（交通运输规划与管理专业论文）城市交通拥挤收费的关键问题研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第t 页 摘要 随着社会经济的发展和城市化进程的加快，城市的机动车拥有量和居民出行需求 量不断增长，城市道路交通需求大大超过交通供给能力，交通拥挤成为必然现象。拥 挤收费作为交通需求管理的措施之一，以经济管理手段调整交通结构和交通流分布， 减少交通需求，从而达到缓解拥挤的目的。 论文在总结国内外拥挤收费理论研究成果和国外拥挤收费实践成效的基础上，分 析了拥挤产生的原因和影响，阐述了拥挤收费的原理，研究了拥挤收费经典理论模型 及其局限性。然后分析了拥挤收费涉及到路网管理者( 政府相关管理部f - j ) 和道路使 用者，是一个典型的双层规划问题，所以采用双层规划模型更符合实际。接着介绍了 现有的双层规划模型特点和缺陷，并结合拥挤收费策略的效果不仅会影响到用户 的路径选择，还会影响交通方式划分，提出了基于交通方式分担和交通分配组合的双 层规划模型。 然后详细介绍了交通拥挤收费的实施方案，包括收费对象、收费时段、收费费率 和范围、收费模式等多方面内容。最后分析了我国城市实施拥挤收费措施所必须的保 障措施。 关键词城市交通；拥挤收费；双层规划模型；保障措施 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t w i t ht h es o c i o - e c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n du r b a n i z a t i o np r o c e s sa c c e l e r a t i n g ，v e h i c l e s a n dr e s i d e n t s t r a v e l d e m a n d sa r eg r o w i n gs of a s ti nc i t i e s ，t h a tu r b a nr o a dd e m a n d m e n t s e x c e e d ss u p p l i m e n tg r e a t l ya n dc o n g e s t i o nb e c o m e si n e v i t a b l e c o n g e s t i o np r i c i n g ，o n eo f t r a n s p o r t a t i o nd e m a n dm a n a g e m e n tm e a s u r e s ，e a s e st r a f f i cc o n g e s t i o nb ya d j u s t i n gt h e s t r u c t u r e so ft r a n s p o r t a t i o na n d r e d u c i n gt h et r a f f i cd e m a n d o nt h eb a s i so fs u m r n a r i n gt h e o r e t i c a ls t u d i e sa n dp r a c t i c e so fc o n g e s t i o np n e i n ga t h o m ea n da b r o a d ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h er e a s o n sa n di n f l u e n c e so fc r o w d i n g ，i n t r o d u c e s p r i n c i p l e so fc o n g e s t i o np r i d n g ，r e s e a r c h e st h ec l a s s i c a lm o d e l sa n dl i m i t a t i o n s i t i s r e a s o n a b l et ou t i l i z eb i l e v e lp r o g r a m m i n gm o d e lb e c a u s ec o n g e s t i o np r i c i n gi sac l a s s i c a l b i l e v e lp r o g r a m m i n gp r o b l e mr e l a t i n gg o v e r n o r sa n du s e r s t h e nt h ep a p e r , i n t r o d u c i n g c h a r a c t e r i s t i c sa n dd e f e c t so ft h ee x i s t i n gb i l e v e lp r o g r a m m i n gm o d e l s ，c o m b i n i n gt h e r e s u l t so fc o n g e s t i o np r i c i n gw h i c he f f e c t sn o to n l yr o u t i n gb u ta l s ot r a n s p o r t a t i o nm o d es p l i t ， a d v a n c et h eb i - l e v e l p r o g r a m m i n gm o d e la b o u tt r a n s p o r t a t i o n m o d e s p l i ta n dt r a f f i c a s s i g n m e n t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ep r o g r a mo fc o n g e s t i o np r i c i n gw h i c hc o n t a i np r i c i n go b j e c t s ， p e r i o d ，c o n g e s t i o np r i c i n g ，a r e a , p a t t e r na n ds oo n f i n a l l y , n e c e s s a r ys a f e g u a r d s ，c a r t i n go u t c o n g e s t i o np r i c i n gi nd o m e s t i cd r i e s ，h a v eb e e np r o p o s e d k e y w o r d su r b a nt r a n s p o r t a t i o n ；c o n g e s t i o np r i c i n g ；b i l e v e lp r o g r a m m i n gm o d e l ； 西南交通大学囱南父j 恿大罕 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 权西南交通大学可以将本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、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密影使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“1 j ”) 学位论文作者签名：王子 指导老师签名： 日期：2 。卜j 2 日期：2 口一乡胁 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 建立了甚于交通寿式5 i 扫和交通刍雷己纽圭岛双层规者t j 楼型， 设； j 粕鏖舶耸侈 盟j | ：i 写兰证 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名： 王辛 日期：2 口i 。f 肛 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 1 1 1 问题的提出 第1 章绪论 近年来城市化进程的加速和经济发展水平的提高，使得城市人口和机动车拥有量 迅速增长，大大超过同期城市道路和交通设施的增长速度，交通供需矛盾加剧。城市 交通拥挤成为交通需求超过交通供给能力而引起的必然现象。以北京市为例【l 】，“十五” 期间全市机动车保有量年均递增1 1 4 ，中心城地区道路全日交通量年均递增1 2 8 ， 而城市新增道路长度年均递增仅为2 5 。市区占全市总面积的1 2 ，却承担了全市超 过2 5 的流量，全市一半车辆都集中在三环内，高峰时期干道车辆平均速度低于 1 5 k r n h t 2 1 。自8 0 年代以来，中国大城市市区机动车平均时速已由过去的2 0 公里时左 右下降到现在的1 2 公里时左右。在一些大城市中心地区，机动车平均时速下降到每小 时8 1 0 公里。全国3 l 座百万人口以上的大城市，大部分交通流量负荷接近饱和，有 的城市中心地区交通有时接近半瘫痪状。我国每年因交通拥挤造成运输效率低下，致 使经济损失达到了数百亿元【3 1 。 一段时期内，不断地增加交通供给成为缓解交通拥挤的重要手段。但国内外经验 表明，单纯的增加交通供给只能暂时缓解交通拥堵，随着诱发新交通量的出现，拥挤 仍会产生，并且由交通拥挤带来的外部性损失仍然没有得到补偿。2 0 世纪6 0 年代，安 东尼当斯提出著名的“当斯定律”：新建交通设施会诱发新的交通量，交通需求的增 长总大于交通供给的增长【4 】。即不能单纯通过交通供给来解决交通拥挤问题，城市交通 供需不平衡的矛盾需要从需求管理的角度加以缓解。 交通需求管理( t d m ) 是指通过交通政策的导向作用，运用一定的技术，通过速 度、服务、费额等因素影响交通参与者对交通方式、交通时间、出行目的地等的选择 行为，使交通需求在时间、空间上均衡化，促使交通供给和交通需求间保持一种有效 的平衡，使交通结构日趋合理【5 】。交通需求管理为人们提供了从需求管理角度思考解 决交通问题的新手段。 1 2 1 研究意义 拥挤道路使用收费是重要的交通需求管理措施之一，主要利用经济学中的价格机 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 制来对交通需求加以调节和限制。拥挤收费不但通过引导出行者正视出行成本、理性 选择出行来缓解拥挤，还通过交通拥挤的缓解节约了人们的出行时间和成本，保护环 境，减少交通事故，同时为城市交通基础设施建设和管理开拓了新的资金来源。 新加坡【6 】、香港【7 1 、伦敦嘲以及挪威、法国、美国等国家的部分城市都先后实施了 城市道路拥挤收费，并取得不同程度的效果。这当中也有失败的案例，如由于没有取 得公众的认同，香港的拥挤收费系统没能维持下去。事实上，城市道路拥挤收费作为 解决大城市交通拥堵问题的交通需求管理措施之一，已被许多专家学者所肯定，证明 了理论上的可行；但实践中，除了少数几个城市( 新加坡、伦敦、多伦多、特隆赫姆 等) 获得成功外，更多的大城市还处于观望、学习、研究的阶段。我国的北京、上海、 广州等地也在不断探索，虽然开展了大量的调查研究，甚至出台了相关办法，却迟迟 不能实施。究其原因，城市道路拥挤收费是一个复杂的系统工程，当中有许多亟待解 决的理论问题和实践难题。 上述事实表明，很多大城市已经将道路拥挤收费提上议程，之所以没有付诸于实 施，是因为其相关政策及配套措施仍不完善，且拥挤定价模型及技术手段仍不成熟。 因此，深入研究城市道路拥挤收费，在理论上和实践上都有一定的意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 拥挤收费的理论研究现状 1 国外研究现状 国外对于拥挤收费的研究始于1 9 世纪晚期，发展于2 0 世纪中后期，目前处于理 论趋于成熟的阶段。早在1 8 8 4 年法国工程师d u p u i t 就研究了对一座桥收费产生的对公 众利益的影响，这可看作是对道路拥挤收费问题的最早研究9 1 。而p i g o u ( 1 9 2 0 ) 和 g s d g h t ( 1 9 2 4 ) 则最早明确地提出交通拥挤收费的理论思想【旧】，此后很多专家围绕拥 挤收费的原因和原理、拥挤收费理论模型、拥挤收费政策及其影响等问题展开研究， 逐渐形成拥挤收费理论。国外研究分为三个主要时期：理论基础形成时期( 2 0 世纪6 0 年代至8 0 年代) 、理论发展时期( 2 0 世纪9 0 年代) 和理论成熟时期( 2 1 世纪初至今) 。 ( 1 ) 理论基础形成时期 拥挤收费理论基础包括静态模型和动态模型。w a l t e r s ( 1 9 6 1 ) 和b u t t o n ( 19 8 6 ， 1 9 9 3 ) 研究了拥挤收费的静态模型( 边际成本定价) t i t - s 3 ，即通过经济学中的供需平 衡和边际概念来说明拥挤收费问题，从边际个人成本和边际社会成本的角度分析拥挤 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 负外部效应及其弥补措施。 诺贝尔经济学奖获得者v i c k r e y ( 1 9 6 9 ) 用确定性排队理论提出了动态收费模型( 瓶 颈收费模型) 【l4 1 ，即一定时刻的拥挤收费水平等于不收费平衡时该时刻用户的排队等 待时间费用，这样就能以收费取代排队等待时间费用使平衡条件满足。 虽然两类模型都有各自的缺陷，但却为研究拥挤收费问题提供了基本的思路和方 法。 ( 2 ) 理论发展时期 这个时期，国外专家学者主要在以上基础上进行收费政策和影响的研究以及收费 模型的改进。 收费政策方面，由于最初的静态拥挤收费研究都是围绕最优收费理论( f i r s t - b e s t c o n g e s t i o np r i c i n g ) 进行的，即严格按照边际成本定价原理对每条道路都实施收费。而 实际中由于受到技术、政治、经济等因素制约，对每条道路都实施收费往往是不现实 的。因此次优收费思想( s e c o n d - b e s tc o n g e s t i o np r i c i n g ) ( v e r h o e f，1 9 9 6 ) 【1 5 】应运而 生，即仅对部分路段或路径收费来实现系统优化的目标。 收费影响方面，h a u ( 1 9 9 2 ) 曾对静态收费产生的社会福利影响作出分析，认为组 织收费的政府获利最大，拥挤收费的再分配十分重要1 6 1 ；c o h e n ( 1 9 8 7 ) 将出行者分成 若干组，定量分析收费政策对不同人群的利益影响【1 7 】；s m a l l ( 1 9 9 2 ) 分析了拥挤定价 对旧金山海湾和洛杉矶地区的不同收入群体的影响【1 8 】。 收费模型改进方面，t a u c h i ( 1 9 9 3 ) 在一条含瓶颈的公路旁边加上一条并行的公交 路线，研究不同收费体制下两种交通方式之间的竞争；w i e 和t o b i n ( 1 9 9 8 ) 建立了 两类动态收费模型，分别用于需求固定和需求波动较大的两类交通网络【2 0 1 ；a r n o t t 等 ( 1 9 9 9 ) 研究了拥挤收费条件下多条并行路径网络中的无论是模型设计还是操作均是 十分困难的，有些学者尝试寻找一种不需进行收入再分配的改善方案【2 1 1 。 拥挤收费理论与其它领域知识的结合：l e v i n s o n ( 2 0 0 5 ) 利用博弈论研究拥挤的发 生和拥挤收费的作用，从微观基础的角度发展了拥挤理论和拥挤收费理论【2 2 1 。通过博 弈发现，拥挤的发生由相关参与者先到达、后到达和行程延误评估决定，拥挤收费可 被看作是一种成本最小化的合作机制。 2 国内研究状况 我国开始拥挤收费研究较晚，从上世纪9 0 年代至今不到二十年的时间，在收费模 型改进和社会福利影响分析方面取得了些进展。最具代表性的是杨海和黄海军 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 ( 1 9 9 7 ，1 9 9 8 ，2 0 0 0 ) ，他们运用最优控制理论对弹性需求下的瓶颈收费模型进行了研 究，将边际收费原理推广至一般网络，并在模型中考虑了路段通行能力的硬性约束， 扩展了该理论的应用范围，研究了搭车、h o v 专用线与收费的组合问题 2 3 - 2 5 】。 在定价模型方面，双层规划模型被广泛应用于次优拥挤定价研究中。李志纯等 ( 2 0 0 1 ，2 0 0 3 ) 2 6 - 2 7 】、张华歆和周溪召( 2 0 0 5 ) 2 8 】、陈来荣和张岚( 2 0 0 6 ) 1 2 9 等都分 别建立了双层拥挤定价模型，上层模型以网络净效益最大或网络综合效能最大为目标， 下层为满足不同要求( 包括固定需求、弹性需求或是满足多模式交通网络) 的随机用 户平衡模型，并设计了启发式算法或遗传算法进行求解。李星和刘灿齐( 2 0 0 5 ) 研究 了道路使用者个人时间价值的大小已知和未知两种情况下，分别以弹性需求网络平衡 的f r a n k - - w o l f e 算法和一般网络上的尝试实验误差法确定收费费率的方法【3 们。这些模 型和方法将复杂的拥挤定价问题大大简化。 对于拥挤收费影响，王健等( 2 0 0 3 ，2 0 0 6 ) 采用多项l o g i t ( m n l ) 模型和广义选 择l x ：画t 模型分析了拥挤收费导致出行者效用函数变化所引起的交通需求结构变化；并 研究了拥挤收费与公交优先的结合，设计了基于财政补贴和环境保护的拥挤定价下的 公交收费策略 3 1 - 3 3 】。黄绪明( 2 0 0 5 ) 应用垄断博弈、斯坦尔伯格博弈、库罗特博弈来 分析道路管理者与出行者之间的博弈行为，得出斯坦尔伯格博弈下的收费方案能更好 的扩大社会效益、减少交通流量的结论【3 4 】。 此外，崔智涛和霍娅敏( 2 0 0 6 ) 分析了交通拥挤产生的原因及其外部成本产生的 机理，在此基础上构建了一定城市规模下交通拥挤所带来的外部成本的计量公式【3 5 】。 何胜学( 2 0 0 5 ) 利用路段交通流量、交通密度及交通空间平均速度的关系，给出了基 于交通载量及交通密度比的拥挤收费定价公式，通过建立路段社会总收益函数，分析 交通路网供需特性，确定拥挤收费起点【3 6 】。 同时，还有不少学者总结了伦敦、新加坡等地的拥挤收费经验 3 7 - 3 8 】，研究了北京、 上海等地拥挤收费实践的方案、存在的困难及相应的对策1 3 9 4 1 1 。 1 2 2 实施拥挤收费的成功案例 1 新加坡【6 1 新加坡于1 9 9 7 年引入电子道路收费系统，中心区的收费时段是7 ：3 0 1 9 ：0 0 ，明显 减少了高峰时期进入中心商业区的车辆，车辆总数下降了3 0 ，小汽车在高峰时期内 下降了6 0 以上，使得中心区域的车速提高了3 0 以上，另外节能效益也十分可观， 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 同时还减少了交通污染。新加坡是实施交通拥挤收费措施最成功啦国家之一，无论政 府与公众都在这项政策措施中受益，得到了很大的实惠，也给经济的发展带来很大的 推动力和新的活力。 2 伦敦【8 】。 早在1 9 9 1 年前伦敦就开始了实施一项道路交通拥挤收费可行性分析和研究的项 目，这一项目的研究长达五年之久，最初的工作主要集中在技术开发和政策支持层面 上。2 0 0 3 年该城市正式开始实施交通拥挤收费：在伦敦城市中心区内进行拥挤道路收 费，收费时段在7 ：0 0 18 ：3 0 之间。收费采取月通行证手段，通行证可以方便地从自动 销售机、报刊亭、邮局等零售点购买，同时，该方案还制定了详细的管理、监控和惩 罚措施，对违规违章操作的车辆进行惩罚。伦敦的拥挤收费措施使得该城市的交通量 下降了2 0 3 0 ，车速提高了1 0 1 5 ，每天约有2 0 0 0 0 人开始转乘公共汽车。同时 该策略的实施积累了大量可用于改善公交服务和其它交通设施的建设资金。并且，从 伦敦的收费经验中可以得出，交通拥挤收费能使公交的出行份额提高2 0 以上。 3 韩国首尔【6 】 2 0 0 3 年，城市道路拥挤收费政策开始在首尔的市中心实行，收费对象是从高速公 路上进入市中心区域的私人小汽车和出租车进行收费，收费时段主要是在早高峰( 0 7 ： 0 0 0 9 ：0 0 ) 和晚高峰( 1 7 ：0 0 - 1 9 ：0 0 ) 。首尔在实施交通拥挤收费的同时降低收费时 段的公交票价并加开班车，积极鼓励使用大乘载量的公共交通方式。这种做法大大地 缓解了中心区的交通压力，使得进出市中心的私有车辆减少了五分之一左右，取得了 很好的效果。 以上是实践中取得成功的例子，然而，在实践中同样也存在不成功的例子如吉隆 坡，该国家在实施对城市道路进行拥挤收费后，涌现出了很多无法解决的社会问题和 经济问题甚至政治问题，最终不得不被迫解除拥挤收费的措施。一个城市是否实施交 通拥挤收费应该将其放在这个城市历史发展的大背景下探讨，将城市重新规划、城市 交通基础设施扩张的成本与城市道路交通拥挤的成本纳入到同个范畴内进行讨论。 也就是说拥挤收费必须从城市的实际情况出发，做充分的调查研究、制定详细的计划 才能使得拥挤收费措施获得成功，同时也不能离开科学指导，从马克思哲学的原理出 发，从实际出发。我们很清楚的知道实践都离不开科学的理论的指导，离开了理论的 科学指导，实践将会成为一种盲目的行为，其结果将是走向失败。 虽然国内外许多专家学者在城市道路拥挤收费方面做了许多的研究工作，但是这 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 些研究有一定的局限性，因此本文意在拥挤收费的定价、实施等方面做出一些有益的 探讨，重点在定价理论、技术实现和配套措施方面作一些新的尝试和研究。 1 2 3 存在的问题 城市道路拥挤收费理论正在不断发展和完善中，尤其收费理论模型日趋成熟，但 是，纵观目前的研究成果，仍有一些地方有待迸一步探讨研究： ( 1 ) 城市道路拥挤收费的定价理论研究有待进一步深入，还可以将更多的经济学 理论和出行行为影响因素引入到拥挤定价中来，重点是确定具体费率的依据和方法。 这也是本文将着重研究的问题。 ( 2 ) 要实施交通拥挤收费不仅需要制定合理的费率、合适的对象、确定相应的收 费范围等，还需要相应的辅助措施，但缺少这方面的研究，所以本文就加大宣传提高 群众的支持、加大投资提高公共交通的服务水平、提高智能交通覆盖率等方面进行探 讨。 1 3 论文的研究内容和结构 论文的主要内容包括： 第1 章绪论 简述了城市道路拥挤收费产生的背景和意义，综述了目前国内外关于拥挤收费理 论的研究现状和实施的成功案例，以及存在的主要问题，阐述了论文的主要工作和结 构组织。 第2 章大城市道路交通拥挤及收费综述 首先对拥挤的界定和判别给出相应的介绍，然后从道路设施的特性和交通系统与 土地利用的相互关系对拥挤的成因进行深入的探讨。进而论述了拥挤收费的概念、原 因、意义以及实施交通拥挤收费的硬、软件条件。 第3 章交通拥挤收费的理论基础 在这部分内容中，将对交通拥挤收费的内涵和分类进行详尽的论述，并对目前已 经比较成熟的静态拥挤收费理论和动态拥挤收费理论进行定性的描述、定量推导以及 分析其局限性。 第4 章交通拥挤双层规划模型 首先介绍了双层规划模型的内涵、模型、适用范围以及分析了优于传统规划方法 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 的地方。然后说明了交通拥挤收费问题是一个典型的双层规划问题，并回顾了已有的 比较成熟的双层规划模型固定需求和弹性需求的双层拥挤模型。在此基础上，建 立了基于方式划分和交通分配组合的双层拥挤模型，并介绍了基于步长加速法和惩罚 函数法的直接搜索算法计算模型。 第5 章大城市交通拥挤收费系统及实施的保障措施 根据上面几章的分析，阐述了交通拥挤收费系统组成要素的确定，并提出实施交 通拥挤收费策略的保障措施。 第6 章是全文的结论和展望部分。 全文的结构框架由下图所示： 图1 1 论文的研究框架 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章城市交通拥挤及收费综述 2 1 交通拥挤 2 1 1 交通拥挤的定义 交通拥挤，即为道路交通需求超过道路通行能力，导致车辆进入排队状态，出现 交通阻塞的现象。国际上对于道路交通拥挤的定义还没有一个统一标准，但常见的提 法有以下几种【4 2 】： ( 1 ) 当交通需求超过了道路上交通容量最小地点( 瓶颈) 的交通容量时，来自上 游的交通需求中超过了容量的那部分将无法通过瓶颈，在瓶颈处形成等待行列，这种 现象即为拥挤( 通用定义) 。 ( 2 ) 3 0 或更大的车道占有率持续5 时的交通状态( 美国芝加哥定义拥挤) 。 ( 3 ) 在快速车道上以时速4 0 k m h 以下低速行走或反复停车，起动的车列连续l k m 以上并持续1 5 m i n 以上的状态称为交通拥挤( 日本道路公团对城市快速车道交通拥挤 的定义) 。 ( 4 ) 当出行时间超过交通流量或者自由流的出行环境下正常发生的出行时间、产 生较大的延误时称为交通拥挤，当这个延误超过大众能够普遍接受的界限时称为不可 接受的交通拥挤( 美国德克萨斯运输部定义的拥挤) 。 ( 5 ) 另外，我国公安部2 0 0 2 年公布的城市交通管理评价指标体系中规定，用 城市主干道上机动车平均行程速度来描述其道路交通运行状况： 1 ) 畅通：城市主干道上机动车的平均行程速度不低于3 0 k i n h ； 2 ) 轻度拥挤：城市主干路上机动车平均行程速度低于3 0 k m h ，但高于2 0 k r n h ； 3 ) 拥挤：城市主干道上机动车的平均行程速度低于2 0 知m h ，但高于l o k m h ； 4 ) 严重拥挤：城市主干道上机动车的平均行程速度低于1 0 k m h 。 概念1 是从定性的角度对拥挤进行的描述，由这个概念可以得知发生交通拥挤时会 出现排队，车流处于走走停停的状态。概念2 和概念3 分别运用不同的交通参数从定 量的角度对交通拥挤进行了描述，二者都强调交通拥挤时交通参数达到某个水平并持 续一定的时间，特别是第三个概念还强调在空间上达到定范围时才认定是交通拥挤 状态，这就可以避免将短时、小范围的交通波动误认为是需要外部干预、疏导的交通 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 毫皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇蔓皇曼曼曼鼍曼皇曼皇皇曼皇曼曼m i | i | 一i n ； 一一 一m m m 蔓蔓 拥挤。概念5 只是强调交通拥挤时交通参数达到某个水平，未对持续时间给出明确的 界定。但是，这三种概念都有如下的不足：当交通参数达到某个水平时，尽管可能没 有停车排队，也被认为是交通拥挤。前三个概念和第五个概念的出发点都是拥挤发生 时交通流本身表现出来的特征，而没有考虑交通参与者的心理感受和交通管理者的工 作重点。 由于交通拥挤本身就是一个感知量，既受道路上车辆多少的影响，也受到人们心 理承受能力的影响。对于相同时间相同等级道路上的相同交通流量，不同城市的出行 者会有不同的感受，不同城市的交通管理者也会采用不同的措施。而概念4 从出行延 误的角度给出的交通拥挤概念是比较合理的，能够比较全面地反映交通拥挤的综合特 性。特别是对不可接受的交通拥挤的提法，更能够体现交通运输设施类型、出行模式、 地理位置和时段以及人们心理感受等方面的差异。 2 1 2 交通拥挤的成因 城市道路交通拥挤的产生原因从表面上看主要是由于：经济飞速增长，城市化 进程加快，小汽车拥有量急剧增加，交通需求量增大；交通结构不合理，交通方式 比例失衡，常规公共交通发展缓慢；道路基础设施建设相对落后，交通供给远远不 能满足交通需求；交通管理技术和手段滞后，出行者的安全和法律意识淡薄；城 市功能布局存在缺陷，土地利用不合理等。本质上却是主要由于两个方面：一是城市 道路设施的准公共物品特性，二是交通系统与土地利用的相互关系。 1 准公共物品特性决定了拥挤的必然性【4 3 】 经济学中把物品分为私人物品和公共物品。私人物品在消费上具有两个特点：第 一，竞争性，如果某人已消费某个商品，则其他人就不能再消费该商品了；第二，排 他性，对商品支付价格的人才能消费该商品。而公共物品是不具备消费竞争性的商品， 即任何增加对这些商品的消费并不会明显降低其他人可能得到的消费水平。如果某公 共物品同时还不具备排他性，即无法排除一些人“不支付便消费，则称之为纯公共物 品。否则为准公共物品。交通运输基础设施在本质上是公共物品，但是它们也不同程 度地具有些私人物品的属性。 一方面，城市道路设施具有很强的公共物品属性，体现在：第一，城市人口日常 出行都要利用城市道路资源，城市道路是被重复利用率最高的基础设施；第二，各条 城市道路经常组成平面交叉与立体交叉相互连接、错综复杂的交通网络，虽然每条道 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 路在城市交通中起着不同的作用，但是又是相互联系的，往往牵一发而动全身；第三， 城市道路一般是由政府直接进行投资、建设、管理的，资金也般来源于政府财政， 人们对道路的使用不会有成本上的考虑，无需对道路的使用效率负责，更无需考虑道 路的资金回收、养护以及再生产等长期问题。城市道路的产权不会也不能得到确定， 自然地被人们认为是种纯公共产品。 但同时，城市道路又具有不同于纯公共物品的排他性和竞争性。在一定的路网容 量下，个人出行不会影响其他人对道路的使用。一般来说，驾车出行者只需付出“购 置、维护车辆的费用 、“燃料费用”和“出行时间价值”即可。然而一旦超过路网容 量临界点，非竞争性就会消失，拥挤就会出现。当人们从私人动机出发争夺道路资源 时，道路资源倾向于被过度利用，最终导致任何利用它的人都无法得到优良的交通环 境。同时，人们在利用城市道路时虽可自由使用，但也有一定的排他性，被一个车辆 占用的道路时空资源不能同时被另一车辆使用，一旦过多的车辆争夺有限的免费道路 资源，必然形成供不应求的等待。因此，城市道路交通设施属于准公共物品，这决定 了在超过限制容量的情况下过度使用必然形成交通拥挤。 在发生交通拥挤的情况下，对于每辆额外驶入拥挤道路的车辆来说( 即最后加入 路段的几辆车) ，他不仅增加了自己的时间成本，也减缓了所有道路上已有车辆的正常 行驶，并加重了系统的负担( 污染等) ，对路段上全体用户的影响费用是远远大于他们 所意识到的，即需求量和供给量没有形成平衡。这样，道路上每增加一个出行单位都 会使整个道路系统中的其它用户的利益受损。然而，用户( 车主) 总是根据自己的判 断来决定出行决策。用户之所以坚持出行，是因为他们仅仅支付了自己的平均可变成 本。而并没有支付他们给其它用户所带来的“外部不经济 ，即用户没有支付其全部的 出行成本。 2 交通与土地利用关系决定了拥挤的必然性【4 3 交通运输的可达性不同，会形成不同区位巨大的级差地租收益。级差地租指土地 的肥沃程度不同，所处的地理位置不同，以及追加投资的效益的不同，等量土地上投 入等量劳动和资金，所得的收入也不同，条件好的可以获得超利润，这种超额利润就 形成级差地租。交通可达性越高，土地级差效益大，在市中心达到峰值。 城市发展初期，市中心区的繁荣促进经济发展及土地开发，使城市吸引力加，交 通改善，可达性提高，并不断使城市规模逐步扩大。而城市半径越大，通出行距离越 长，城市交通负荷压力就越大，而且越接近市区中心，交通密越大。从土地开发利用 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 的角度来看，人们总是希望土地利用效率越高越好。开发的结果，必然导致出行生成 的增加，从而提出对交通设施的更高要求，交通设施得以改善。然而，随着可达性的 增加，又吸引人们对该地区在人力物力方面的继续投人。这就形成一个“土地开发一 交通改善一城市规模扩大交通负荷加重一加大土地开发和交通改善 的循环过程。 但是，城市的交通设施不可能无限制地增加供给，当土地的开发超过一定度以后， 其所吸引的大量交通量导致某些路段出现拥挤现象，从而使已开发区域由于可达性的 下降，道路逐渐拥挤。开发商对土地效益的追求是无休止的，而交通设施条件改善的 余地是有限的，这就导致了交通拥挤的必然发生。过度的土地开发使整个城市运转效 率下降，在土地报酬递减规律的作用下，最终导致规模不经济现象。因此，城市道路 交通拥挤问题的出现具有一定的然性规律。 2 1 3 我国城市交通拥挤的现状 由中国社科院城市发展与环境研究中心组织编写的城市蓝皮书中国城市发展报 告n o 1 指出，目前中国城市交通面临极大挑战，交通拥挤是大城市中人们感触最深、 影响最大、积怨最多的问题。北京、上海、武汉、西安、广州等大城市，交通拥挤现 象已日趋严重，成为影响城市经济发展的重要制约因素。如北京市区交通繁忙时间每 小时机动车流量超过4 0 0 0 辆以上的路口有9 8 个，超过1 万辆以上的路口有5 2 个，市 区主要干道负荷度已达到9 0 。自8 0 年代以来，中国大城市市区机动车平均时速已由 过去的2 0 公里时左右下降到现在的1 2 公里时左右。在一些大城市中心地区，机动车 平均时速已下降到每小时8 1 0 公里。全国3 1 座百万人口以上的大城市，大部分交通 流量负荷接近饱和，有的城市中心地区交通有时接近半瘫痪状态。我国每年因交通拥 挤造成运输效率低下，致使经济损失达到了数百亿元。 目前我国城市交通拥挤主要表现在一下几个方面： ( 1 ) 主干路段交通拥挤严重 我国大多数城市交通拥挤状况堪忧，主要原因之一就是交通拥挤大部分集中在城 市的主干路段上。以北京为例，三环内1 1 0 条主干路，拥挤现象严重的就占2 3 以上， 从机动车的数量来看，二环上高峰时段的车辆达到了1 1 0 0 0 多辆，三环路车辆最高也 达到了每小时1 4 0 0 0 多辆。其他城市也是样，主干道路普遍处于拥挤状态。 ( 2 ) “瓶颈现象”加剧了交通拥挤 由于人们的认识和水平的局限，对于一些早期交通设施建设及规划不尽合理，导 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 致现有基础设施不能满足人们飞速增长的出行需要。另外，我国是一个拥有5 0 0 0 年文 明的古国，历史遗迹、文化名胜较多，处于对这些文化遗产的保护，间接形成了制约 交通发展的瓶颈问题。西安就是一个很好的例子，钟楼的车辆通行能力已经处于严重 饱和状态。但是因为保护历史文物的关系，这个区域交通拥挤的解决就成为了一个大 问题。 ( 3 ) 城市中心区是交通拥挤最严重的地区 随着环路交通负荷趋于饱和，它对城区道路交通量的分流与“屏蔽”作用也将达 到尽头。以北京为例，据资料记载，1 9 9 6 年，安定门、复兴门、建国门、崇文门等5 5 个路口，西直门到动物园、安定门桥到安贞桥等4 4 个路段在交通流量高峰时均发生恶 性拥挤，情况十分严重。此外，上海市区道路交通的紧张局面主要出现在中心区，尤 其以内环线以内和内环线边缘外侧地区的道路交通问题最为突出，而城市外围地区道 路交通情况较为稳定，运行秩序较好。南昌市区道路交通的紧张局面也主要出现在八 一大道及其周边的中心区内。这样的情况在我国城市十分普遍，已严重影响生产生活， 迫切需要改善。 2 1 4 交通拥挤产生的负外部效应 城市道路交通拥挤给整个社会带来的影响是巨大的，主要体现在【卅： ( 1 ) 拥挤将造成运输资源的浪费和服务水平的降低。大量的运输资源( 包括道路 设施和运输工具等) 在拥挤时间内很难得到高效率的利用，运输服务水平也因为拥挤 而大打折扣。 ( 2 ) 拥挤将增加城市生产生活成本。由于拥挤使得旅行时间增加，从而增加生产 生活的机会成本。 ( 3 ) 拥挤将降低居民生活质量。在拥挤的道路中无论是乘车者还是驾驶员都比较 容易形成焦躁、烦闷的情绪，这种情绪如果不能及时调整延续下来的话，带到工作中 会影响正常的生产，带到生活中影响身体健康。 ( 4 ) 拥挤将增加能源消耗。处于拥挤状态下的车辆较非拥挤状态的车辆消耗更多 的燃料。 ( 5 ) 拥挤将增加交通安全事故的发生。拥挤状态下的车辆和出行者在面对高密度 车流和不断低速、变速的行驶过程时，较易发生安全事故。 ( 6 ) 拥挤将增加交通对环境的污染。拥挤会造成空气污染程度和噪音水平的提高， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 破坏城市环境。 ( 7 ) 拥挤将增加整个社会的经济负担。拥挤路段破坏了整个运输系统的功能，一 方面造成外部不经济，另一方面导致了增加运输投资的需要，加重了政府的财政负担。 ( 8 ) 拥挤将导致社会资源的不公平分配。一般税收所修建的城市道路的大部分面 积被私人小轿车占用，乘坐公共交通的低收入者占用较少，出现低收入者补贴高收入 者的不公平现象。 2 1 5 交通拥挤的量化指数 实际上拥挤总是存在的，同时，随着城市规模、拥挤地点、拥挤时段和拥挤人群 的不同，拥挤的可接受程度也不同。研究交通拥挤程度的度量指标，对于理解拥挤的 本质并遏制拥挤的增长是十分必要的，度量指标为决策者提供了鉴别拥挤原因、决定 缓解措施是否有效的理论依据。因此，综合考虑上述各种因素提出一个交通拥挤指数 的概念十分必要。如果用变量z 表示交通拥挤指数，则它是常规交通参数的函数，即【4 2 】： z ( f ) = f ( v ，s ，0 ，f ) ( 1 1 ) 上式函数中，1 ，表示行程速度，s 表示车头时距，0 表示占有率，f 表示行程时间。交 通拥挤指数z 是一个连续变量，其取值范围为【o ，1 】，z 的不同取值分别对应着不同的 交通状态。其中，当z 趋近1 时，对应非常严重的交通拥挤状态，流量趋近于零；当z = 0 时，对应自由流状态。但当z 的取值介于( 0 ，1 ) 范围内时，交通状态的别识别结果 具有较大的不确定性( 拥挤或顺畅) 。 由于交通拥挤是一个感知量，除了与交通需求和交通供给有关，很大程度上还取 决于人们的心理承受能力。因此，对于不同等级的道路，可以规定不同的交通指数阙 值；对于相同等级的道路，不同地区也可以规定不同的阙值，以体现各地区交通管理 的不同需求。再根据地区交通拥挤指数的大小，确定是否采用交通管理措施以及采取 何种措施。 2 2 交通拥挤收费 2 2 1 交通拥挤收费的概念 城市道路拥挤收费( c o n g e s t i n gp r i c i n g ) 是交通需求管理的一项重要措施，它是指 对特定时段和路段( 区域或是线路) 的车辆实行收费，从时间和空间上来疏散交通量， 减少繁忙时段和繁忙路段道路上的交通负荷的一种交通需求管理措施4 3 1 。它的实质是 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 利用经济学中的价格机制来对交通需求加以调节和限制，使交通系统处于最优的拥挤 状态( 既不是完全消除拥挤，也不是处于过度拥挤的状态) ，从而达到道路空间资源被 充分利用，社会效益实现最大化的目的。 2 2 2 交通拥挤收费的经济性原理 拥挤收费的直接原因是政府希望用经济手段来缓解城市交通的拥堵，并通过由此 带来的交通量减少来降低交通事故的发生、环境的污染和能源的消耗；但其实质是将 拥挤带来的负外部效应内部化。 外部效应是指在相互联系的经济单位之间，一个经济单位对其它经济单位产生影 响，而该单位又没有根据这种影响从其它单位获得报酬或向其它单位支付赔偿4 6 1 。外 部效应有积极的影响( 正外部效应) 和消极的影响( 负外部效应) 。拥挤状态下车辆队 列的制约性、延迟性和传递性，使得每一车辆的运行状态都被其前面车辆的运行状态 限制，从而引起运行成本( 表现在运行时间、燃料消耗等方面) 的增加；每一车辆都 制约了其后所有车辆的运行状态，加大了其他车辆的运行成本，减少了其他车辆使用 该交通资源的可能性【4 6 】。道路交通拥挤的负外部效应就表现在由交通密度增大引起的 行车时间、交通事故、噪音和污染的增加上。交通拥挤收费正是用于抵消这部分没有 得到使用者成本补偿的负外部效应。 通过经济学中的供需平衡和边际概念可以更清楚地说明拥挤收费问题。拥挤道路 上行驶的用户感知并支付的仅仅是燃油消耗、维修保养、时间节省等个人成本，而社 会成本还包括拥挤带来的一系列影响( 时间延长、低速油耗、环境污染、交通事故等) 。 由于个人成本远低于社会成本，致使社会福利损失，道路使用资源配置发生扭曲，因 此应通过实施拥挤收费进行调节。 2 2 3 交通拥挤收费的目的 拥挤收费的目的是在一定的交通供给规模下，控制交通需求的总量，抑制不合理 的交通需求。通过对拥挤区域或拥挤路段征收一定的拥挤费的手段，使得交通需求在 时间和空间以及方式上再分配，实现交通供给和交通需求在定时间内的平衡，保证 城市交通系统有效运行，让客货出行迅速、安全的到达目的地，缓解城市交通拥挤， 改善城市生态环境和居民生活环境质量，尽可能大的回收城市交通和交通基础设施建 设的成本，实现社会净效益最大。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 皇皇曼曼曼曼! 量鼍鼍曼量曼皇曼皇蔓鼍- - ：- - ：- - ：i l l ：i ： _ i i 曼曼量曼曼曼 2 2 4 实施交通拥挤收费的意义 交通拥挤收费的作用和意义主要体现在以下几个方面【4 5 】： ( 1 ) 改变交通结构，向可持续交通模式迈进。 城市交通方式按照服务对象的不同可以划分为公共交通与非公共交通( 私人小汽 车、摩托车、自行车等) 。各种交通方式具有不同的技术经济优势，并且人均占用道路 面积不同，在造成城市交通拥挤、堵塞中所起的作用大小不同。 目前，我国的城市交通结构不尽合理。同国外一些大城市相比较，城市公共交通 在客运交通中所占的比例过低，而小汽车、自行车、摩托车的出行比例却较高，并且 小汽车的空载率也非常高，这对城市道路造成了很大的浪费。因此，改变出行者的交 通方式，使更多的出行者选择公共交通，减少城市道路时空消耗，应该成为道路拥挤 收费的目标之一。 ( 2 ) 拥挤收费区域交通状况的改善。通过对出行需求的控制可以缓和交通供求紧 张关系、降低交通拥挤程度； ( 3 ) 促进城市公共交通需求量的增加。针对小汽车的拥挤收费会促使一部分出行 转向成本低廉的公共交通，形成合理的交通方式结构； ( 4 ) 为提高城市公共交通服务水平提供资金支持。拥挤收费收入虽是副产品，但 其取得的大量资金可以更好的用于公共交通设施的改善和服务水平的提高； ( 5 ) 拥挤收费区域停车需求的缓解。拥挤收费会使所控制的小汽车数量减少，同 时也会带来停车需求的减少； ( 6 ) 减少拥挤带来的各种负面影响。通过降低拥挤的程度可以减少环境污染、能 源消耗、时间延误等各种负外部影响。 ( 7 ) 增加财政收入。交通拥挤收费不仅可以缓解道路拥