路网络上导出了系统边际成本、用 户感知成本、用户外部成本和最优收费方案【1 5 】；g h a l i 和s m i t h 试图在动态交通 分配的背景下将边际费用收费和交通控制方案结合起来【1 6 】；y a n g 和m e n g 用时 空网络方法将传统的瓶颈模型扩展到一般网络等【1 7 】。 3 、拥挤收费相关政策研究 目前拥挤收费在理论研究和技术实施方面都已比较成熟，但是在实践中却存 在不小难度，主要原因之一就是公众对该政策的不支持。w i n s t o n 等人研究了公 众反对拥挤收费的原因，一是公众不明确交纳该税能够带来的利益，二是由于不 可能存在其它的可行线路选择，公众尤其反对对现有公路征收拥挤费的做法【1 8 】。 为了能够得到公众的支持， 许多学者对拥挤收费的收入再分配方案进行了深入研究。s e o n a 等人利用多 项l o g i t 模型分析了不同人群在不同的收费标准下对收入分配方案的反映程度， 研究结果显示最能被大众接受的是收费用于改善公交服务和道路基础设施的维 护【1 9 1 。还有一些学者把拥挤收费理论与其它一些领域相结合进行研究，如 l e v i n s o n 利用博弈论从微观方面发展了道路拥挤理论【2 0 】。研究发现，拥挤收费 可以看作是一种最小化总成本的合作机制，拥挤的发生由相关参与者的先、后到 达和行程延误评估决定。 1 2 2 国内研究概况 我国交通拥挤收费的研究起步较晚，开始于上世纪9 0 年代。理论研究方面， 国内的研究主要偏重于对已有收费模型进行改进，同时也在社会福利和定价方法 等方面有了新的成果。杨海和黄海军应用最优控制理论来确定具有两条平行道路 的拥挤道路网络上基于弹性需求的可变收费方案，并增加了一些硬性约束条件， 扩展了研究范m t 2 1 】田】：陈来荣、郝生风等分别基于总出行时间和用户剩余建立 双层规划模型，设计求解双层规划模型的遗传算法并给出了求解过程【冽【2 4 】；张 华歆和周溪召研究了满足社会与空间公平要求的拥挤收费双层规划模型【2 5 l ；钟少 鹏和邓卫把时空拓展网络( s t e n ) 与传统的网络平衡模型技术相结合，并对单 用户价值及单车钟出行方式进行延拓，建立了适合我国交通特点的动态多类型和 多模式的交通拥挤收费模型【2 6 】；黄小燕研究了基于路网整体的拥挤定价方法和考 4 长安大学硕士学位论文 虑网络效应的拥挤定价方法【2 7 】；程琳、王炜等研究了满足社会剩余最大化原则下 的拥挤收费模型，深入分析了拥挤收费的基本机理以及社会剩余最大时所导致的 用户剩余的损失【2 8 l 。 虽然我国拥挤收费的理论研究已比较成熟，但是缺乏实践方面的经验，由于 多方面的原因，拥挤收费一直没有在我国开展实施。2 0 0 4 年4 月6 日，北京交 通发展纲要提到必要时在交通特别拥挤区域有选择地实施通行收费制度。2 0 0 4 年7 月，上海市正式启动了中心区交通拥挤收费综合技术研究项目，拟在对 上海中心城区交通状况进行全面评价的基础上，提出拥挤收费的区域，并定量分 析采取不同调节率对区域路网服务水平的影响等。针对目前国内交通拥挤收费的 现状，本文将以拥挤收费的实施内容为主展开研究，为我国的拥挤收费实践提供 理论指导。 1 3 研究内容 本文通过对交通拥挤相关理论的综述，引出实施道路拥挤收费缓解交通拥挤 的必要性，通过对拥挤收费相关理论的描述，围绕我国城市道路实施拥挤收费的 方案进行研究，并以l o 班模型为基础建立交通方式分担模型，分析了不同拥挤 收费下对交通的影响，为交通管理者制定合理的拥挤收费费率提供理论指导。主 要内容如下： 第一章为绪论，主要介绍了拥挤收费产生的背景以及国内外研究概况，了解 拥挤收费的现状，提出本文研究的主要内容和研究路线。 第二章为交通拥挤概述，主要论述了交通拥挤的内涵、形成机理、时空分布 特性以及缓解交通拥挤所采取的对策，进而提出交通拥挤收费。 第三章为交通拥挤收费理论，主要论述了拥挤收费的内涵及作用、交通拥挤 的外部影响理论，以及静态收费和动态收费的相关理论。 第四章为城市道路拥挤收费实施方案研究，主要从收费对象、收费方式、收 费模式和收费时段四个方面展开研究，针对我国国情提出在实施拥挤收费中的合 理化建议。 第五章为宏观拥挤收费定价的研究，主要以l o g i t 模型为基础，分析了常用 的l o g i t 模型的基础理论及在居民出行方式选择中存在的缺陷，进而提出更加符 5 第一章绪论 合居民出行实际的m i x e dl o g i t 模型。首先对模型的求解过程进行了分析，其次 阐述了通过模型进行拥挤收费的过程及方法，最后通过实例说明模型求解及拥挤 收费定价。 第六章总结了论文研究的主要成果及后需进一步研究的问题。 6 长安大学硕士学位论文 第二章城市道路交通拥挤概述 2 1 交通拥挤的内涵 交通拥挤是指在一定时间或者某些路段交通需求超过了路段的交通容量( 也 就是道路的通行能力) 所引发的车辆滞留在道路上的交通现象。一般来说，交通 拥挤可分为两种基本类型：偶发性交通拥挤和常发性交通拥挤。 偶发性交通拥挤是由于道路上的随机事件( 如交通事故、车辆抛锚、恶劣天 气等) 所造成的交通拥挤。它最显著的特点是由于一些突发因素在道路上某个地 点发生交通瓶颈，使附近道路的通行能力骤然降低导致车辆难以顺畅通过，从而 造成排队现象，通过此瓶颈后车辆速度大幅提高，车流密度明显降低，具有不可 预测性。 常发性交通拥挤则是由于交通需求量过大而超过了道路设施的承载能力所 引发的交通拥挤。常发性拥挤的原因是由于路段或路网自身的通行能力低，难以 满足过大的交通需求。主要表现为车辆行驶速度缓慢，车辆间速度差异不大，车 辆在道路上分布比较均匀，具有可预见性。 由于偶发性交通拥挤的随机性和不可预见性，在进行交通拥挤收费研究时的 意义并不大，因此本文的交通拥挤收费所涉及到的是常发性交通拥挤。 2 2 交通拥挤形成机理的描述 2 2 1 城市道路的公共品属性分析 所谓公共物品即指公共消费的物品，它是相对于私人物品而言的，一般可分 为纯公共物品和准公共物品两类，公共物品具有消费中的非竞争性、非排他性、 强制性、无偿等特征 2 9 1 。纯公共物品是指具有非排他性和非竞争性的物品，纯 公共物品一般具有规模经济的特征，消费上不存在“拥挤效应”。准公共物品介于 私人物品和纯公共物品之间，相对于纯公共物品而言，它的某些性质发生了变化， 具有有限的非竞争性和局部的排他性，即超过一定的临界点，非竞争性和非排他 性就会消失，拥挤就会出现。 城市道路一般是由政府修建供全社会使用的，在其使用过程中可能存在着 “拥挤效应”和“过度使用”的问题，因此其在消费中存在一个“拥挤点”。即当消费 7 第二章城市道路交通拥挤概述 者的数目增加到该拥挤点之前，每增加一个消费者的边际成本是零：而达到该点 之后，每增加一个消费者的边际成本开始上升；当达到容量的最大限制时，增加 额外消费者的边际成本趋于无穷大。根据边际成本理论，当道路上的交通处于非 拥挤状态时，道路上每增加一个出行者都不会给其他的出行者带来额外的成本， 此时的边际成本为零，即此时道路用户对道路的使用具有非排他性和非竞争性 【3 0 】【3 l 】；当道路交通达到“拥挤点，时，此时交通开始进入拥挤状态，道路上每增 加一个出行者都会给道路上其他出行者带来额外成本的增加，其边际成本此时大 于零，在这种状态下城市道路具有了竞争性和排他性。因此城市道路具有准公共 物品的属性。道路拥挤收费正是政府采用价格机制进行城市交通管理的一种措 施，为城市道路资源的有效配置提供了保障。 2 2 2 基于供需关系的描述 通过上节的分析我们可知，城市道路的准公共物品属性决定了其在使用时的 排他性和竞争性。对于城市道路来说，在一定条件下其道路容量是有限的。当道 路中的交通流量没有超过其容量时，个人出行者只需付出相应的车辆出行成本， 如燃料费用、出行时间价值等，而对道路中其他出行者不会产生影响，此时表现 为道路的非竞争性；当交通流量超过道路容量时，非竞争性就会消失，此时道路 中每增加一个用户时，这个用户就会对道路中其他用户产生影响。由于道路空间 资源的有限性限制，当过多的车辆使用有限的道路资源时，就会形成车多路少的 状况，这样必然会导致拥挤的发生。 2 2 3 基于传统交通流理论的描述 根据道路交通流理论中速度和流量关系可以分析道路交通拥挤的全过程，速 度一流量关系见图2 1 。一般来说道路交通流状态可以分为自由流、稳定流、不 稳定流和拥挤流四个状态。在图2 1 中q 卅为极大流量( 饱和流量) ，1 ，为畅行速 度，1 ，。为临界速度( 即道路中车流量达到绋时车辆的行驶速度) ，1 ，。表示自由流 变为稳定流的临界速度，1 ，表示稳定流变为不稳定流的临界速度。彳、b 、c 、 d 分别代表了自由流区、稳定流区、不稳定流区和拥挤流区。当道路系统中车流 量很小时，车辆以接近于v ，的速度行驶，车辆之间没有任何干扰，自由行驶； 8 长安大学硕士学位论文 当系统外部车辆不断加入时，道路中交通量和交通密度不断增大，而车辆的行驶 空间也不断缩小，此时车辆间开始互相干扰，行车速度减慢，车流状态逐渐进入 稳定流；随着系统外部车辆的继续加入，车流量和密度继续增大，当流量增大到 道路通行能力附近时，道路系统中的交通流变得很敏感，受到外界的扰动容易打 破其平衡，此时车流状态进入不稳定流，直至达到极大流量q 。；当车流量达到 极大流量时，随着外部车辆的继续增加，车辆间的平衡状态被打破，相互之间的 干扰严重，速度明显下降，导致交通量出现下降，此时车流进入拥挤流状态。随 着车辆的继续增加，车速和交通量会越来越小，直至系统达到崩溃状态，车速和 交通量为零。 o v 2 v l 车速 ( k m d b ) 23 交通拥挤的时空分布 图2 1 速度流量关系图 城市交通拥挤与道路交通量一样，具有时空分布的特性，城市道路上交通量 的大小成为了交通是否拥挤的决定性因素。道路中车辆之间的相互影响使交通拥 挤在空间分布上也具有一定的继承性和传递性。 2 3 1 时间分布 城市居民的出行具有一定的时间性规律，交通拥挤的时间分布特性和交通量 的时间分布特性具有一致性，因此对交通量的时间分布进行分析就等同于对交通 拥挤的时间分布的分析。根据居民出行目的的不同可分为工作日出行和节假日出 9 第二章城市道路交通拥挤概述 行。 工作日出行的特点是出行者以工作、上学等非弹性出行为主，道路上出行的 交通量主要是由这部分的出行组成，在时段上主要表现为交通量的早高峰和晚高 峰，此时段也是交通拥挤的高发段。但是，不同的城市由于其社会经济发展、生 活状况、城市居民素质等存在的差异，拥挤发生的时段并不完全相同。 节假日出行的特点是道路交通量中的出行主要是以购物、休闲娱乐、探亲访 友等弹性出行为主，这部分出行具有较强的随机性，交通拥挤的时间分布没有明 显的规律性可循。 2 3 2 空间分布 城市道路网是由交叉口及其相连接的路段所组成的点、线、面三位一体的综 合交通网络【3 2 1 。交通拥挤在道路交叉口和路段都会出现，并且由于其具有传递 性和继承性，往往会牵连到一个区域产生交通拥挤现象。 1 、交叉口拥挤 道路交叉口是连接相邻路段的节点，是城市道路系统的重要组成部分，也是 城市交通的拥挤点。通常情况下，道路交叉口的通行能力是影响整个路网容量大 小的关键。道路交叉口发生拥挤主要是缺乏交通控制系统和相应的交通工程设 施，因而多个方向的车流只能以自然的方式通过交叉口，同时还和大量的非机动 车和行人交织在一起，严重影响了交叉口的通行能力。因此交叉口的拥挤和混乱 程度比一般路段更为严重。 2 、路段拥挤 路段的拥挤主要发生在城市主干路上，这些主干路承载了大量的人流和车 流，致使道路通行能力的不足，交通流处于饱和或过饱和状态，导致交通严重拥 挤。由于一些道路交通设施建设时期过早，已不能满足急剧增长的交通需求，也 成为交通拥挤的瓶颈。另外，由于一些突发性的交通问题未能及时得到解决，使 交通拥挤在相关路段和交叉口上蔓延。 3 、区域性拥挤 区域性拥挤的特点是其发生在相邻的几条道路和交叉口，这些道路和交叉口 之间相互影响，蔓延到城市中相当大的区域，从而构成区域性拥挤。 为了形象的表现城市交通拥挤的空间分布情况，这里用图形来解释说明。图 l o 长安大学硕士学位论文 2 2 代表了城市道路中的某个交通网络，圈和曲线分别代表交叉口和路段，加粗 的曲线代表拥挤路段。某个时刻路网中的拥挤可能只有一种，也有可能三种状态 同时存在。图中m 为发生拥挤的交叉口，即点拥挤；路段r 。、r ：和r ，均为路 段拥挤，并且形成道路拥挤，即线拥挤；r 。 r 。：则组成了相互关联的拥挤网络， 表现为区域性拥挤，即面拥挤。 图2 2 不同层次交通网络拥挤示意图 2 4 缓解交通拥挤的对策 交通系统是一个复杂而开放的大系统，拥挤问题的产生也是由多种因素共同 作用的结果。因此要缓解交通拥挤，必须要从系统工程的角度进行全面考虑。 2 4 1 基础设施建设 l 、道路基础设施建设 从需求和供给的角度来讲，交通拥挤就是道路基础设施的建设速度跟不上交 通增长的速度所产生的后果。因此，从道路供给方面来讲，我们可采取新修、改 建和扩建道路三种办法来增加道路的通行能力来满足更多的交通需求，缓解交通 拥挤。 2 、停车场建设 城市中停车场设施的供应量会对道路交通流运行产生一定的影响。一个城市 如果不重视静态交通基础设施的建设和管理，不但会导致停车难，而且会加剧行 车难。目前我国城市中停车场的建设主要表现在停车泊位不足，车辆无处停放和 乱停乱放现象严重，导致道路通行能力的下降和交通拥挤的频繁发生。因此，通 过对现有停车场的改建和扩建以及新建停车场，提高停车需求，减缓交通拥挤。 3 、轨道交通 第二章城市道路交通拥挤概述 轻轨和地铁属于城市公共交通体系中不可缺少的重要组成部分，具有运量 大、耗时少和环保等特点【3 3 1 。修建城市轻轨和地铁的目的是为了吸引其它交通 方式( 如小汽车) 向公共交通的转移，减少城市道路交通流量。 仅仅从供给方面来解决交通拥挤并不是一个理想的办法，如果一味的去增加 基础设施建设，只会导致交通需求无限增加下去，对于城市来说是不可能投入太 多的用地用于建设这些基础设施。若要真正起到缓解交通拥挤的作用，必须和其 它交通需求措施配合实施。 2 4 2 合理的路网规划 城市道路网的结构会影响道路的通行能力，导致交通事故和交通拥挤。交通 网络的通达性除了要保证有足够的道路长度和面积外，很大程度上取决于城市各 级道路的比例关系和连通性等条件【3 4 1 。目前我国大多数城市的快速路和主干路、 次干路、支路间的比例结构很不稳定，快速路和主干路、次干路、支路间的比例 逐层递减。大量的车流汇集在城市快速路和干路上，难以从次干路和支路分流出 去，进而加重了主干路与快速路的交通负荷和拥挤程度。若果发生交通事故等意 外情况，很容易造成交通的局部瘫痪。 因此，在进行道路网规划时，必须要从道路交通网路整体出发，协调好各等 级道路的比例关系，强化次干路和支路的建设。同时在规划时还要充分考虑到生 活、生产和流通的需要，避免道路不合理的布局而造成交通总量的激增，给城市 交通带来不必要的压力。 2 4 3 协调城市土地利用布局 城市土地使用布局能够影响到交通的流量和流向，通过协调土地利用布局， 改变交通的流量和流向，能够在一定程度上缓解交通集中区的交通压力。城市中 心区是城市政治、经济和文化的中心，也是交通矛盾的集中区。因此可以把不适 合中心功能的用地( 工厂、仓库等) 迁到城市外围区，把这部分交通需求转移到 外围去，减小城市中心区的交通总量。对于土地资源丰富、规模较大的城市来说， 也可以分别设置几个中心区或者卫星城来减缓城市中心区的交通压力，从而达到 缓解城市交通拥挤的目的。 1 2 长安大学硕士学位论文 2 4 4 改善交通出行结构，确立公共交通的主体地位 交通出行结构和一个城市的社会经济发展、交通政策等因素有着密不可分的 关系。目前，我国的混合交通状况比较严重，虽然有关部门采取了一定的管理措 施，但是由于多种交通方式之间的相互影响、相互制约，造成道路交通运行秩序 的混乱，交通拥挤状况还是很严重。因此，要缓解交通拥挤和交通运行混乱的状 态，必须要对交通出行结构进行改善。公共交通作为城市交通运输体系的主要组 成部分，在改善交通出行结构方面发挥着重要作用。 要确立公共交通的主体地位，需要从以下几个方面入手： 1 、打造高品质公共交通体系 城市公共交通体系包括常规公交和轨道交通，它们构成了城市客运交通的主 要运输方式。为提高公共交通的优势，建立高品质的公共交通体系，需要从以下 几点进行规划：对于线路过长的客运，考虑将其划分到轨道交通，发挥轨道交通 长距离、高运量、高效率的特点；对一些路线过长的常规公交，在保证其线网覆 盖范围的同时，尽量对路线进行截短、改造等措施，使常规公交与轨道交通紧密 结合，实现无缝换乘；另外，对于常规公交站点的布设，应尽可能靠近轨道交通 出入口，确保较小的换乘时间。 2 、切实落实公交优先政策 公交优先就是在其路权方面对公交实行一系列的优惠政策，这主要体现在以 下三个方面： 1 ) 开辟公交专用道路 公交专用道的开辟要结合公交客流的分布和城市道路条件而定，设置方法也 应多种多样。对于新建的城市道路来说，应当在道路建设同时考虑专用道的设置 问题。一般来说，公交专用道主要设置在城市客运走廊以及客流量大的道路，然 后逐步成网、逐步提高其长度和密度。 2 ) 港湾式停靠站建设 港湾式停靠站的建设能够减少公交车因进站对道路中其他车辆的影响程度， 提高道路交通运行速度和效率，同时也能够减少公交车辆排队等待时间。 3 ) 公交优先通行信号 道路交通通行信号系统的设置，要遵循科学、合理的原则。在通行信号配置 第二章城市道路交通拥挤概述 时，应优先考虑公共交通，保证公交车辆通行的优先权，同时应注意协调好公交 与其他车辆的路权使用关系，确保道路资源的高效利用。 3 、加大资金投入，加强市场监管 打造高品质的公共交通服务体系，政府必须要加大对公共交通的投入力度。 因为公共交通的建设中，枢纽、场站、轨道交通等硬件基础设备，还有车辆及一 些配套设备都需要大量资金。因此，政府应当适当地将用于城市交通建设的部分 资金，转移到对公共交通的投入方面，大力发展城市公交，让市民享受到公共交 通的高品质服务。 另外，政府要加强公共交通的市场监管体系。严格执行市场准入制度，大力 扶植特许经营制度。对于一些扰乱公交市场经营秩序的行