拥挤道路收费问题的是研究硕士学位.doc

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1、毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子

2、版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 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： 日期： 年 月 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

3、论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 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。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5

4、、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：

5、一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）

6、的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不

7、及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日1 引言1.1研究的背景改革开放以来我国的国民经济得到了迅速的发展，由于受到经济发展的推动，我国的机动化在近几年也出现了迅猛发展的趋势。据估计，自1985年到2000年全国机动车拥有量年平均增长率在15%左右，其中，客车的增长率达到了25%。据预测，到2010年我国机动车将会达到45-57辆/千人，到2020年将达到124-162辆/千人。这些机动车当中有85%以上都集中在城市区域，大量的机动车涌向城市道路，最终导致城市交通需求的急剧增加，从而也给道路交通管理部门提出了挑战。

8、 另外，由于我国人口较多，尤其是在城市区域人口密度很大，这就使得我国城市人均道路面积很低，在大城市更是低于全国平均水平，同国外大城市相比较其差距就更加明显。如图1所示：人均道路面积最少的是上海市，约为汉城的1/2，莫斯科的1/3，东京的1/4，与伦敦相比差距就更大了。图1.1中外大城市人均道路面积现状对比图 此外，我国城市现有的道路网还存在结构布局不合理等多种弊端，不能够很好地服务交通、满足日益增长的交通需求，使得有限的道路资源得不到充分的利用。随着城市交通供需矛盾的日益突出，交通拥挤的情况日益严重。这给社会造成了严重的后果：（1）交通拥挤给社会造成了巨大的经济损失。美国每年因为交通拥挤造成的

9、经济损失约为410亿美元，12个最大城市每年的损失超过10亿美元。日本东京每年因为交通拥挤造成的损失高达123000亿日元。我国北京市由于道路拥挤程度逐年增加，导致公共汽车平均运营车速大幅度下降，每年的经济损失高达792亿元。 （2）降低运输效率。交通拥挤减少了运输系统的产出，使其无法满足新的交通量的需求。随着拥挤程度进一步加大，产出会越来越小。由于交通拥挤无法进行自身调节，从而形成了一种恶性循环，如果不能够及时地采取措施，任其发展，该地区的交通运输系统就会因为交通事故、车辆故障及其救援等突发事件而陷入瘫痪状态。 （3）加速了城市环境的恶化。在城市交通拥挤状况下，机动车辆不得不频繁地启动、加速

10、、减速、停滞，不但增加了能耗，而且加大了尾气排放，同时产生了巨大的噪音。据调查，我国城市机动车交通造成的污染约占整个城市污染的一半以上。 （4）制约了经济的增长。交通拥挤延误了出行时间，而且这种延误又无法预测，妨碍了雇员及时到达工作岗位，增加了企业的分配成本，使得经济发展受到制约。 1.2问题的提出 严重的交通拥挤现象不仅存在于城市道路基础设施比较薄弱的发展中国家，即便是在道路交通系统比较发达的国家，其城市中心区与郊区高速公路上的交通拥挤现象同样相当严重。亚当斯（Anthony Downs）在深入分析以上现象的基础上，提出了著名的亚当斯定律交通需求总趋向于大于交通供给。此定律可以解释为：虽然由

11、于新的道路基础设施可以缩短交通出行者的出行时间或出行距离，使交通出行者能够快速到达出行目的地，进而在一定的时间内降低了其出行时间，暂时缓解了交通拥挤程度；但与此同时宽阔舒适的道路条件又引发了新的交通需求，经过一段时间后，道路又恢复到原来的拥挤水平。一般来说，新的道路建设不会改变原有道路的拥挤水平，诱发的交通量将很快占据新增的道路设施，这部分潜在的交通量是由于受到原来道路交通供给短缺的制约没有得到实现。西方城市交通发展的实践证明了该定律的正确性，而且现在已经被世界交通工程界所认可。因而单纯从增加道路基础设施建设、扩大交通供给是无法解决城市交通拥挤问题的。要想获得比较理想的效果就必须加强交通需求管

12、理。道路拥挤收费作为交通需求管理的一项措施，其作用也日渐突出，它影响着交通参与者的出行决策。目前国内外许多专家学者在拥挤收费方面作了一定的研究工作，但所建立的模型往往都只适用于单车种的路网结构，或者运用确定性配流理论来研究，这与实际的交通状况有着很大的差距。因此运用随机配流理论来研究混合交通下路径选择、方式选择和拥挤收费的组合模型，对实际交通规划来说具有极强的理论指导意义。本文意在这方面做出一些有益的探讨。1.3国内外实践和理论研究概况1.3.1 国内外实践概况 新加坡是世界上最早实施城市道路收费并且获得成功的国家之一，其发展经历了区域通行证方案和采用电子收费系统两个阶段。1975年开始实施的

13、区域通行证方案划定覆盖中心商业区最拥挤的725公顷区域作为交通控制区，在边界上设定27个车辆入口处，载客不足4人的车辆要想在高峰期进入控制区，必须出示购买的区域通行证。经过20多年的运行，区域通行证方案被证明是控制高峰期拥挤的有效手段：（1）早高峰期进入控制区的机动车辆从74000辆/日下降到41500辆/日；（2）提高了车辆行驶速度；（3）出行方式向公共交通转移，工作出行中乘坐公共交通的比例从33增加到69；（4）增加了财政收入。1995年，新加坡在其东海岸公园大道实施道路收费系统，同样取得了显著的效果。1998年5月改为ERP系统。ERP主要由车内装置、两个相距15米的收费匝口、计算机中心

14、处理系统组成。初步结果表明，ERP在控制交通流量方面成效显著，在限制时间内进入控制区的机动车辆从16000辆/日下降到13000辆/日，出行速度提高到5060km/h。与区域通行证方案相比，ERP更公平、方便、可靠。1998年8月，新加坡政府将ERP扩充到整个中心商业区、高速公路和交通拥挤的区域。另外，挪威、香港、美国、法国等国家也不同程度的实施的拥挤道路收费，并且取得了显著的效果。1.3.2 国内外理论研究概况 Pigou（1920）和Knight（1924）是首先倡导拥挤收费的学者。80年代末期，英国的Walter定量研究道路拥挤的外部效果，把拥挤问题的各方面综合起来，提出了短期边际成本定

15、价模型，确立了传统拥挤定价模型。Vickery应用确定性排队理论，首先在1969年提出了道路收费系统的动态模型瓶颈模型。该模型作为内生出发时间的排队拥挤模型，清晰地论述了排队拥挤的消涨过程和用户的出行时间决策，但其中严格的假设条件使模型过于简化。为增强模型的现实性，近年来，众多学者对其进行了改进和扩展，例如在动态模型中考虑弹性需求23或用户存在属性差异4或在一般的路网结构中研究动态收费56等情形。 交通分配和道路收费分属于宏观和微观两个不同的领域，人们很少注意两者关系的重要性。它们作为两个彼此独立的交通工程问题已经被分别研究，在各自的轨道上向前发展。而在智能化运输系统（ITS）被提出和接受之后

16、，人们开始以一个新的角度看待交通分配和道路收费的组合问题。Yang和Lam（1996）7提出了一个求解并非所有网络的路段都能收费的这类问题的最优收费算法， Yang和Bell（1997）8利用双层规划对道路收费问题进行了研究。May和Milne（2000）9考虑了剑桥(Cambridge)网络的各种收费方案，包括基于时间、基于距离、基于拥挤的收费。Verhoef（2002）10提出在一般网络结构的有效解中找到第二最优收费的算法。Li（2002）11研究了应用于新加坡道路收费系统拥挤收费的实践问题。这些交通模型均是基于静态交通均衡分配模型。 我国对此领域的研究起步较晚。一些学者利用数学规划的方法

17、来研究这一问题。李志纯等（2001）12利用双层规划模型和基于步长加速法和惩罚函数法的启发式算法对弹性需求下的拥挤道路收费问题进行了研究。谷强等（2002年）13构造出满足用户均衡原则和车种分离函数的极小值问题，并利用内点罚函数法求解，讨论了混合交通条件下如何制定道路收费策略。这些模型也都是基于静态均衡分配模型。黄海军,杨海等141516研究了道路收费（静态和动态）、搭车、HOV的组合问题，得出收费可以诱导人们搭车和选用公共交通且提出合理设置收费水平的依据。1.4本文研究的意义和内容1.4.1研究的意义 道路交通拥挤收费是被城市交通管理部门和经济学家普遍看好的一项城市调控手段，同时也是交通需求

18、管理的重要内容。合理的收费价格有益于调整交通结构，减少交通出行，实现交通需求在时间和空间上的平衡。如果收费价格过高，将会使现有道路资源不能得到充分利用，造成资源浪费；收费过低，又无助于解决交通拥挤。因此，在合理价格下对拥挤道路进行收费具有显著的意义：（1）在一定程度上，可以抑制城市交通需求的过快增长，保持交通需求与交通供给的平衡。（2）节约交通基础设施投资和有限而珍贵的城市土地资源。（3）由于出行交通量的减少，可以降低能源消耗，同时对保护城市环境也有较为重要的意义。（4）进行收费后，还可以增加财政收入，为城市基础设施建设开辟新的资金来源。1.4.2研究的内容 本文首先从交通工程学和经济学的角度

19、对交通拥挤现象进行分析，说明了道路拥挤收费的必要性；继而提出了道路拥挤收费的理论框架，阐述了传统的定价理论，分析其局限性；然后介绍了交通配流理论，运用非线性规划和随机效用理论的方法，将拥挤收费这一因素结合进交通配流理论中，建立了混合交通下的拥挤收费综合模型。 正文各章节的主要内容如下： 第二章 拥挤道路收费问题的综述，介绍了拥挤道路收费的概念、分类，在理论上分析了拥挤道路收费的原因，提出了拥挤道路收费的目的和目标； 第三章 拥挤道路收费问题的理论框架，从静态和动态两方面介绍了拥挤道路收费的理论基础，阐述了传统的收费理论及其局限性； 第四章 交通配流理论介绍，介绍了基本的交通配流理论，特别是随机

20、配流理论，为建立拥挤收费的综合模型打下基础； 第五章 道路拥挤收费与交通配流的综合模型，在交通分配理论的基础上，运用非线性规划理论和随机效用理论，建立了混合交通下的SUE双层规划模型，并提出算法和算例； 第六章 结论。 全文结构如下：第二章拥挤道路收费问题综述第一章绪论 研究背景、内容第三章拥挤道路收费问题的理论框架第四章交通配流理论基础第五章拥挤道路收费与交通配流的综合模型第六章结论图1.2 论文结构图2 拥挤道路收费问题的综述2.1拥挤道路收费的概念介绍拥挤道路使用收费是对特定时段和路段的车辆实行收费，以从时间和空间上来疏散交通量，减少繁忙时段和繁忙路段的交通负荷。同时，促使交通量向高容量

21、的交通系统转移、抑制私人小汽车交通量的增加、促进小汽车的有效利用、推进多人合乘（Carpool，Vanpool）的实施，实现道路的最有效使用，达到缓解交通拥挤的目的。城市道路交通拥挤收费可以分为广义的交通拥挤收费和狭义的交通拥挤收费。广义的交通拥挤收费是指为了解决城市严重的交通拥挤问题，而对城市道路使用者从车辆拥有到道路使用的全过程中的收费，它不仅包括道路使用费，而且包括了为解决城市交通拥挤采取的其他形式的拥挤收费或税收。如增加车辆购置税、燃油税、车辆配额和用车证制度等。狭义的拥挤道路收费就是指交通出行者在进入交通拥挤区域的时候，必须支付的那部分道路拥挤费用，是指在拥挤的城市道路上，对道路交通

22、使用者征收一定的费用，使边际个人成本提高到边际社会水平，用于补偿由于该交通出行者的加入而给社会带来的外部不经济，以期通过提高交通出行者的出行成本，促使交通出行者重新选择自己的出行行为，减少交通需求，从而使得原来拥挤的城市道路的交通需求与交通供给相适应，最终实现缓解或者消灭拥挤的一种交通需求管理措施。本文主要讨论的就是狭义的拥挤道路收费。 拥挤道路使用收费不同于传统意义上的高速公路（桥梁）收费。后者主要是为了缓解公路建设资金的短缺问题，收取的费用大部分用于偿还贷款本息；而前者是在城市交通严重拥挤的情况下，通过对使用者收费来引导和调节交通需求，达到缓解交通拥挤的目的，增加财政收入只是副产品。 理论

23、和实践表明，实行拥挤道路使用收费可以在不影响用户综合付出的条件下产生一定的经济效益和社会效益，不仅可以缓解道路拥挤，而且可以把拥挤道路使用收费作为新的财政来源支持交通基础设施建设,并且也保护了环境，减少了交通事故的发生。新加坡等国家在拥挤道路使用收费理论和实践方面的有益尝试对中国有很好的借鉴意义。2.2拥挤道路使用收费的分类 一般来说，高峰期拥挤主要是由于用户对出行时间和出行路线选择不当所致。为此，最优拥挤道路使用收费应当反映出时间和空间上需求的分布。但是多数已有的研究为了避开交通配流和网络结构的复杂性，而将拥挤道路使用收费的时间维和空间维分开处理。 拥挤道路使用收费从时间维和空间维上可以分为

24、静态收费和动态收费两大类。仅考虑空间维的拥挤道路使用收费称为静态收费。（1）静态拥挤道路使用收费适用于稳态（即OD矩阵是固定的，不具有时变性）条件下的交通网络，它不考虑收费的时变性，即是说静态收费模型不考虑当前的收费对将来的交通拥挤水平的影响。（2）动态拥挤使用收费是指将时间维和空间维综合考察的收费。动态拥挤道路使用收费考察的是出行需求和出行费用都是时变的，因而拥挤道路使用收费也是时变的。拥挤道路使用收费就其研究的方法来说，可以将其分为第一最优拥挤道路使用收费（First-best congestion pricing）和第二最优拥挤道路使用收费（Second-best congestion

25、pricing）两大类。（1）第一最优拥挤道路使用收费又称为边际成本定价（因经济学中的边际成本定价原理而得名）。它假定路网中存在完善的收费体制，通过对路网中每一路段上的用户收取值为边际成本通行费MCT（Marginal Cost Toll）的拥挤道路使用收费，使用户平衡转化为系统最优平衡状态。由于第一最优拥挤道路使用收费忽视了城市交通系统的复杂网络特征，因而交通工程师对其一直存在疑虑。近来一些学者将第一最优拥挤道路使用收费的思想推广至一般网络，提出了第二最优拥挤道路使用收费的思想。（2）第二最优拥挤道路使用收费考虑的是在一个路网存在约束（如资金预算约束，通行能力约束等）条件下的拥挤道路使用收费

26、问题。这些理论研究多是针对标准网络的，即假定路网中只有一种车。第一最优拥挤道路使用收费和第二最优拥挤道路使用收费又分属于静态和动态收费。2.3拥挤道路收费的合理性与必要性分析 对于城市道路，一直以来都是当作是纯公共产品进行经营管理，无偿使用。在本节，作者将从城市道路的公共性和产权进行分析，阐明城市拥挤道路使用收费的合理性与必要性。2.3.1 城市道路的公共性分析 从消费而言，公共产品是指“每个人的消费并不导致任何其他人对该物品消费的减少”。从生产而言，公共产品具有关联性或不可分性，一般由政府提供。公共产品具有以下特征：在生产、消费过程中具有不可分性；由很少或单一的生产者提供；消费者对其使用存在

27、外部正效应，即“搭便车”现象；消费者对其使用具有同时性，即公共产品具有非排他性与非竞争性。 根据公共产品中“公共性”的强度，可以把公共产品分为纯公共产品和准公共产品。前述公共产品的定义就是纯公共产品，如国防、法律等。准公共产品是指其消费过程介于纯公共产品和纯私人产品之间的一种产品，如学校、医院、道路等。其特征是：生产的不可分性；消费的适当分离性；消费过程中确实存在着“享受”性消费。 城市道路究竟是纯公共产品还是准公共产品呢？城市道路的使用有着以下特征：（1）城市道路既是向全社会提供，其效用为整个社会成员所共享，同时它又具有一定程度的效用可分割性。具体表现为其在技术上可以提供排他性的措施，如拥挤

28、道路使用收费。（2）在不达到拥挤的前提下，城市道路的边际成本为零，具有非竞争性。（3）城市道路在实际使用中具有排他性。如在公共车道上，一辆车占用的位置别的车就无法占用。特别是在交通拥挤的时候，这种排他性表现得尤其突出。从以上分析可以看出，城市道路的特征既体现了它的公共性，又体现了它的私人性，由此可见城市道路是准公共产品。2.3.2城市交通拥挤的经济学解释 经济学家认为：“纯粹的私人产品和纯粹的公共产品的消费不存在拥挤问题。拥挤总是意味着有限的消费容量和无限的消费规模之间的冲突。”我们可以发现造成城市交通拥挤的真正原因在于对城市道路产权的安排。由于城市道路的产权属于政府，那么道路的产权就不会得到

29、确定。由于产权得不到确定，道路就变为纯公共产品。人们对道路上的使用就不会有成本上的考虑，无需对道路的使用效率负责。对于每个出行者，出行时计算的只是个人的边际费用，根本没有考虑到由于加剧了道路的拥挤而加在别人身上的额外成本。只要个人收益大于个人成本，个人车量就会不断地加入车流。由于外部效应，造成了边际个人成本与边际社会成本不相等，它们之间的差额就造成了拥挤现象，即实际使用城市道路的车流量超过了最佳车流量，也就是对道路的过度使用。 由此可见，模糊的产权制度使城市道路由准公共产品转变为纯公共产品。而拥挤道路收费正是把价格机制引入到城市交通管理中来，它使城市道路的产权得到了确定，为市场有效的配置城市道

30、路这种资源提供了保障。它作为交通需求管理的一项措施，在当今严峻的交通状况下是合理且必要的。2.4拥挤道路使用收费的目的和目标2.4. 1 拥挤道路使用收费的目的道路拥挤收费的目的是在一定的交通供给规模下，控制交通需求总量，削减不合理的交通需求。通过对拥挤区域或拥挤路段征收一定的拥挤费用的手段，使得交通需求在时间和空间上再分配，实现交通供给与交通需求在一定时间内的平衡，保证城市交通系统有效运行，让客货出行迅速、安全得到达目的地，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。2.4.2 拥挤道路使用收费的目标 道路拥挤收费的目标可以分为过程目标和最终目标。过程目标是为最终目标服务的。目标的

31、制定应该既要具有科学性，又要切实可行，具有可操作性。我们不难知道道路拥挤收费的最终目标是要实现交通需求与当前的交通供给相适应，缓解交通拥挤。在实现这一最终目标的过程中，又可以制定出如下四种过程目标：（1） 减少交通源的产生从交通源头开始，对交通需求进行全过程的主动控制是道路拥挤收费的一个重要目标。交通需求在每次出行前都有一个出行选择过程，这一过程实际上也是一次个人出行的成本效益分析过程。如果我们对某些交通拥挤路段或区域实行了拥挤收费，那么就是提高了交通出行者进入该区域或路段的出行成本。人们在选择进入该路段或区域时，就会重新考虑是否进行这次出行。（2） 改变交通结构 城市交通方式按照交通设施分为

32、道路交通和轨道交通；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，并且人均所占道路面积不同，在造成城市交通拥挤、堵塞中所起的作用大小不同。 我国目前城市结构不合理。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比例过低，而自行车、摩托车的比例高居不下。随着我国经济的发展，私人小汽车也将大大增长，如果不采取有效的措施，其在交通结构中的比例也会大幅度增长，城市交通结构将会变得更加不合理。因此改变交通需求者的出行交通方式，使更多的出行者选择公共交通，减少城市道路时空消耗，应该成为交通拥挤收费的目标之一。（3） 改变交通时间

33、结构 城市交通在时间分布上呈现马鞍形状，即有一个早高峰和晚高峰组成。一般早高峰出现在职工上班和学生上学时间；晚高峰则出现在职工下班和学生放学时间。通过高峰时段收费措施，促使弹性交通需求避开高峰时间，利用平峰时间出行，从而达到“削峰填谷”的目的，实现交通需求在时间上的平衡。（4） 改变交通空间结构 城市交通网络纵横交错，从出发点到达目的地，路线往往有很多条，且有长有短，人们在出行选择时往往选择近路，导致了交通热线的产生，也就出现了交通热线经常性的拥挤和堵塞，近路往往欲速则不达。于是就存在交通空间调控的可能性。通过对交通热线征收拥挤费，引导消费者选择交通冷线，可以使有限的道路资源得到充分利用。3

34、拥挤道路使用收费的理论框架3.1交通拥挤的定义交通拥挤的定义各国尚无统一标准，为了明确交通拥挤的定义，这里首先对某交通系统随着外来交通量的加入，交通密度、行驶速度以及车流量之间的相互作用如何变化这一过程作简要分析。如图3-1所示，AB为自由流区，在该区内，车辆可以自由地行使，车辆与车辆之间没有任何干扰，车速也最大。随着外界车辆不断加入该系统，交通量不断增加、交通密度也随之增大，当车辆之间行驶的空间越来越小时，行驶的车辆不得不因为相互之间的干扰而放慢速度，车流也就进入了BC稳定流区。在BC区内，随着外界车辆不断加入该系统，导致的结果仍然是交通量不断增加、交通密度不断增大，车辆之间行驶的空间变得更

35、加狭小，车流也进入了CD非稳定流区，直至交通量达到道路交通饱和容量：即，此时的交通供给等于交通需求，车流也进入了DE强迫流区。其后，如果不能够及时采取措施，仍然允许外界车辆进入该交通系统，在车速继续下降的同时，交通量非但不能够增加，而且出现下降，道路空间资源使用效率随之降低。最后，随着交通拥挤的进一步加剧，整个交通系统处于停滞状态，陷入瘫痪，交通量为零。ABCDE流量(Veh/h)车速(km/h)图3-1 车速与流量关系图QF根据以上分析，我们可以得出以下的定义：定义一（以D点作为交通拥挤的分界点）：所谓交通拥挤就是指当交通需求大于交通供给时，超过交通供给的那部分交通滞留在道路上的现象。定义二

36、（以B点作为交通拥挤的分界点）：从交通工程学的角度来讲是指道路交通密度达到一定程度后，行驶的车辆之间出现相互干扰，从而造成车速下降，用户成本上升的现象。拥挤道路使用收费就是在定义二的拥挤状况下对交通出行者收费。3.2静态拥挤道路使用收费的理论基础 3.2.1边际成本理论介绍（1）总成本（Total Cost）总成本等于总的固定成本与总的可变成本之和，以TC表示，即TC=TFC+TVC。其中，TFC为总固定成本，TVC为总可变成本。如果以代表总固定成本，代表销量，以代表变动成本，则总成本可以表示为：TC=；（2）平均成本（Average Cost）平均成本是指每增加一个单位产量所需要的成本，以表

37、示，即；平均成本也等于平均固定成本与平均可变成本之和，即；（3）边际成本（Marginal Cost）边际成本是指每增加一个单位产量所增加的成本：（4）边际收入（Marginal Revenue）边际收入是指每增加一个单位的总产销量所增加的总收入：（5）定理该定理内容为：利润最大化或损失最小的均衡条件为边际收入等于边际成本，即。3.2.2静态拥挤道路使用收费的理论基础20世纪50年代中期到70年代，美国的Walters.A.把拥挤问题的各方面结合起来，提出了一个短期边际成本定价模型。该理论成为静态拥挤道路使用收费的理论基础。一般来说，在交通拥挤较严重的交通系统中各用户的最优线路选择未必带来系统

38、的最好结果，这是因为用户在选择出行路径和出发时间时，往往只考虑自己能感知或者说自己将付出的成本。当道路的通行能力充足时，这种“自私”的行为不会影响到其他人的出行。但是，当交通流量接近通行能力时，拥挤程度上升，道路上每新增加一个出行单位都会使系统中所有成员的利益受损。此时，如果大家都坚持原来的出行计划，不另择它路或改变出发时间，就会使交通系统拥挤不堪，直到瘫痪。如果硬逼某一部分人改变行驶路径和出发时间也是不可能的，最好的办法是用经济手段。用户之所以坚持在拥挤路段出行，就在于他们仅仅考虑自己的感知成本或者平均可变成本AVC（即边际个人成本），而没有支付他们给其他用户所带来的“外部不经济”(exte

39、rnality)，即用户没有为其出行支付全部社会费用（即边际社会成本，还可以包括由交通导致的环境污染）。用户对出行成本的错误感知（或部分支付），将导致网络的潜在需求过高和交通量的无节制增长，从而造成路网中某些路段上流量达到饱和或过饱和状态，引起交通拥挤和排队，产生资源的浪费。经济学家相信，缓解城市交通拥挤的一个最直接、经济上最有效的办法就是对拥挤路段的使用者收费，付费的人还可以在原来的路段上和时段上行驶，不想付费的人就另择他路或改变出发时间。这样，原来的拥挤的路段就被缓解了。边际成本定价原理认为，为使整个道路系统得到最有效的利用，行驶在拥挤路段上的用户应支付一定的费用，才能抵消他所产生的外部不

40、经济。收取费用的大小等于边际社会成本和边际个人成本之差，通过对拥挤路段上的用户征收这样一个通行费来修正其对出行费用的错误感知，以保证用户在做出行决策时考虑自己的出行强加给其他用户的外部不经济，从而最终在达到用户平衡的同时也达到了系统最优，因而提高了交通系统运行的有效性，达到缓解交通拥挤的目的。3.3静态拥挤道路使用收费的定性推导与定量描述3.3.1静态拥挤道路使用收费的定性推导（1）供需平衡关系的推导 供需平衡关系是导出边际成本定价的理论基础，用供需平衡关系研究静态拥挤道路使用收费理论时，费用流量关系是核心。由车速与流量关系图（图3.1）可以很容易导出图3-2所示的时间流量关系图。将图3.2的

41、纵坐标乘上时间价值再加上运营成本，便得到平均可变成本与流量曲线AVC（或边际个人成本曲线）（图3.3）。流量（辆/h）时间（h）Q图3.2 时间流量关系图流量（辆/h）成本（$）MSCAVCQ图3.3 成本流量关系图图3.3中，MSC曲线为边际社会成本曲线，它表示路网中增加一辆车所引起的总成本的增量。当流量接近通行能力Q时，MSC曲线趋于无穷，因为此时不可能有更大的流量发生。图3.3是分析边际成本定价的基础，在拥挤道路使用收费的经济模型中发挥着重要的作用。（2）静态拥挤道路使用收费的供需平衡分析为方便分析静态拥挤道路使用收费原理，将前面讨论的供需平衡关系结果用更清楚的图3-5表示。图中D为需求

42、曲线，AVC为边际个人成本曲线。这里需要说明一点的是，供需平衡关系中所讨论的交通流为标准情形，即是同质（homogeneous）的交通流，它们在相同的路段上沿相同的方向运动，路段上仅有一个入口，一个出口，并且除通行能力约束外，没有任何因素能阻碍交通流的移动。成本（$）MSCAVCDMABE0图3.4流量（辆/h）由前面介绍的拥挤道路使用收费原理，在任何需求水平下，边际社会成本曲线MSC与边际个人成本曲线AVC的差反映了该需求水平下的拥挤成本。当路网不收费时，由于用户仅考虑自身的成本，平衡在需求曲线D与边际个人成本曲线AVC的交点A处达到，此时用户忽略了他们强加给其他用户的外部不经济，任何用户将

43、以大于他所感知的费用出行，即以出行。结合经济学原理：完善的市场条件下，资源的有效配置发生在所有商品和服务的价格都是基于边际社会成本上定义的；边际成本等于边际效益时的均衡价格是最优的。因此，从图中可以看出，最优流为边际社会成本曲线与需求曲线D的交点B所对应的需求处。从系统的角度来说，不收费下的实际需求是超负荷的，因为第个用户仅得到的效益为，而他引起的边际社会成本为，此时用户的出行给系统带来了的损失。超出最优流的交通量所产生的总成本为所围成的面积，而这些交通量所获得的效益为所围成的面积，因此福利损失为所围成的面积。对于超出需求的其他需求水平有类似的结果。低于的需求也不是最优的，因为它将使得路网潜在消费者剩余没有被充分利用。在最优需求处，拥挤道路使用收费为(边际社会成本减去边际个人成本)，在这个收费下，路网的经济效益（总效益减去总成本）将达到最大。拥挤道路使用收费是通过使交通需求从减少到而使经济效益达到最大的。流量从变到，用户的旅行成本节省了，而为减少拥挤，用户支付的拥挤费为，前者总是小于后者，因此拥挤道路使用收费会带来一定的经济收入，这些收入可以用来改善交通基础设施和改善公共交通。3.3.2 拥挤道路使用收费的定量描述 假设路网中所有用户都具有相同的时间价值，设为路段上的流量；是路段由行驶时间折算的成本，它是的严格增