（交通运输规划与管理专业论文）城市交通拥挤收费的实现方式及效用分析研究.pdf

e 立奎适厶堂亟堂位迨塞 虫塞翅叠 中文摘要 作为城市交通需求管理的一项重要措施，交通拥挤收费正被世界上越来越多 的研究人员所关注。鉴于现有的研究成果没有系统地考虑交通拥挤收费效用的各 种影响，本论文着重对拥挤收费的费率模型确定及收费的效用影响评价进行了研 究： 1 围绕交通拥挤收费的研究现状，利用交通工程学理论阐述了交通拥挤收费 的基本原理，以北京为例论证了交通拥挤收费的可行性与必要性； 2 讨论了交通拥挤收费的类型及其实施技术，对北京交通拥挤收费的实现进 行了分析，并提出了适合于北京市的交通拥挤收费制式及方法； 3 分析了国内外常用的收费费率确定方法的不足，提出了符合用户平衡分配 理论要求、兼顾交通拥挤收费影响的广义交通费用模型，并将它应用于区域总体 网络平衡的交通分配，提出了求解方法； 4 从交通影响评价的角度出发，综合地分析了交通拥挤收费对城市交通的影 响，提出了比较完善的交通拥挤收费影响评价模型； 5 以北京中关村为实例进行了交通拥挤收费研究，根据不同收费方案效果的 比较，借助t r a n s c a d 软件论证了交通拥挤收费的可行性，分析了拥挤收费对该区 域的影响，并进行了拥挤收费的有效性和经济性评价。 论文还分析了交通拥挤收费的具体实施及评价方案，并掘此提出了北京实施 城市交通拥挤收费措施的建议，以期为我国在该领域的研究和实践提供启示。 价 关键词：交通工程；交通拥挤收费；广义交通费用；网络平衡；交通影响评 分类号：【u 4 9 1 ；u 4 9 1 2 ：u 4 9 1 2 ；u 4 1 2 1 ；u 4 9 1 2 】 立窑垣厶堂亟堂位坌塞旦5 i b ! a b s t r a c t a tp r e s e n t ，a sa ni m p o n a mm e a s u r eo fu r b a nt m m cd e m a l l dm a n a g e m e n t s ，t h m c c o n g e s t i o np r i c i n g ( t c p ) h a sg o t t e nm o r ca n dm o r ea t t e n t i o n sf 0 肌t r a f f i cr e s e a r c h e r s g l o b a l l y w h e r e a sc u r r e n tr e s e a r c hf i n d i n g sa b o u ti tf 撕1 e dt oc o n s i d e rv a r i e di n n u e n c e s r e s u i t e df 如mi t su t i l “i e ss y s t e m i c a i iy ，c o n s e q u e m l yt h i sd i s s e n a t i o ni a ym o r ee m p h a s i s o nb o t ht h ed e t e 姗i n “o no f t c pr a t ea n dt h ee v a i l l a t i o no f t c pu t i l i t yi m p a c t s ： 1 a c c o r d i n gt oc u r r e ms i t u a t i o no f t cp ，b yt h eh e i po f l l a m ce n g i n e e r i n gt h e o r y ， t h ed i s s e r t a l i o ne x p l a i n e db a s i cp r i n c i p l eo ft c p ，a n dd e m o n s t r a t e df e a s i b i l i t ya n d n e c e s s i t yo f t c pt a k i n gb e 巧i n ga sa ne x a m p i e 2 b o t hp a n e ma n dt e c h n o l o g ) ro ft c pw a sd i s c u s s e d ，a tt h es a m et i m e ，t h e r e a l i z a t i o no ft c pi nb e i j i n g 、 ，a sa n “y z e d ，a n dt h ec o n e s p o n d e dp r i c i n gm o d e sa 1 1 d p r i c i n gm e t h o d sw e r ep u tf o n v a r d 3 b a s eo na j l “y s e so fd e f i c i e n c i e so f p r i c i l l gm t ed e t e 姗i n a t i o nm e t h o db m a d l y u s e db o t hh o m ea n da b r o a d ，t h eg e n e r a i i z e dt r a m cc o s tm o d e l w h i c hs a t i s f i e st h e r e q u i r e m e m so f u et h e o r ya i l dc o n s i d e r st h ei n n u e n c e so f t c p w a sp u tf o n v a r dw i t hi t s s 0 1 u t i o nm e t h o d 4 t a k i n gt h et r a 砸ch n p a c te v a i u a t i o nu 1 1 d e rc o n s i d e r a t i o n ，i m p a c t sr e s u j t e d 疗0 m i m p l e m e n t a t i o n o ft c p 、v a ss y n t h e t i c a i l ya n a l y z e d ，向n h e rm o r e ，t h er e l a t i v e l y c o n s u m m a t e dt c pt r a m ci m p a c tm o d e lw a sc o n s t i t i l t e d 5 t a k i n gz h o n g g u a n c u na r e aa sa ne x a m p i e ，f e a s i b i l i t yo f t c pw a sd e m o n s t m t e d ， a 1 1 da tt 1 es 锄et i m e ，b yt r a n s g 气d ，t h ei m p a c t sr e s u l t e d 如mt c pw a sa i i a j y z e da i l d i t se m c i e n c ye v a l u a t i o na 1 1 de c o n o m i ce v a l u a t i o nw a sc a r r i e do u t i nt h ed i s s e n a t i o n ，m e r ew e f ea l s od 酏a i le x e c u t i v ep i a n s & e v a l u a t i o n sf o rt c p a i 】| da c c o r d i n gt ot h e m ，s u g g e s t i o no ni m p l e m e n t a t i o no fb e i j i n gt c pw a sa d v a i l c e d ，i n o r d e rt og i v ea d v i c et os t u d ya n di m p j e m e n t a t i o no f t c pi n0 1 】rc o i i i l 哆 k e y w o r d s ：t r a m ce n g i n e e r i n g ；t r a 伍cc o n g e s t i o np r i c i n g ；g e n e r a l i z e dt r a 伍c c o s t ；n e t w o r ke q u i l i b r i u m ；t r a 历ci m p a c te v a l u a t i o n c l a s sn o ： u 4 9 l ；u 4 9 1 2 ；u 4 9 1 2 ；u 4 1 2 1 ；u 4 9 1 2 e 塞銮道太堂亟堂焦途塞 圈目丞 图目录 图l 论文的思路和框架6 图2 北京市人口增长变化图8 图3 北京市土地利用规划图8 图4 北京市路网布局1 3 图5 北京城市区位关系1 4 图60 d 两点间的时间阻抗1 5 图7 增加收费后o d 两点间的时间阻抗1 5 图8 基于d s r c 的城市交通拥挤收费系统设备2 0 图9 基于d s r c 的城市交通拥挤收费系统结构2 l 图1 0 基于车牌识别技术的城市交通拥挤收费系统结构2 2 图1 1基于g p s 和g s m 的电子收费工作流程2 2 图1 2 北京市中心城区2 0 0 6 年出行期望线2 4 图1 3 北京拥挤收费重点区域2 6 图1 4 北京中心城区域( 二环以内) 交通拥挤收费制式方案2 7 图1 5 进入收费区域的快速路上的收费站布局2 8 图1 6 快速路收费站布设平面图2 9 图1 7 基于d s r c 的收费站车辆识别过程2 9 图1 8 在主干道( 其它收费道路) 上抓拍识别设备3 0 图1 9 边际成本定价原理示意图3 2 图2 0 北京中关村地区路网图4 9 图2 12 0 0 2 、2 0 0 5 年中关村地区交通方式分担5 0 图2 2 中关村地区主要道路的平均高峰小时交通量( 单位：p c u ) 5 l 图2 3 收费区域、控制点及周边主干道路网简明拓扑图5 3 图2 4 控制点布设布局详图5 3 图2 5t r a n s c a d 路网模型及现状流量、现状v ，c 5 5 图2 6 四种费率方案下的交通费用一流量曲线图5 6 图2 7v d f 函数进行交通流量分配时的数据字段5 7 图2 8 使用t r 趾s c a d 进行自定义广义交通分配执行过程5 8 图2 9费率为o 2 元胁时的路网流量和路网v c 示意图5 9 图3 0费率为1 0 元l ( 1 1 1 时的路网流量和路网v c 示意图5 9 e 立銮适盘堂亟堂僮论塞 圈旦丞 图3 1 三种交通方式的属性数据6 l 图3 2 根掘中关村现状调查仿真产生的交通出行调查非集计数掘源6 1 图3 3供交通方式选择分析的5 个小区及其属性数据6 2 图3 4 交通方式选择分析区之间的时间阻抗( 单位：m i n ) 6 2 图3 5 基于交通拥挤收费费率的交通方式划分模型( m n l ) 输出。6 3 图3 6四种费率方案下的交通方式分担率6 5 e 立交遁叁堂亟堂壁i 金童耋且显 表目录 表1 北京市路网负荷程度表1 0 表2 不同交通流条件下车辆的能耗1 1 表3交通拥挤收费后某路径内交通方式选择概率变化分析示例表4 5 表4 中关村地区主要道路段面的平均高峰小时交通量( 单位：p c u ) 5 2 表5 可选收费费率方案( 单位：元l 锄) 5 4 表6 四种费率下收费区域主要道路的分配交通流量比较表6 0 致谢 首先，衷心感谢我的导师宋瑞教授。在这篇论文的选题、基础资料收集、论 文写作、修改定稿的全过程中，导师都给予了我大力的关怀、指导和帮助，论文 凝聚着导师大量的心血和汗水。在攻读硕士学位期间，导师对我一直不倦教诲和 关怀鼓励，不仅传授专业知识、科研方法，还教会我做人的准则，导师严谨的治 学态度、渊博的学识、孜孜不倦的敬业品德和诲人不倦的精神是我一生的楷模。 在这几年学习期间，我所取得的每一点进步、每一份成绩都包含着导师无微不至 的关怀、鼓励和引导。再次向导师宋教授表示最衷心的感谢。 在论文的资料收集、撰写过程中，得到了何世伟教授的大力指导和帮助，老 师那种对学术的严谨和对学生的严格要求是我完成该论文的最大动力：赵航师兄 和邓宝师兄给了我很多启迪性的思路；林建新同学给予了我软件技术的支持：课 题组白惠涛、李明、黄树森同学以及王海霞同学都给我提出了许多建设性的意见； 另外，不少师长和同学如李艳红同学、李之红同学、陈海滨同学、程秀昌同学、 赵莉同学、马壮林师兄也给予了我真诚的帮助，在此一并表示感谢。 e 峦銮丝盔鲎亟竺垃途塞匣 序 交通拥挤收费作为一项新的交通需求管理措施，已经在许多发达国家的城市 得到广泛的实施，在解决城市交通拥挤问题上取得了显著的效果。目前，我国大 中城市的交通拥挤问题日益严峻，国内交通管理者可谓任重道远。在攻读硕士学 位期间，作者深感北京交通的拥挤程度之深，却未能在交通管理的实践中看到它 的明显改善，于是在对国外的先进经验进行浅薄研究之后，发觉要解决交通拥挤 问题，就必须另辟蹊径，用新方法解决老问题，而城市交通拥挤收费的方法给我 很大的启发，也引起了我极大的兴趣和热情，并最终使我有了以拥挤收费这一新 技术理论与实践为毕业论文题材的计划。在导师的悉心指导下，论文历经了分析、 取材、研究价值论证、研究意义分析、论文开题、撰写等过程。在此过程中，得 到国家自然科学基金“基于有效敏捷的柔性运作管理机理、方法及应用研究” ( n o 7 0 3 7 1 0 1 4 ) 的资助，论文部分思路亦来自此项目。另外，作者硕士阶段中研 究的一系列和交通规划有关的课题，也是本文写作灵感的源泉。此论文是我硕士 阶段的研究成果之一，也将成为我今后从事研究工作的基础，意义重大。谨以此 论文，作为我硕士阶段的个总结，同时，将它献给在学习、生活上一直给予我 无私帮助的导师和亲朋好友们。 g 塞銮适塞堂亟堂焦途窒 缓盈 1 绪论 i 1 研究背景 近年来，大城市私人小汽车的大幅度增长引发了一系列问题特别是交通 拥挤问题，它使得居民出行速度大幅度的下降、出行成本( 主要是时间成本) 急 剧上升、环境污染加重、交通事故日趋频繁，从而导致整个城市效率下降，城市 经济和居民生活受到严重的制约。 为了解决大城市交通拥挤这一世界性难题，交通工程学者们进行了各种各样 的尝试和探索。解决交通拥挤的出发点在于平衡交通需求和交通供给，需求是交 化的，但供给是固定的，如何利用有限的供给满足不断增长的需求是问题的关键 所在。目前采用的缓解交通拥挤的手段主要有以下两种： 一是扩大交通供给。主要通过加强交通基础设施建设、道路渠化等措施来优 化路网结构，最大限度地提高道路的通行能力，使道路能在最短的时间内疏散交 通需求。此方法往往治杯不治本，这是由于新建道路往往会引发附加的交通需求， 造成新的交通拥挤，因而盲目地利用道路建设来缓解拥挤的作用并不明显。 二是抑制交通需求。主要是通过经济、宏观调控、法律等手段来调节需求， 主要的措施有：区域管制、停车收费、车牌调节等。这些措施的目的很明确，就 是通过抑制局部区域的交通需求，分散该区域的道路负荷度来缓解拥挤。但是， 这些措施在国内的实施效果也并不尽如人意。其中主要原因是国内研究未能深入 地提出交通需求控制的专题理论框架，对交通需求进行控制不是“时问和条件上 还不成熟”，而是“不知道怎么实施”。 基于这种现状，国外很多城市提出了“控制车辆拥有，限制车辆使用”的政 策。“控制车辆拥有”指实行如车辆税、车辆定额配给、停车库许可帝4 和车辆标准 限制等一系列措施来调节未来的交通需求：“限制车辆使用”则指采用其它的措施， 如交通拥挤收费、停车收费和车牌限制通行、鼓励合乘和错开上下班高峰等，来 缓解现状交通压力。该政策的有效性远比盲目地扩大供给或抑制需求强，而交通 拥挤收费正是其中最常用、最有效的策略之一。 交通拥挤收费是指在一定时段内，对进入某一个区域或某些路段的机动车辆 征收一定的费用，通过提高交通出行者的出行成本或费用，促使交通出行者重新 选择自己的出行方式，改变交通需求结构，从而使得原来拥挤的城市道路的交通 需求与交通供给得到新的均衡，实现流畅交通的管理手段。 j e 塞奎逗叁堂亟璺焦迨塞缮途 交通拥挤收费的作用是利用价格机制来限制城市道路高峰期的车流密度，调 节交通量的时间、空间分布，减少繁忙时段和繁忙路段的交通负荷，提高道路的 通行速度，满足道路使用者对时间和经济效率的要求；同时它还可以有效地促使 交通方式向高容量的公交系统转移、抑制小汽车交通量的增加，达到缓解城市交 通拥挤状况、提高整个交通系统运营效率的目的。 将交通拥挤收费作为解决交通拥挤问题的手段己经在国内外得到广泛的应 用，国外一些城市如新加坡、伦敦、首尔在该领域取得了很高的成就，大大缓解 了城市内部的交通拥挤。然而，国内一些城市对拥挤收费策略的应用，基本上都 是对国外模式的生搬硬套，未进行可行性研究和效果分析就立项实施，忽略了拥 挤收费的主要出发点和针对性，这种做法的后果就是花费了大量的资金，却见不 到实质性的收益。 基于这种情况，为了和国内将拥挤收费“全盘引入，接受新潮”的做法区别 开，本论文将交通拥挤收费的理论研究和国内实际相结合，对拥挤收费的必要性、 可行性进行了探讨，并说明了如何进行收费、怎样评价收费的效果。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外的研究情况 国外的道路建设起步较早，一些发达国家已经建成完善的道路网络并掌握了 先进的交通管理技术。道路收费理论的发展也已经有一百多年的历史，到目前为 止，关于交通拥挤收费的研究已经比较深入。 早在1 8 8 4 年，法国工程师j d u p u i t 就研究了一座桥的收费对公众利益产生的 影响，这可看作是对交通拥挤收费问题的最早研究【i j 。此后，很多专家对拥挤收费 进行了更加深入的探讨。关于拥挤收费理论方面的文献很多，主要分为两个方面： 第一最优拥挤收费理论和第二最优拥挤收费理论【2 l 。第一最优收费理论主要从经济 学的角度来论述拥挤收费方案，采用系统最优的方法来分析牧费的影响；第二最 优收费理论主要是通过对道路网中发生拥挤的个别道路进行收费，采用不同收费 费率来影响道路使用者的出行时间和路径选择方式，使道路网上的交通流重新分 布并达到均衡。 基于上述两种理论，国外已经将拥挤收费作为缓解交通拥挤的主要手段，拥 挤收费的应用也日渐成熟，在下述几个国外城市的交通领域，拥挤收费已经成为 e 立窑遒盘堂亟堂鱼迨塞 鸶论 了交通需求管理的重要措施，甚至成为一个城市交通管理的标志。 ( 1 ) 新加坡 新加坡是世界上最先实施交通拥挤收费策略的国家，它的收费系统也已经从 上世纪7 0 年代的区域通行证制度( a r e a l i c e n s es c h e m e ，a l s ) 发展到今天的电子 收费道路系统( e l e c t r o n i cr o a dp r i c i n g ，e r p ) 。a l s 实施时在市中心的拥挤区设置 了一个近6 0 公顷的控制收费区域，并将早高峰( 7 ：3 0 a m 1 0 ：0 5a m ) 作为收费 时段。凡该时段进入控制区域的机动车( 公交车、高占有率车辆除外) ，都必须出 示区域通行证，当时的通行证价格为3 新元天。在其它交通管理措施的配合下， a l s 作用明显，控制区域的交通量减少了4 5 ，车速也由原来的1 8 k r n m 上升到 了3 5 k i i 曲，公交的分担率增加了近5 0 ，达到上班总出行的4 6 ，同时，私人小 汽车的合乘比例也大幅度的提高。 经过2 0 多年的发展，区域通行证制度已经发展为现代化的e r p 系统，该系统 是一种简单快捷、针对车辆运营和道路收费的电子系统。该系统对不同的机动车 辆有不同的收费标准，而且可根据不同的拥挤状态随时调整费率。它让出行者可 以根据费率的变化来选择不同的出行路线、出行时间、交通工具等。实施后，该 系统使得闹市区的交通畅通、城市道路交通系统得到最充分的利用。 ( 2 ) 伦敦 伦敦早在1 9 9 1 年以前就开始了一项为期5 年的实施道路交通拥挤收费的可行 性分析和研究项目，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 1 年 该城市才开始实施交通拥挤收费：在8 ：o o 1 6 ：o o 的时间段内，在其l o 平方英里的 中心区域内进行道路收费。收费采取销售日、月通行证的手段，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。该方案还制定了详细的管理、监 控和惩罚措施。根据有关部门分析，2 5 美元日的收费价格使交通量下降了3 7 ， 道路收费的年收入高达7 0 0 0 万美元，而每年的运行费用不到年收入的1 0 。同时 该策略的实施为改善公交服务和其它交通设施的建设积累了大量的资金。 ( 3 ) 美国洛杉矶 为了解决城市中心区域日益严重的交通拥挤、空气质量恶化、交通建设资金 短缺等问题，1 9 9 0 年，美国加州南部联盟( s o u t hc a la s s o c i “o ng m u p ，s c a g ) 开始研究在洛杉矶市中心的一些重要场所实施交通拥挤收费政策的可行性，并在 1 9 9 1 年初步完成了研究报告。该国环境保护基金会在1 9 9 2 年发表的一篇报告中将 拥挤收费作为解决交通拥挤所引发的环境问题提出，并认为最有可能实施该政策 的是新建的私有道路。同时，该社团还建议把免费的h o v 车道( h i g h t0 c c u p a l l c y v e h i c i el a n e 。h o v ) ( 高占有率车辆专用道) 改成交通拥挤收费的管理模式，这也 是利用h o v 进行拥挤收费的最早研究。 韭宝銮垣盔鲎亟堂位途塞 绪论 ( 4 ) 韩国首尔 首尔的市中心依靠两条高速公路和外界相连，这样的地理位置决定了它的城 市交通拥挤收费存在极大的可实施性。2 0 0 3 年，这项政策开始在它的市中心实行， 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 ) 对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，费率方案的制定参照了伦敦的模式。首 尔交通拥挤收费的主要特点是降低收费时段的公交票价并加开班车，积极鼓励通 勤交通使用公共交通方式。这种做法使得进出市中心的私有车辆减少了2 2 ，大 大地缓解了交通压力。 ( 5 ) 挪威奥斯陆和卑尔根 挪威卑尔根市从1 9 8 6 年开始通过人工收费的方式对城市中心区域实施交通拥 挤收费政策。在1 9 9 0 年初，奥斯陆在市中心设立了1 8 个拥挤收费站，每天的收 费标准为2 美元，过往的车辆可以在收费站当场交款，也可以提前购买通行证并 贴在车身上，由专门通道通过。该工程还采用了视频车辆号牌识别系统以加强收 费项目的管理，由于其主要目的是用来增加交通财政收入，因而没有统计交通流 量的变化。 1 2 2 国内的研究情况 我国自上世纪8 0 年代起进入了道路建设大发展的时期，道路收费的研究也在 不断深入，涉及面也越来越广。关于交通拥挤收费的研究近年开始活跃起来，而 且，它被视为若干年内交通工程、系统工程、道路工程、电子工程、通讯工程、 控制工程、自动化、计算机等学科中的热门课题。随着经济的快速发展，区间交 流、市间交流越来越密切，交通量的逐渐增大，研究城市道路交通拥挤收费问题 有着重大的意义。 国内最先应用交通拥挤收费的城市是香港，早在1 9 8 5 年，香港就在中心商业 区进行了一项通过电子收费许可证( e l e c 仃o n i cl i c e n c e ，e l ) 的方式实施区域交通 拥挤收费政策的试验工程，这项工程在2 6 0 0 辆汽车上安装了电子许可证，同时在 道路上埋设检测器，驾车者通过检测器的时候车号被自动识别，预存账户的金额 也被自动扣除，而且还会定期的收到收据。该试验工程被成功实施，并使得香港 中心区的高峰车流量下降了2 0 ，而每年拥挤收费额也是运行费用的数倍以上， 是世界上成功的例子之一。 国内一些城市如上海、广州、杭州等近年来也进行了多次交通拥挤收费的尝 试，但是收效甚微，实施项目一般都是不了了之。 近年来，我国关于拥挤收费理论方面的文献也逐渐增多，史峰等人从系统网 e 塞交丝厶堂亟鲎位途塞缓盈 络扩容角度来研究城市交通拥挤收费对路网容量的影响1 3 i ；四兵锋、高自友的城市 道路平衡配流理论则为城市交通拥挤收费费率的确定作了基础性的分析【4 1 ；另外， 一些学者也在2 0 0 0 年左右开始上海交通拥挤收费的可行性研究【5 】，上海也是国内 除香港外最先应用交通拥挤收费的城市。但是，目前国内研究对于城市道路网络 中交通拥挤收费的收费标准和交通量转移的解析关系、拥挤收费对交通状况影响 模型的制定方法的研究还不够深入；交通拥挤收费理论和高速公路收费没有清晰 的界定。如何在城市道路网络平衡配流的基础上，进行拥挤收费费率的确定，并 基于此来分析交通拥挤收费政策在缓解交通拥挤上的效用和影响，是本论文研究 的重点所在。 1 3 本论文的研究意义、目标和主要内容 1 3 1 研究目标和意义 ( 1 ) 研究目标。通过对需求管理的重要措施交通拥挤收费的研究，把它 作为可行的方法来解决交通拥挤问题。提出交通拥挤收费的技术方案和实现方法， 研究拥挤收费的费率确定模型、影响评价模型，并使这些模型和实践相结合，为 缓解城市交通压力提供理论指导。 ( 2 ) 研究意义。理论上，丰富了交通工程学说，有利于国内专向的交通需求 管理研究理论体系的建立，有利于收费理论在城市交通领域的拓展，深化了道路 收费理论；实践上，为引进先进的交通需求管理技术提供了依掘，为用新的需求 管理手段解决交通拥挤问题作出了指导，有较大的实践意义。 1 3 2 研究内容 全文共分为7 章，第2 至5 章围绕本研究的主要内容进行了理论分析，第6 章为实例分析，最后一章是本研究的工作总结和展望。 第l 章为绪论，阐述了交通拥挤收费的具体现状和本研究的基本出发点、思 路和主要内容； 第2 章详细分析了道路交通拥挤收费的必要性和可行性，主要以北京为例， 根据它的现状进行论述； 第3 章提出了城市道路交通拥挤收费的技术构成和实现方法，并根据北京的 路网特点、土地利用结构进行了拥挤收费制式的研究； 第4 章是论文的核心部分，讨论了城市交通拥挤收费费率制定的平衡配流理 e 塞蛮运盔堂亟堂僮逾室 缝途 论，提出了基于交通拥挤收费的广义交通费用模型，平衡分配模型及其求解算法； 第5 章着重研究了交通拥挤收费的影响，影响分析主要采用交通影响评价中 经常使用的五个模型：交通流状况影响分析模型、交通方式选择影响模型、交通 拥挤收费有效性评价模型、交通拥挤收费经济性评价模型、公众态度分卡厅方法： 第6 章以北京市中关村区域为实例进行了道路交通拥挤收费研究。论文运用 t r a n s c a d 软件对论文的主要研究进行了分析。最后阐述了观点如果满足可行 性和必要性的前提条件，交通拥挤收费可在很大的程度上缓解城市的交通压力。 第7 章对全文的工作做了总结，提出了有待进一步研究的问题。 论文的框架、思路和研究的技术路线如图l 所示。 图l 论文的思路和框架 f l g 1a r c k t e c t u f e & 疗锄e o f t 王l i sd i s s e n 砒i 6 e 壅窑适盔堂亟堂垃迨塞e 塞越卫銮迪翅垃蝗堑些噩丝塑亘红性盆撮 2 城市交通拥挤收费的必要性和可行性分析 由于城市之间的地理位置、社会经济背景、交通状况、政策导向、居民生活 水平不同，在实施交通拥挤收费策略之前，必须从各个预收费城市的实际出发， 分析它的有效性和合理性。交通拥挤收费策略不可能适合全国每一座城市，但是 却可成为某些城市如北京、上海等用来缓解交通拥挤的有效手段。做好交通拥挤 收费的必要性和可行性分析，是该策略能否有效实施的前提。本论文仅以北京为 例，分析该策略在国内某些城市实施的必要性和可行性。 2 1 实施交通拥挤收费策略的必要性分析 2 1 1 社会经济背景分析 北京的社会经济背景决定了交通拥挤收费是解决城市问题的必要手段。 ( 1 ) 人口增长迅速 总体来看，近4 0 年来北京的人口始终处于不断增长的趋势。1 9 9 3 年国务院审 批的北京城市总体规划( 1 9 9 l 2 0 1 0 年) 预测2 0 1 0 年北京市的总人口将接近 1 5 0 0 万人，而实际上到2 0 0 4 年底，北京市总人口已经达到了1 4 9 2 7 万人，提前 六年达到了预期值；而2 0 0 5 年北京市常住人口已经超过1 5 0 0 万人，从2 0 0 0 年到 2 0 0 5 年五年之内增加了1 3 6 万人1 6 】，这意味着，如果缺乏有效的控制手段，北京 要想2 0 1 0 年将常住人口控制在1 6 0 0 万人以内是十分困难的，大量的人口存在， 势必带来了一系列交通拥挤和交通安全问题，这就给有效的交通管理带来了挑战， 如果缺乏科学的管理策略，交通拥挤问题将逐渐成为北京的顽疾。图2 说明了北 京近几年的人口变化1 6 j 。 ( 2 ) 就业岗位不断增加 根据统计数字，北京市2 0 0 5 年底全市可提供就业岗位5 8 1 3 万个，北京城市 布局决定了其经济的多核式发展，加上就业人口众多，因而通勤强度就非常大。 从北京城市土地利用规划( 图3 ) 可以看出，北京城市中心区土地开发利用强度明 显的高于其周边地区，未来几年内估计将形成中心城区过度开发、周边地区出现 多处“卧城”的情况，迸城和出城的通勤交通将成为未来的主导：此外，根据相 关部门预测，在未来1 0 年里，北京将会额外增加6 0 万个服务就业岗位，其中3 0 7 将分布在中心区。潜在就业人口的大量增长，对于交通状况已经严重恶化的中心 区来说，无异于雪上加霜。如果不采用新的交通需求管理手段，这种情况有可能 进一步恶化。图3 为北京市土地利用规划图。 图2 北京市人口增长变化图 “g 2 p o p d 砒i o n 笋o w i l lo f b e 巧i 1 1 9 图3 北京市土地利用规划图 f i g f 3p l a l l l l i n go f l a l l du s e f l 1 c t i o no f b c 面缸g a e 夏奎通太堂亟堂僮途塞j e 夏缝瑾窑重塑叠蝗萤堂噩世塑互堑焦筮蚯 2 1 2 交通现状分析 对于北京市的交通现状来说，迫切需要新的交通需求管理手段。交通拥挤收 费正是这种趋势的必然产物。 ( 1 ) 北京交通发展处于关键的历史时期 近年来，由历史问题造成的交通需求与交通供给结构上的矛盾日益凸现，交 通需求与供给在总量和结构上的不平衡引发了一系列问题。北京市的交通已经发 展到了一个非常重要的历史时期，2 0 0 8 年，北京市将举办奥运会，如何解决好现 状的交通拥挤问题，保持道路畅通，是北京目前面临的挑战。 首先，这个时期是北京处于城市空间调整，重新制定交通发展战略的历史时 期。2 0 0 4 年3 月北京市交委编制了新的北京城市交通发展纲要1 7 1 ( 下文简称 纲要) ，旨在引导北京能在这个非常时期做好交通需求管理；其次，这个时期 是北京交通需求结构发生深刻变化的历史时期。北京城市化与机动化水平正在急 剧增长，2 0 0 5 年，北京机动车保有量已经超过2 3 0 万辆【6 】，其中私人小汽车保有 量已经超过1 0 0 万辆。目前承担了市区全部客运量1 2 的小汽车，占据了市区道 路网负荷的7 7 。如果不采取积极有效的措施，居民出行将继续向资源利用效率 较低的个体化、机动化的交通方式转移；最后，综合的交通需求管理已经成为这 个时期北京交通发展的主要内容，它要求通过各种政策、经济、行政的手段对交 通进行引导、调节与管理。可见，在城市中心区实行拥挤收费，通过价格机制调 节路段上的车流量，缓解中心城区的路网压力，进而优化交通需求结构，是北京 交通发展到这个历史时期的客观要求。 ( 2 ) 北京市中心区和部分区域的交通负荷过重 近年来，我国大城市的交通量普遍增长，北京中心地区的道路在高峰小时更 是拥挤不堪。北京二环内的中心带交通负荷己接近饱和极限，2 0 0 5 年测得中心区 路网负荷度赢达8 6 8 ，且每年仍以o t 3 的速率增长：2 0 0 4 年，北京市有1 2 1 个 路口严重堵塞，至2 0 0 5 年增至3 9 1 个；市中心地区( 二环以内) 面积只占全市的 8 2 ，居民出行量却占全市总出行量的5 3 。按单位面积出行量计，市中心区已 达7 1 万人次，为二环与三环间单位面积出行量的2 4 倍、三环外地区单位面积出 行量的2 2 4 倍；就交通流分布来看，市中心流量占全市总流量的2 8 7 ，向心与 过境交通量占全市总流量的3 4 【s 】。 另外，北京市是一个多核心的大城市，部分区域的交通负荷通常是其它区域 的5 6 倍，如中关村地区、北京西站地区、南城的大红门地区等，这些地方的交通 管理效果很不明显，需要新的措施来改善交通状况。表1 说明了2 0 0 5 年北京路网 的负荷程度心j 。 9 e 塞銮适太堂亟茔僮迨塞 j e 塞越直銮适翅量蝗萤些垩丝塑互复世登蚯 表l 北京市路网负荷程度表 t a b 1 r o a dn e 似o r k1 0 a do f b e d i n g ( 3 ) 交通量增长迅速，公交服务水平低下 近十几年来，北京机动车和非机动车数量的增长十分迅猛。据统计【6 】，北京市 1 9 7 8 年到2 0 0 5 年汽车保有量由8 1 3 万辆增至2 3 0 多万辆，自行车由2 8 9 9 万辆增 至2 0 0 0 万辆，其年平均递增率分别为1 9 2 与1 1 7 ，摩托车年平均递增率高达 2 0 ，全市客运量平均每年递增1 2 7 。 随着机动车辆数量的不断增长、交通量的迅速增加，城市中心区的车速不断 下降。北京市中心区公共交通在高峰小时的平均车速上世纪5 0 年代为3 0 3 5 k m l l ， 6 0 年代为2 5 3 0 k 1 1 1 ，7 0 年代为2 0 - 2 5 k m m ，8 0 年代为1 4 2 0 k n l ，1 1 ，进入9 0 年代， 有些路段只有1 0 ，1 5 1 ( 1 1 1 l l 。 由于大量客流亟待疏散、公交车辆的准点性不高，使得它的停站到站时间延 长；同时，混合交通系统中，自行车、小汽车等较灵活的交通工具普遍的见空就 钻，导致整个系统中违章现象严重，公共汽车的服务水平降低。 所以，如何通过有效的交通管理措施，提升公交的服务水平，是北京面临的 一个难题。 ( 4 ) 城市交通拥挤问题给北京带来严重危害 交通拥挤已经成为世界性的城市公害之一，它不仅给社会造成巨大的经济损 失，而且直接影响城市交通系统的运营效能，同时制约城市的可持续发展。 就个体交通而言，交通拥挤明显提高了各种交通方式的出行时间与经济成本， 给个人带来了时间上的浪费：对城市运输系统而言，交通拥挤对它的运行效能的 影响更是直接，交通拥挤降低了交通基础设施的使用效率，扩大了各种交通方式 的时间和空间需求，刺激交通方式朝效率低下的个体化交通方式转移，客观上增 加了城市交通成本，这样就会形成一种恶性循环。如果不能及时的采取措施，任 其发展，就会引发交通事故，甚至使得整个交通系统陷入瘫痪状态。 此外，交通拥挤还带来城市可持续发展问题，交通拥挤最主要的影响就是汽 车的能耗问题。由表2 可知，汽车在拥挤状况缓慢行驶的条件下，能耗是正常行 驶的1 5 - 2 0 倍，根据现状观测，北京二环主路高峰时段的平均车速为2 0 k n 讹，小 汽车约占二环主路交通流量的8 8 9 ，公交车约占8 ，对于l 公里的二环路，l i o j t 宝銮适盔堂亟堂熊论塞 e 塞越查銮适翅量蝗壁堂噩世塑卫赁丝筮撮 小时的交通拥挤至少会造成1 0 公升以上的汽油浪费。表2 说明了不同交通流状态 下车辆的能耗8 1 。 表2 不同交通流条件下乍辆的能耗 t a b 2 e n e 盼c o n s u m p t i o no f v e h i c l e su n d e rd i 仃c r e n tt r a 衔cn o ws i t i l a t i o n 道路平均速度( k m h ) 6 03 0 6 0l o 一3 0 o 0 9o 0 9 0 1 0 6o 1 0 6 0 2 2 5 0 2 2 5 平均油耗量 小汽车人均 0 0 5 6 20 0 5 6 2 0 0 6 60 ，0 6 6 - 0 1 4 0 0 1 4 0 l k m “ 公交车 o 2 7o 2 7 一o 3 2 40 3 2 4 0 8 5 o 8 5 公交车人均 0 0 0 9o 0 0 9 一o 0 1 1o 0 1 1 0 0 2 8 o 0 2 8 交通拥挤还带来了空气污染，交通尾气排放已成为北京市大气污染首要污染 源。在城市交通拥挤状况下，机动车辆频繁地启动、加减速，不但增加了能耗， 而且加大了尾气排放。掘研究估计机动车尾气排放量与贡献率分别为大气污染总 量的8 4 和7 3 1 9 】。 2 1 3 交通拥挤收费的作用分析 交通拥挤收费的作用决定它是解决北京市交通拥挤问题的新思路。通过对城 市中心区的收费，既可以缓解北京的交通拥挤，收集到的资金还可以用来改善城 市中不容乐观的公交状况、治理大气污染、促进城市的可持续发展，为2 0 0 8 年的 “人文交通”打下良好的基础。 ( 1 ) 交通拥挤收费可以抑制交通需求 从交通需求的角度出发，对交通产生进行全过程的主动控制是交通拥挤收费 的一个重要目标。交通出行产生的过程必须经过出行选择的过程，这一个过程就 是出行者自身的成本一效益分析过程，如果某一次出行的交通成本超过出行者的 忍耐程度或支付能力，出行者往往会放弃这次出行，或是进行新的路径选择。拥 挤收费对于弹性交通需求来讲更为有效，因为弹性需求的出行成本可以根据弹性 的路径选择来确定。 ( 2 ) 交通拥挤收费可以改变出行者对不同交通方式的选择。 城市交通按照交通方式划分为公共交通和非公共交通( 私人小汽车、摩托车、 自行车等) 。由于城市交通拥挤收费的主要对象是私人小汽车，在收费的情况下， 私家车司机必然会为节省出行成本而改变出行方式。在这种情况下，公交的出行 份额必然提高，从伦敦的收费经验中可以得出，交通拥挤收费能使得公交的出行 份额提高l o 以上。 在一定社会经济发展水平的条件下，由于人口在短时间内处于一种平衡的、 不发生变化的状态，因此，以人为单位的交通需求是相对稳定的，道路交通需求 的最大影响因素就变为了交通结构【l “j 。由于公共交通的效率远大于其它交通方 式，各国都把优先发展公共交通作为城市交通发展的一条根本性战略。但是，城 市公共交通优先发展不仅取决于公共交通系统的性能，而且受制于小汽车交通特 别是私人小汽车交通是否得到有效的控制。 我国许多大中城市公共交通的发展受到小汽车交通的巨大冲击，公共交通所 占的比例持续萎缩。城市交通拥挤收费在战略、投资、管理等方面都可为公共交 通的优先发展创造制度条件。首先，在拥挤时段可以赋予公共交通免费通行之外 更多的优先通行权，从而可以有效提高公共交通的出行比例：其次，通过拥挤收 费筹集的资金可以追加公共交通的投入，提升公共交通的容量、改善公共交通的 服务水平，使公共交通系统处于良性的循环中；另外，拥挤收费真正实现了根据 交通方式的效率来分配道路的优先使用权，体现了各种交通方式之间的社会公平， 相对于“公交车道优先”等行政管理手段，城市交通拥挤收费更能使公交优先权 得到真正体现，进一步优化出行者对出行结构的选择。 ( 3 ) 交通拥挤收费有利于提高路网的整体效益 根据交通流理论，道路交通量达到一定的数量时，车流丌始不稳定的出现波 动；交通量达到道路最大通行能力的8 0 左右，系统稍受干扰，车速继续下降， 道路通行能力将急剧下降i 】3 1 。因此，在交通拥挤状态下，道路整体运营效率低下。 如果实施拥挤收费，通过科学的收费策略，能使路网交通量控制在理想的水平， 就能使路网的整体运营效率得到提高。国外就有这样的先例新加坡实行拥挤 收费后，进入控制区域的机动车由7 4 0 0 0 辆天减少到4 1 5 0 0 辆天，早晚高峰的平 均车速由1 8 l ( r r 沛提高到3 5 k n 讹。伦敦市在核心区实行拥挤收费后，中心区交通流 量减少了大约2 0 ，堵车时间下降了4 0 左右，行车速度提高了3 0 【1 0 】。这些实 践经验证明，拥挤收费能使城市路网的总体运营效率得到提升。 2 2 交通拥挤收费策略的可行性分析 2 2 1政策可行性分析 实施交通拥挤收费政策是北京城市规划的总体思想的体现。北京市城市总体 规划( 2 0 0 4 2 0 2 0 ) 1 1 4 】要求新阶段交通发展模式为：在城市中心区干道网络突出 公共交