（系统分析与集成专业论文）城市道路交通供需非均衡模型研究及应用.pdf

城市道路交通供需非均衡模型研究及应用 研究生：殷英导师：陈森发( 教授)东南大学 摘要 随着城市化和机动化进程的加快，城市道路交通供给与需求的矛盾日益突 出，直接导致城市道路交通问题的产生，制约社会经济水平的发展。因此，有必 要对城市道路交通供需非均衡问题进行研究。 本文以经济学中的非均衡理论为理论基础，提出道路交通供需的非均衡观 念，应用自组织理论和蛛网理论揭示道路交通供需非均衡的演化规律。在研究和 分析城市道路交通供需特性的基础上，建立宏观层次上的道路交通供需非均衡模 型，来分析道路交通供需的非均衡问题。另外，鉴于城市群是城市发展的趋势， 本文所指的城市不仅仅指单个城市，也涵盖城市群。 但是道路交通供需非均衡模型仅仅从量的角度研究道路交通供需的非均衡， 不能具体反映与揭示道路供需的地域空间分布上的非均衡。因此，本文应用重力 模型，根据道路交通供需非均衡模型的估算结果，分析道路交通供给量和需求量 的地域空间分布，更直观地反映城市道路供需在空间上的非均衡。 最后本文以南京都市圈为例，根据道路交通供需非均衡模型和空间重力模型 对其道路客运供需状况实证分析，为南京都市圈的道路交通规划建设提供依据。 关键词：城市道路交通交通供给交通需求耗散结构蛛网理论非均衡模型 地域分布 r e s e a r c ho uu o u e q u i l i b r i u mm o d e lo fu r b a nr o a d t r a n s p o r t a t i o ns u p p l y - d e m a n da n di t sa p p l i c a t i o n a u t h o r ：y i ny i n gt e a c h e r ：p r o f c h e ns e n - f as o u t h e a s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t w i t ht h es p e e d u po ft h eu r b a n i z a t i o na n dt h em o b i l i z a t i o n ，t h ed i s c r e p a n c yt h a t t h eu r b a nr o a dt r a f f i cs u p p l yc a n t s a t i s f yt h ed e m a n di sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l y o b v i o u s i tr e s u l t si nu r b a nt r a f f i cp r o b l e ma n dr e s t r a i n st h ed e v e l o p m e n to fs o c i a l e c o n o m y s oi ti se s s e n t i a lt ot a k er e s e a r c h 蛐t h en o n - e q u i l i b r i u mp r o b l e mo fu r b a n r o a dt r a f f i cs u p p l y - d e m a n d i nt h i sa r t i c l e ，i tp r o p o s e dt h en o n - e q u i l i b r i u mi d e aa b o u tt h er o a dt r a n s p o r t a t i o n s u p p l ya n dd e m a n d ，r e f e r e n c i n gt h en o n - e q u i l i b r i u mt h e o r yi ne c o n o m i c s a n d s e l f - o r g a n i z a t i o na n dc o b w e bt h e o r yi ne e n n o m i c sa r eu n i f i e dt or e v e a lt h e d e v e l o p m e n tl a wo f t h es u p p l y - d e m a n dn o n e q u i l i b r i u m t h r o u g ha n a l y z i n gt h e c h a r a c t e r i s t i c so f u r b a nr o a dt r a f f i cd e m a n d s u p p l y , i tc o n s t r u c t e dt h er o a d 。 t r a n s p o r t a t i o ns u p p l y - r d e m a n dn o n - e q u i l i b r i u mm o d e lt or e s e a r c ht h en o n e q u i l i b r i u m p r o b l e m b e s i d e s ，s i n c et h eu r b a na g g l o m e r a t i o ni st h et r e n do f u r b a nd e v e l o p m e n t ， t h eu r b a ni nt h i sa r t i c l em e a n tn o to n l ya c i t yb u ta l s ou r b a na g g l o m e r a t i o n b e c a u s et h em o d e ls a i da b o v e ，j u s t r e f l e c t i n gt h en o n - e q u i l i b r i u mp r o b l e mi n q u a n t i t y , c o u l dn o tp r o m u l g a t et h ep r o b l e mi ns p a c ef l o w , t h eg r a v i t a t i o nm o d e li s a p p l i e dt oa n a l y s i ss p a c ef l o w so ft h er o a dt r a n s p o r t a t i o ns u p p l ya n dd e m a n d a tt h ee n d ，u s i n gt h em o d e li n t r o d u c e di nt h ea r t i c l et oc a r l ) , t h er e a la n a l y s i so n t r a n s p o r t a t i o nd e m a n d s u p p l yo fn a n j i n gm e t r o p o l i t a nc o o r d i n a t i n gr e g i o n k e yw o r d s ：u r b a nr o a dt r a f f i c ，t r a f f i cs u p p l y , t r a f f i cd e m a n d ，d i s s i p a t i v e s t r u c t u r e ，c o b w e bt h e o r y ，n o n e q u i l i b r i u mm o d e l i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：礁叁日期： 1 一管，| ， o 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：礁筵导师签名期：罂监 2 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 城市道路交通在国家经济社会发展中具有重要地位和作用，完善道路交通系 统，是实现城市经济社会可持续发展的重要保证“1 。随着经济的迅速发展，我国 的城市规模和经济建设都有了飞速的发展，城市化水平日益提高，大城市常住人 口越来越密，流动人1 3 大幅度增加，机动车迅猛发展，人员出行和物资交流频繁， 而道路交通设施却增长缓慢，给城市的交通体系带来巨大的压力。当前，交通拥 堵这一世界性的大城市通病也正在中国大多数大城市中迅速蔓延，交通污染和交 通事故状况也十分严峻，中国城市道路交通的发展正面临着与其他国家完全不同 的形势和挑战。 ( 1 ) 人口持续向大城市聚集 近2 0 年中国城镇化进程很快，2 0 0 5 年全国城镇人口己达5 6 2 1 2 万人，城镇化 水平达到了4 3 。目前，中国农村富余劳动力高达1 5 亿人。在城镇化过程中， 人口向以大城市为核心的都市圈聚集的特点非常显著。每年都有大规模的农业人 口进入城市生活，与城市道路交通基础设施承载能力形成巨大反差，无论是道路 设施还是公共交通系统，都存在供应能力严重不足的问题。 ( 2 ) 城市机动车数量增长迅猛 中国城市机动化水平还比较低，但增长速度非常迅猛。2 0 0 5 年，全国民用汽 车保有量达n 3 t 6 0 万辆，比上年增长1 5 。其中私人汽车1 8 4 8 万辆，增长2 0 。 特别是主要大城市家庭轿车的增长呈现爆发式增长的势头，汽车已经从昂贵的奢 侈品逐渐成为城市中增长最快的代步工具，年均增长率高达2 0 以上。尽管目前 中国城市人均道路面积与5 年前相比增长了4 8 ，但由丁机动化快速发展、城市 布局形态扩张和城市功能的聚集，使得城市道路交通出行总昔、出行密度、出行 距离大幅度增长，交通拥堵正在中幽大多数大城市中迅速蔓延。 ( 3 ) 土地资源约束严重 中国土地资源十分紧张，人均耕地只有1 4 亩。在满足城i l 】功能的条件下。 可用于道路交通使用的土地资源非常有限。2 0 0 4 年，全吲城巾人均城市用地为 9 0 1 4 m ，人均道路面积仅l o 3 4m 。在今后相当长时期内，城市土地资源不足仍 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 然是城市发展的主要瓶颈。高强度、高密度城市开发模式产生的高强度交通需求， 也将使道路交通供需矛盾进一步恶化。这也迫使我们转变观念，开拓创新，探索 有利于保护土地资源、适应中国国情的新的城市和道路交通发展模式。 城市道路交通问题是城市的一种病灶，也是城市的普遍特征，其已不是交 通领域的内部问题，而是一个广泛的社会问题。目前，国家已确立汽车产业作 为支柱产业。可以预计，不久将来小汽车将步入普通居民家庭，我国城市将面 临更加严峻的机动化挑战和城市道路交通课题。基于此，全面把握和详细剖析 我国城市道路交通问题现状和发展趋势，探索解决我国城市道路交通问题行之 有效的办法，使城市道路交通系统供需协调发展是当前待解决的问题。 1 2 研究问题的提出 1 2 1 道路交通供给现状及发展趋势 ( 1 ) 道路交通供给现状 建国5 5 年来，我国城市建设有了很大的发展。虽然在城市基础设施的认识和 建设上有过失误，但改革开放以来，有了很大的改变，并且加倍投入财力和物力， 以弥补过去的不足，城市道路的发展由此进入了快车道。1 9 9 5 2 0 0 5 年间，我国 城市铺装道路铺装面积由8 9 亿m 2 增加n 3 9 2 亿m 2 ，年均增长率达n 9 8 9 。图卜1 所示为我国城市道路设施建设发展历程。 图l 一1 我国城市道路发展历程 光从绝对数字来看，我国城市道路己达到相当大的规模，似乎略订能满足城 2 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 市交通需求的迹象，但与国外城市道路规模相比，差距明显，城市道路发展依旧 任重而道远。 与国外城市的横向比较。二战以后，随着城市规模的不断扩大和城市机动化 的迅速发展，各国政府普遍认识到城市道路交通在城市发展中的重要，纷纷加大 投资力度，使得西方发达国家城市道路建设规模达到历史新水平。表卜2 所示为 国内外主要城市道路规模水平。 褒l - 2 国内外城市道路规模水平 国家城市道路长度( i ( 1 n )道路面积( 1 0 4 m 2 )人均道路面积( m 2 人) 纽约1 0 3 0 02 0 0 0 02 8 3 美国芝加哥1 1 0 0 01 3 8 0 04 5 9 旧金山4 1 8 11 7 2 02 5 3 东京 1 0 9 1 88 3 6 9l o 3 日本 横滨 8 1 7 84 3 2 61 5 5 大阪 3 8 2 54 7 l l1 4 2 名古屋 5 9 4 01 1 3 02 2 8 德国慕尼黑 2 1 7 41 5 9 01 3 4 意大利 米兰1 3 0 06 3 6 09 6 俄罗斯莫斯科 3 5 0 01 8 8 37 7 北京 2 4 3 31 8 8 33 3 9 中国 上海 9 7 39 8 l1 5 7 广一州 3 9 6 53 7 91 2 2 资料来源：( u 重 ! 姐我1 日大城市道路系统存在问题及其更新改造研究【硕十学位论文j 两安建筑 科技人学，2 0 0 1 4 ：圃外数据为1 9 7 8 1 9 8 1 年，国内数据为1 9 8 2 年。 从表中可以看出，与美闰、f 1 本、意大利、俄罗斯、德国等的大城市相比， 同时期我斟城市道路规模指标普遍偏低。 ( 2 ) 道路交通供给发展趋势 从长远来看，考虑到我国人多地少的王兕象，城市可用f 修建道路的用地是有 限的，不可能出现拥有人量交通用地的情况。以北京为例，其道路用地率的规划 极限在2 5 左右，但即使全部实现也只能满足部分居民使用小汽车。总体说来， 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 今后我国城市道路交通供给依旧难以赶上交通需求的发展。 1 2 2 道路交通需求现状及发展趋势 ( 1 ) 道路交通需求现状 改革开放以来，我国城市社会经济快速发展，对城市交通提出强大需求，从 而推动城市机动化的迅猛发展。1 9 9 2 2 0 0 4 年全国的机动车从1 9 4 5 万辆增加至 9 4 9 2 万辆，年平均增长率达到1 4 2 9 ，其中汽车的年平均递增率为1 0 0 4 ，远高 于同期世界汽车保有量3 0 7 的年平均递增水平。同时期，我国私人汽车的发展 非常迅速( 如图卜2 所示) ，已由1 9 9 0 年的8 1 6 2 万辆增加到2 0 0 5 年的1 8 4 8 0 7 万辆， 增加了2 2 6 倍，年均增长2 3 1 7 。 图1 - 2 私人汽车拥有量变化图 从总量上来看，我国机动车拥有量己达到相当大的规模，但人均拥有量仍属 于世界低水平之列，千人拥有机动车仅为8 辆，其中客车干人仅拥有1 辆”。1 ，远 低于经济发达国家，即使在同等经济水平国家中也是相对较低的。 ( 2 ) 道路交通需求发展趋势 进入新世纪，尤其是加入w t o 后，我围处于巨大的历史变革和社会绛济飞速 发展时期。经济发达，人t fj f l ：活水平提高，不可避免的刺激私家车的需求；同时 国家制定了，i 4 三业为支柱产业的政策，再加上我【目的机动化水平并不高。因此， 我固的机动车将处于迅速发展时期。 随着我国社会经济持续增长和城市化进程闩益加快，城市机动车拥有量将增 4 东南大学硕士学位论文第一章绪论 加1 3 2 2 倍，年平均增长率为1 1 一1 3 2 - 4 1 。中国将经历许多东南亚国家己经经历 过的机动车快速发展的过程。 1 2 3 城市道路交通问题的本质 分析道路交通供给和需求的现状及发展趋势可知，在表面上，城市道路规模 和机动车拥有量呈同步增长的趋势，但仔细一比较，我们可以发现两者的增长幅 度存在明显差距。如表1 3 所示。 表1 - 3 我国城市道路与机动车辆发展情况 道路情况 1 9 9 0 矩 2 0 0 5 年增长倍数年均增长率( ) 道路面积( 1 0 4 m 2 ) 8 1 9 6 03 9 2 1 6 54 7 89 8 9 道路长度( 1 ( 1 1 1 ) 9 4 8 2 0 2 4 7 0 1 4 9 2 6 1 5 8 1 民用汽车拥有最( 万量) 5 5 1 3 63 1 5 9 6 65 7 31 1 3 8 私人汽车拥有量( 万量)8 l _ 6 21 8 4 8 0 72 2 6 42 2 6 7 从1 9 9 0 年一2 0 0 5 年，我国民用汽车和私人汽车的增长率远远超过城市道路长 度和面积的平均增长率。城市道路交通供给难以满足快速增长的交通需求的需 要。 从整个城市道路交通系统的运行来看，交通供给不能满足交通需求，必然导 致城市道路交通系统承担过多的机动车辆，以使城市道路交通系统服务水平下 降，出现交通拥挤，交通环境污染，交通事故增多等城市交通问题。毋庸置疑， 当前我国城市道路交通问题的本质可以归结为城市道路交通供需失衡。基于以上 考虑，标本兼治城市道路交通问题需从城市道路交通供给和交通需求入手，寻找 两者的均衡，最终经过调整实现供需均衡，这正是本文研究的初衷。 1 3 研究目的和研究意义 1 3 1 研究目的 本文属1 ：教育部博 ：点基金资助项目的课题研究，主要研究目的在于：自组 织理论结合蛛网理论来揭示道路交通供需非均衡的演化规律，构建城f 盯道路交通 供需非均衡模型，估算交通供给和交通需求的实际值，枪验道路交通供需是否处 于均衡状态，确定供需非均衡方向及其发展趋势，分析城市道路交通规划建设合 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 理方向和供需调整对策，使道路交通地域空间网络建设与交通需求空间发展方向 达到一致，为城市道路交通可持续发展提供科学依据，并为城市道路交通规划理 论添砖加瓦。 另外，随着城市道路交通的迅速发展，城市从单中心转变为多中心实现了空 间的拓展，主城区发生了明显的聚集和扩散效应，建成区不断扩大，逐步与周边 的组团城市连为一体，形成广义上的城市，即城市群。因此，本文所指的城市并 不仅仅局限于单一的城市，也包括城市群。 1 3 2 研究意义 不同的城市具有不同的社会、经济特征，形成了不同的运输、服务和市场， 从而提出了不同层次的交通需求，总体上主要是城际问、城乡间和城市内的交通 需求日益突出。因此，估算道路交通的实际供需量及分析其地域分布就被赋予了 现实意义。道路交通历年的实际供给量和需求量，为分析交通地域空问分布提供 依据，地域空间分布考虑城市道路交通供给和需求分布的变化，从理论上指导与 该变化相适应的道路交通网络的规划和建设，促进城市道路交通网络中各条道路 的衔接合理，实现一体化服务。 合理有效的城市道路交通网络，为各个城市贡献区位优势，为城市经济竞争 力的提升奠定物质基础、创造良好的外部条件。而要设计一个满意的道路交通网 络，道路交通供需非均衡分析及地域分析就成为必然。这是因为非均衡分析及空 间分布分析，可以提高观察的有效性、研究的解释力度和操作的有效性。况且进 行城市道路交通分析，还可以针对性改建新建道路，调整城市道路网功能，提高 城市道路交通供给能力。 1 4 国内外研究概况 1 4 1 国外研究概况 均衡与非均衡的概念汁先m 现于西方经济学界。均衡理论基础足用市场商品 价格描述西方幽家市场供求关系，幽绕均衡价格展厅 t 论，依靠价格凋牡使供给 和需求相等。继均衡的概念之后就足非均衡思想的出现。经济学家经过长期的探 索提出的均衡理论，极大的丰富了经济学文库，i 刊时均衡思想及非均衡思想也逐 东南大学硕士学位论文第一章绪论 渐外延渗透到其他领域。 大多数城市道路供需的研究是以均衡论为基础。代表性的如城市交通模型系 统( u r b a n t r a n s p o r t a t i o n m o d e l i n g s y s t e m ，简称i j t m s ) ，它首先预测交通需求， 进而确定交通规划方案，试图使规划期未的交通供给等于交通需求，实现交通供 需均衡。但是，结果往往造成资源的浪费。在整个市场供需中，均衡状态为一特 定点，除此之外，市场供需关系均处在非均衡状态。 2 0 世纪8 0 年代，c a r e y 在研究网络均衡的最优化模型及其对偶形式时，第一 个采用了“价格”( p r i c e ) 和“数量”( q u a n t i t y ) 术语，遗憾的是他并没有运周 非均衡理论分析问题。c a r e y 模型中的“价格”和“数量”是同一个变量，都是 表示交通流量，只不过前者是后者的对偶形式而已0 1 。2 0 世纪9 0 年代起，交通运 输领域中的各种非均衡现象开始引起学者们的关注。g a n j a li z a d e h 和f i r e s z 通过 分析交通信息对出行路线的影响，研究了逐日间( d a y t o d a y ) 网络流从一个非均 衡状态向另一个非均衡状态转移的过程，提出了非均衡网络设计的思想”1 。之 后，s h a h 和f i r e s z 对非均衡网络设计进行了更深入的研究和总结“1 “。z h a n gh 磷 提出了非均衡交通流理论和模型，并对模型解的结构特性进行了研究1 “。 1 4 2 国内研究概况 国内对非均衡理论研究起步较晚，八十年代未开始进行，九十年代进展较快。 中国的经济学者厉以宁等在西方均衡理论的基础上，给出非均衡以如下解释：“非 均衡是指不存在完善的市场和灵敏的价格体系条件下所达到的均衡”。深圳大学 的胡传机在其著作中阐述了静均衡和动均衡、平衡态和非平衡态的辩证统一思 想。目前，城市道路交通供需的研究主要基于均衡理论，基于非均衡理论的研究 及著作并不多。 施欣在交通运输发展的均衡与非均衡分析“”论述了交通运输供需的均衡 与非均衡，指出“均衡”状态实质上是一种理想态或目标态的东西，实际运行过 程中，系统一般都处于1 f 均衡态；吴宝玉、刘巍在论非均衡模镬的建立中应 用非均衡模型的建模方法建立了交通供需的非均衡梭型，并对某时期公路客运市 场进行均衡检验，找出市场趋- 丁均衡的条件，作了今后该市场供给与需求的预测。 国内对非均衡交通舰划研究比较多的是长沙理工大学的黄中祥教授“。”1 ，他主 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 要将经济学的非均衡理论应用在交通规划中。这类非均衡问题与经济学瓦尔拉斯 均衡理论对应，主要研究将非均衡理论及其分析方法应用于交通规划中的需求预 测和交通分配方面。李作敏、黄中祥等在非均衡交通需求预测中以非均衡理 论为基础，认为出行市场( t r a v e l - m a r k e t ) 中非均衡具有普遍存在性，从总体上分 析、预测交通需求，在预测中认为交通供给量等于现实运量，测算交通需求量。 黄中祥、贺国光、刘豹在非均衡交通规划初探中根据非均衡理论及相关研 究成果，提出了非均衡交通规划的思想。同时还提出了非均衡交通需求预测的思 想，并将非均衡价格数量调节行为原理引入到传统的用户路线选择行为之 中。 当前，我国城市道路交通供需的研究中，存在以下一些问题： ( 1 ) 城市道路交通问题的解决缺乏系统的观点，往往是“头痛医头，脚痛医 脚”不能从根本上寻找原因，做到标本兼治； ( 2 ) 城市道路交通建设的指导思想仍处于“追随型”的框架下，在制定建设 目标时，较少考虑交通供需的总体情况，未能有效的促使城市道路交通的合理发 展； ( 3 ) 各城市在研究道路交通供需时，所得结果只是量的平衡，未涉及交通供 需地域空间分布的宏观研究，不能从本质上保证城市道路交通发展的合理性； ( 4 ) 各城市在研究城市道路交通问题时，未能充分分析各影响因素的关系和 相对重要度，所作的对策缺少逻辑性和层次性； ( 5 ) 对城市道路交通供需的状况只是定性的说明交通供需不平衡，且交通供 给小于交通需求，缺少定量研究。在规划城市道路的建设时，把运输量作为城市 道路供给能力，从而忽略了运输市场的摩擦。 本文在前人研究的基础上尝试以非均衡理沦为理论基础朱研究城市道路交 通的供需问题。 1 5 论文的主要内容及框架 1 5 1 研究内容及框架 本论文涉及从理论研究到理论应用的过程，主要研究内容如下： 第二章论述分析道路交通供需非均衡的内涵、层次等一主要阐述道路交通运 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 输市场的均衡与非均衡性。在此基础上，从研究对象和研究目的的角度探讨道路 交通供需非均衡的层次性，并且讨论了各层次间的关系。最后应用自组织理论和 蛛网理论揭示城市道路交通供需非均衡的演化规律。 第三章论述道路交通供需非均衡模型一首先分析城市道路交通的空间分布 模式、发展态势、需求层次和道路交通需求特性，在此基础上研究城市道路交通 需求的影响因素，建立道路交通需求模型；阐述道路交通供给能力的内涵，通过 分析道路交通供给的特性，重新定位道路交通供给概念，以明确研究对象，并探 索城市道路交通供给的影响因素，建立道路交通供给模型。分析运输市场的特性， 设定交易方程，根据供给模型、需求模型和交易方程构造供需非均衡模型。 第四章论述道路交通供需地域空间分布一在分析道路交通的供给慢变性和 需求快变性的基础上，提出道路交通运输的空间网络的建设是造成供给慢变性的 原因。引进静力学中求重心的方法测算城市道路交通供需量的空问分布，作为调 整道路交通供给的依据，即道路运输网络的建设，使交通供给量的分布趋势尽量 与交通需求量的趋势重合，实现道路交通供需的空间均衡。 第五章进行了实证分析一应用建立的道路交通供需非均衡模型对江苏省南 京都市圈的道路交通客运供需进行实证分析。 本文总体的研究框架如下图卜3 所示。 9 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 问题的提出( 第一章)道路交通供需空间网络分布 ( 第四章) 城市道路交通问题的本质 几 供给量、需求量的空间分布发展 o 供需非均衡系统分析( 第二章) 非均衡的内涵、层次、规律、关系实例分析( 第五章) 厂 南京都市圈 、i 多 供需非均衡模型( 第三章) 供给、需求、交易方程问题和实践分析 塑里塑些一l 图l _ 3 论文研究框架 1 5 2 研究方法 城市道路交通供需非均衡是一个复杂的社会问题，对它的研究应从各个角度 用多种方法进行。 ( i ) 比较分析法 道路交通供需的非均衡问题即城市道路交通问题，对于所有发达国家和发展 中国家的城市来说都是普遍存在的，只是特点和程度不同而已。本文通过横向比 较法比较我国城市道路交通和国外发达国家的城市道路交通发展状况。通过纵向 比较法，掌握道路交通供给和交通需求发展的历史轨迹，寻找出其变化的原因和 实质，明确未来的发展趋势。通过对比道路交通供给与交通需求，寻找差距，定 位今后的发展目标。 ( 2 ) 系统分析法 系统分析足为了使系统的目标能最好的实现而对系统应如何构成进行的分 析，是一种立足整体，统筹全局的科学方法。城市通路交通足一个多要素、多层 次的系统。为此，道路交通供求非均衡研究必然涉及到多角度多因素，需用系统 分析的方法来解决。本文利用系统分析法全面考虑供需非均衡的影响因素，探索 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 影响因素与非均衡系统的相关关系，避免因单独分析局部影响因素而造成供需非 均衡研究结果的片面性。 ( 3 ) 定性和定量相结合的方法 定性分析是指从道路交通供需的相互关系和相互影响中研究其本质联系，寻 找规律性的方法；定量分析则是指对道路交通供需相互联系的数量关系进行研究 的方法。只有在定性分析的基础上进行定量分析，才能既揭示道路交通供需的本 质联系，又揭示道路交通供需的数量关系。 ( 4 ) 经济学方法 除了一般的系统科学方法，本文还引用了经济学方法：蛛网模型、经济计量 模型。文中将蛛网模型和自组织理论结合起来解释道路交通供需非均衡状态的演 化规律；借鉴经济非均衡计量模型构造道路交通供需的非均衡模型。 ( 5 ) 例证法 “实践是检验真理的唯一标准”。本文运用例证法验证文中提出的理论、方 法、模型的准确性、科学型、实用性。 东南大学硕士学位论文第二章道路交通供需非均衡分析 第二章道路交通供需非均衡分析 只有透彻明白供需非均衡，才能准确无误的解决非均衡问题。城市道路交通 供需非均衡分析的目的在于弄清非均衡的内涵、层次，明确非均衡系统的发展规 律，为下文定性和定量分析解决道路交通供需非均衡问题奠定坚实的理论基础。 2 1 经济学中的均衡与非均衡 均衡与非均衡是一对应用非常广泛的概念，最初被用在自然科学中，后来被 引入经济学等社会科学研究中。 2 1 - 1 经济学中的均衡 经济学中，均衡论认为只要存在均衡价格，就可以使包括运输在内的任何一 种商品的需求等于供给，可以避免混乱而存在经济秩序。这种理论的实质认为一 般均衡不仅存在，而且唯一和稳定。但是市场要达到这种一般均衡状态是要依赖 对价格的瞬时调整和信息的无代价传递才能实现的。这种状态的实现只是瞬时 的，因此，一般均衡状态是脱离实际的，它只是一种时点上的均衡，而不是一段 时期内的均衡。如果硬是要追求每一时点上的瞬时供需最优化，所耗费的代价必 然十分昂贵，有时甚至根本不可能达到，因而瓦尔拉的一般均衡只是一种理想状 态。 2 1 2 经济学中的非均衡 在经济中，非均衡是相对于瓦尔拉均衡而言的。因此，非均衡又被称之为非 瓦尔拉均衡。非瓦尔拉斯均衡分析从一开始就放弃了市场出清假设，将市场出清 看成一特殊情况，这样使其理论更具一般性。非瓦尔拉斯均衡理论认为，完全依 靠价格调整使供给和需求在一切市场、一切时间上都相等的可能性很小，这是因 为价格具有某种程度的纠0 性。交易者在市场上不仅获得了价格信号，而且还获得 了数鼍信号，川此，交易者在市场上既受价格约束又受数毓约束。这种价格数 量混合调节成为非瓦尔拉斯均衡分析方法的基础。 东南大学硕士学位论文 第二章道路交通供需非均衡分析 2 1 3 均衡理论与非均衡理论的比较 将上述两种理论进行比较，进一步分析以非均衡理论作为全文的理论基础的 原因。 ( 1 ) 两种理论的前提假定不同。可以说这一点是造成两种理论区别的根源。 均衡论认为价格具有完全弹性，交易总是在均衡价格水平上发生。而非均衡理论 的分析前提与经济现实更为接近，它认为交易未必总能发生在均衡价格水平上。 非均衡理论放弃了均衡理论不现实的假定，在分析起点上更接近现实。 ( 2 ) 分析方法不同。这一点也与两种理论不同的前提假定有关。在均衡理论 中，分析着重于对均衡的存在性、唯一性进行论证，因此在分析中广泛利用数学 知识来建立模型，与现实不符。而非均衡理论着重于对非均衡经济运行过程的刻 画，主要通过建立模型并运用计量经济分析手段来估计和分析非均衡经济运行。 对于模型的估计方法需要根据具体情况具体分析。 ( 3 ) 在分析对象上也存在差异。均衡理论的分析对象是完全竞争市场，主要 是一种微观经济分析；而非均衡理论将考察对象进一步扩大，主要是宏观分析。 非均衡理论的广泛应用可以说明非均衡理论的现实性更强。 ( 4 ) 政策导向不同。均衡理论认为价格调整是唯一的市场调整方式，经过价 格调整后交易总是发生在均衡价格水平上。因此，在均衡理论中，市场机制的作 用能够得到充分发挥，依靠市场这只看不见的手就可以使经济均衡运行，也就不 需要政府调节。而非均衡理论认为除了价格调整外，数量调整也是一种很重要的 调整方式。如果仅仅依靠价格调整，并不必然使经济趋于均衡。非均衡理论主张 将市场调节与政府调节结合起来，主张在适当的时候需要政府干预。 通过上面的分析，本文得出的结论是均衡理论存在局限性，冈此不适宜作为 本文的理论基础，但是均衡理沦并不是毫无意义的，它是本文进行非均衡分析的 理论参照。 2 2 道路交通领域的非均衡 2 2 1 通路交通领域的均衡与非均衡“” 均衡概念在道路交通运输业是指道路运输系统外部和内部，各种因素各自以 一种“合意”的规模和结构形态组合在一起，使整个系统的总的“合意”供给满 东南大学硕士学位论文第二章道路交通供需非均衡分析 足系统外部的“合意”需求。对于该“均衡”状态，本文认为是一种理想态或目 标态，实际运行过程中，系统一般都处于非均衡态。道路交通运输系统与外部环 境之间以及内部各种运作方式之间，无论是结构上还是规模上都处于非均衡态。 均衡与非均衡是对立统一的，对于这一规律可从以下几个方面来理解： ( 1 ) 按照马克思辩证难物主义理论：物质存在的形式是运动，运动是绝对的， 静止是相对的。道路交通运输系统存在均衡现象是暂时的，非均衡则是持久的， 正是由于使系统处于非均衡的运动之中，才使得系统不断从一个均衡态发展到另 一个新的均衡态，以达到高度化发展的水平。 ( 2 ) 按照系统科学思想：物理学将系统分为平衡结构( 不与外界交换能量和 物质) 和非平衡结构( 远离平衡态的结构) 。后者是开放系统，同外界有着物质、 能量和信息的交换。借助这种交换，系统内部可自发地减少无序性，增加有序性， 以维持自己的存在和发展，成为生机勃勃的“活系统”( 耗散结构) ，这种结构能 自动地产生一种自组织现象，组成系统的各个子系统之间会形成一种相互配合的 系统作用，从而在非均衡之中最终发展形成一种稳定有序的结构( 均衡态) ，并经 一定时间的发展后又形成一种新的有序结构( 新均衡态) 。对于上述有关均衡与非 均衡的论述，我们认为也适合于道路交通运输系统。 2 2 2 道路交通的非均衡性特征 我国道路交通运输呈现一种典型的社会主义持续性非均衡状态一短缺经济 特征。第一，基于资源约束，运力供给严重短缺；第二，价格职能收缩，仅具 有收入的意义，价格调节作用微乎其微。运输价格几十年一贯制，基本丧失了 信号作用；第三，数量信号和数量调节几乎成了唯一的调节机制。市场的数量 调节州表现为：消费者对运输的需求不能满足时，只能等待与排队，目有运输 部门等微观供给主体只对非价格的数量信号做出反应。 改革后，虽然我国运输经济的非均衡程度降低了，资源配置的效率也提高 了，但并未改变我固道路运输的非均衡惟特征。 凼此，无论从经济学相关理论的发展，还是从现实道路交通供需关系来看， 以均衡理论作为研究城市道路交通供需不符合实际，应当考虑采用更具一般性 的非均衡理论作为其基本理论基础。 4 东南大学硕士学位论文 第二章道路交通供需非均衡分析 2 3 道路交通供需非均衡层次划分 非均衡作为道路交通供需的现实状态，构成了本文的出发点。根据研究对象 和研究目的，道路交通供需非均衡可划分成三个层次：宏观供需非均衡、中观供 需非均衡和微观供需非均衡。本文重点研究的是道路交通宏观供需非均衡的内 容。 2 3 1 道路交通宏观供需非均衡 从系统的角度出发，城市道路可以看成一个有机的统一体。城市道路交通在 总体上( 宏观) 的非均衡是指在总量和结构上非均衡，道路交通供给不能满足交通 需求或交通供给超出交通需求，从而无法实现系统的均衡。道路交通宏观供需非 均衡研究的是城市道路交通的总容量和运量结构在可持续发展的约束条件下与 城市道路交通需求是否相互匹配。道路交通宏观供需非均衡的研究目的是确定各 个时期道路交通系统整体上能够容纳的交通总量是否能满足实际的交通需求量， 并确定二者之间的偏差度；为城市道路交通建设提供依据，确保城市道路交通发 展的容量、结构合理性以及其有秩序的协调发展，防止城市道路交通建设超前于 或滞后于城市经济发展，以协调城市道路交通的容量、结构与未来城市社会经济 发展目标下所产生的交通需求之间的关系，引导城市道路交通的合理化发展。 2 3 2 道路交通中观供需非均衡 城市道路交通涉及路网容量、路网等级结构、路网布局结构和交通结构四大 模块”“，由此可知，路网供需非均衡是道路交通宏观供需非均衡在中观层次上的 分解和细化。与宏观供需非均衡相比，道路交通中观供需非均衡的研究范围、研 究对象、内容和日的部有较人的差异。 城市道路交通中观供需非均衡研究的足确定各个时期建成的道路交通系统 整体上究竟能够容纳的交通工具或在各个时期实际交通工具需求下，当时道路系 统的负荷程度和应建舭模足甭满足实际需求。确保城市道路交通嘲络发展的容 量、结构、布局和交通结构的合理性以及其有秩序的协调发展，防止城市道路交 通建设决策和建设布局的随意性与盲目性，协调城市道路交通网络的结构、容量、 布局和交通结构与未来城市社会经济发展目标下所产生的交通需求之间的关系， 东南大学硕士学位论文第一二章道路交通供需非均衡分析 使交通需求在交通网络上呈现时空均匀分布特征，引导城市道路交通的合理化 发展。 2 3 3 道路交通微观供需非均衡 城市路网是由若干局部地区路网相互联系而构成，由此可知，局部路网供需 非均衡是道路交通中观供需非均衡在微观层次上的分解和细化。 道路交通微观供需非均衡研究的是当前设置的局部路网规模、等级结构和布 局结构是否合理。从本质上来说，道路交通微观供需非均衡的研究目的是分析局 部路网容量、等级结构、布局结构的合理性，从而科学规划区域土地利用，以协 调局部交通与土地利用的相互关系，防止区域土地的超强开发。 2 3 4 非均衡层次间的关系 无论从理论上分析还是在实践层面的观察，道路交通供需非均衡的上述三层 非均衡之间存在着多种联系。各层次之间的非均衡具有相互决定、相互独立和可 传递的关系。 ( 1 ) 从宏观角度观察，由于城市道路交通的总量可自上而下涵盖其他层次， 其非均衡可作为微观层非均衡的必要条件，因此，宏观层次的非均衡对中观和微 观层次的非均衡具有决定性的作用。因为第一层次发生非均衡后，中观和微观层 次内部是否均衡已经变得不再重要，由于作为最终目标的第一层次己经偏离了均 衡点，中观和微观层次即使是均衡的，也不具有宏观均衡的意义。 ( 2 ) 从横向的或并列的角度观察，三层次中任一层次，都可以在其他层次均 衡状态下独立地发生非均衡，因此，它们的非均衡具有相对独立性。其基本的原 理在于：王个层次之问的目杯既是统一的，又是有区 l j 的；同时，三层次的行为 主体既需要遵循宏观整体的原则i j 事，又必须为本层次的利益负责。也就是说， 三个层次无论从目标设定还是具体行为过程都会发生差异。例如，第一层次的均 衡目标4 ；一定完全与第二层次均衡目标相符，第二层次的口标也不一定完全与第 三层次相吻合。这就造成了：当某一层次均衡的时候，其他层次t i 能足 e 均衡的。 实践中我们也经常看到这样的情况：高层宏观决策是j f 确的，但具体部门和单位 在实际行为过程中却不断地突破均衡目标，不断产生非均衡。 6 东南大学硕士学位论文 第二章道路交通供需非均衡分析 ( 3 ) 从纵向的角度观察，宏观层次的非均衡可以是微观层次非均衡集聚的结 果。其原因是各层次非均衡之间具有溢出效应和可传递性。即当某一层次产生非 均衡后，它可影响到其他层次的均衡状态，导致其他层次出现非均衡。在实践中 尤其多见的是微观层次向宏观层次传递非均衡的现象：微观层次可将非均衡传递 给中观层次，并由中观层次传递给宏观层次。此时，宏观层次是否均衡，完全取 决于微观层次非均衡向宏观层次集聚的程度。之所以会出现非均衡传递现象，是 因为道路交通供需非均衡层次之间具有内在的联系，单一层次非均衡具有对外的 溢出效应，在本层次非均衡不能得到均衡时，它必然要将非均衡信息传递给其他 层次，尤其传递给宏观层次。而宏观层次也要通过自身的变动帮助微观层次克服 非均衡。结果，宏观层次可能由此出现新的非均衡。当然，一般来说，各层次之 间的非均衡传递过程是有时停滞的，其传递速度取决于交通供需非均衡所处的外 部制度环境和其自身的制度特征。 2 4 道路交通供需非均衡演化规律 在复杂的城市道路交通系统面前，以往的思想和方法难以解决实际问题，因 此迫切需要借鉴复杂系统的理论和方法来进行探索。自组织理论为处理类似城市 道路交通系统的复杂性问题提供了方法。虽然自组织理论源于物理热力学、分子 生物学、数学等自然科学的基础前沿，却具有更为广泛的科学意义，为我们研究 城市道路交通系统提供了有力的基础理论和方法论思想。供给和需求的关系是城 市道路交通系统中最基本、最核心的问题。自组织理论为认识城市道路交通系统 提供了新的思维方式和处理问题的方法，将有可能取代传统的数理统计方法而成 为城市道路交通系统的主要研究手段。 2 4 1 自组织理论概述 自组织理论足研究自f l t g 现象、规律的学说的一种集合，它还没有成为一个 一体的、统一的婵论，而是一个理论群。它包括普利高津等创立的“耗散结构” 理论、哈旨等创立的“协同学”理论、托姆创立的“突变沦”数学理论和艾根创 立的“超循环”理论。它是系统科学近年来形成和新发展起来的，并且还在不断 发展和完善的、充满活力的理论体系。 东南大学硕士学位论文第一二章道路交通供需非均衡分析 对于“自组织”，协同学的创始人哈肯下过一个经典的定义。他说：“如果 系统在获得空间的、时间的或功能的结构过程中，没有外界的特定干预( 系统的 结构和功能并非外界强加给系统的，而是系统内外矛盾的结果) ，则系统是自组 织的”。 耗散结构方法起一个构建自组织系统需要条件的作用。它研究体系如何开 放，开放的尺度，如何创造条件使系统走向自组织的问题。根据耗散结构理论研 究一个系统，我们就可以判断该系统是否具有形成自组织的前提条件，是否可以 从无序的状态自发地、自主地演化成为有序结构。因此，耗散结构理论揭示了自 组织现象形成的环境与产生条件，是系统自组织的关键性判据之一。 2 4 2 道理交通供需系统的耗散结构判断 道路交通系统作为社会经济系统的子系统，是个有机的整体，其外部系统是 它的环境，主要包括政治系统、其他运输方式系统、社会经济系统和自然环境系 统。道路交通供需系统由基础设施、运输装备、运输服务、从业人员、运营组织 与管理5 个子系统组成。各个子系统间以及系统与外部环境间相互作用、相互关 联，如图2 1 所示。 固2 1 道路变通供需系统与外部环境系统结构 根据耗散结构理论，系统要形成耗散结构需具有以下几个摹本条件：一是系 东南大学硕士学位论文第二章道路交通供需非均衡分析 统属于开放系统。耗散结构是在开放