城市交通系统供需失衡的系统层次分析

城市交通系统供需失衡的系统层次分析

0基于分析过程的分析过程城市公共交通是城市发展的重要职能，在维持经济发展和人民生活方面发挥着重要作用。随着经济水平的快速发展和城市化进程的加快，人们的交通需求日益增加。然而，由于城市交通供应的固有局限性和时间限制，城市交通供需矛盾日益尖锐，交通拥堵频繁发生。如何缓解城市交通的交通拥堵已成为国内外专家和科学家的中心主题[1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16和17]，然而，传统的城市交通供需平衡分析通常缺乏明确的层次框架，这往往导致交通拥堵时舍本的出现。本文运用循环系统法对城市循环系统供需平衡的机理进行分类分析，建立了一系列层次的系统框架，指出了不同层次的舍本安排现象的两个主要原因。通过分析，交通供需双方是具有利益冲突和动态反应特征的博弈关系。通过这种博弈关系对城市交通供需平衡的影响分析，提出了调整城市交通供需平衡关系的两个战略思维框架。1交通供给侧的需求增长效应为了缓和日趋尖锐的交通供需矛盾,满足人们的出行需求,政府有时投入了大量资金新建道路、扩充道路容量,可是仍无法有效解决交通拥挤问题.20世纪80年代初,北京为了解决旧城区道路拥挤的问题,曾连续数年投入巨资,拆迁了很多房屋,改善了数十个平交路口及一批瓶颈路段.虽然,在一段时间里,确实使旧城区道路交通状况有所改善,然而,仅过数年,由于道路条件的改善,旧城区吸引的穿城交通量大幅度上升,拥堵再次升级.城市交通是个众多因素相互关联的动态系统,管理者为改善系统的状态而改变某个因素,会引起众多因素的系列变化,而变化的最终结果往往与管理者的初衷大相径庭.例如,管理者观察到交通拥挤,理解为交通的供不应求,采取新修和拓宽道路的措施,力图通过增加道路供给在短期内建立起有效的改善交通状况的负反馈控制回路.但是,这一举措对交通系统的影响并不仅限于此.图1中标明了另外的两个影响力.其一、交通的供给增加了交通出行量的吸引,而快速增加的交通需求量又使有限增加的道路通行能力难以匹配,结果拥挤加剧;其二、修路扩容需要消耗大量的资金和资源,占用了政府的财政支出,从而减少了其它交通项目(如公交建设、智能交通等)的投入,导致真正对症下药的措施难以实施,无法从本质上改变交通的拥挤状况.可见,采用修路扩容的方法是一种“舍本逐末”的表面控制方法,其实质上是一种无效益和效率的方法.出现这一现象的两个重要原因是缺乏对失衡根本原因的认识和在选择管理举措时,不能客观评估其有效性.只有找出失衡的根本矛盾,采用标本兼治的方法合理平衡交通供需,才能使交通拥挤得到改观.要找到交通供需失衡的根源,管理者必须建立一个正确的分析框架,只有找准问题所在的层次和范围,才能找到正确的行动方向.要找准问题所在层次,首先要对造成城市交通供需失衡的原因进行分析和层次区分.2城市交通系统应具有以下方面的提出城市交通系统的供给与需求是一对相互影响、又相互制约的矛盾统一体,始终处于一个此高彼长的胶着状态.当交通供需双方对交通产品及服务的各项属性(时间、空间、数量、方式、质量等)的要求上的不匹配导致城市交通系统不能发挥预期水平的各项功能(交通、效率、环保、使用公平等)时,城市交通供需失衡就出现了.城市交通系统供需失衡主要体现在交通供给与需求的结构性失衡和耦合性失衡两方面.2.1城市静态交通与动态交通的失衡为交通未可为城市交通供需的结构性失衡可从供给和需求两方面来说明.从交通供需产生的机理看,城市土地利用与路网布局的失衡是一种主要的城市交通供需结构性矛盾.狭义的城市交通供给结构由城市道路网络(行车道路、步行道路)、停车设施、各种交通工具构成.而从交通需求的产生机理来看,城市人口规模和土地利用形态决定交通需求的总量和时空分布特征、出行生成强度和流向.一个城市的交通拥堵问题可能源于城市路网布局没有充分考虑到城市形态、人口分布等需求因素,也可能源于城市布局没有考虑到交通瓶颈的影响,从而导致城市土地利用与路网布局的失衡.如区域中心城市为了改善人口和工商业活动高度集中的市中心区的道路交通状况,纷纷进行老城区的改造和扩建新城区.由于城市规划中缺乏对交通发生源的考量,行政、医疗、教育、商务中心并未迁出老城区也未在新城区新建,而外迁人口又多以自行车和公共交通为通勤工具的工薪阶层,不愿意搬迁过远.这就导致了城市建成区像摊大饼式的向四周蔓延.这样的城市郊区化不仅没能减轻原市中心区的交通负担,而且还引发了大量不必要的交通量和远距离出行,甚至可能使部分居民由公共交通转向自驾车出行,进一步加剧城市交通的拥堵状况.在交通需求一定的情况下,由于不同的交通方式(私家车、公交车、地铁、出租车、自行车和步行等)在占用资源、运输效率等方面有较大差别,不当的交通供给结构会导致不同交通方式之间的比例失衡.如泰国曼谷人口密度每平方公里约3000人,平均每2.5人拥有一辆小汽车.曼谷市中心高峰期的平均车速为每小时3公里,堵车时间可持续1~2小时.曼谷市政当局计划到2010年增加的3条快速交通线也只能提高每小时1公里的速度.机动车过度增长超越了城市交通管理的最大效能而致使城市交通陷于混乱、失控、效率低下,最终导致时间浪费严重和行车成本损失巨大.此外,城市静态交通与动态交通的失衡也是交通供给与需求的结构性矛盾之一.完善的城市道路交通系统还应当包含完备的停车设施.当交通枢纽站缺少足够容量的停车场的支持时,占道和乱停乱靠就会发生,进一步降低道路的通行能力.而英国牛津等城市早在20年前就开始实行“停下(小汽车)乘坐(公共交通)”(Park&Ride)的交通政策,在市郊修建大型免费停车场,要求小汽车的拥有者一进入市区必须乘坐公共交通工具,从而显著地改善了城市的交通状态.2.2出行人群的耦合性失衡.基于出行过程除了城市交通供给与需求的结构性失衡外,交通供给的刚性与交通需求的柔性,也会造成供给与需求在出行方式(交通模式)上、时间和空间上的不耦合,即耦合性失衡.它往往是由于管理者的政策和管控策略不当或疏忽使得出行者出行行为的群体反应超出管理者的预期而引起的.它的具体表现之一是在一定交通供给结构下,在交通模式上表现为不均衡的需求.例如,政府提出“鼓励轿车进入家庭”本意是满足居民对舒适、机动、灵活的中远距离出行的需求,拉动我国汽车工业的发展,加速我国工业化进程.但是,由于轿车所特有的机动性和舒适性,往往使出行者在出行时即使是短距离也首选轿车.其结果就是有限的道路空间承载了过多的机动车辆,导致交通拥堵.它的另一种具体表现是由于不当的道路收费,尤其是过桥收费以及/或路况信息的不对称使得许多出行者的出行存在原本不必要的绕行,在空间上表现为部分地区拥堵不堪,而部分地区交通设施未被有效利用.例如南京一段时间,长江二桥过高的收费使长江一桥依旧拥挤而未能充分发挥新桥的分流作用.耦合性失衡的第三种具体表现是由于出行人群有统一的节假日和统一的通勤时间,交通流在时间上表现为有规律的高峰期和低谷期.例如,大都市早上从多个郊区居民区涌向市区商务区的早高峰期和晚上反向的晚高峰期.耦合性失衡的表现还有很多,它们的共同特点是由于出行者追求个体效用最大化的能动反应行为引起的失衡,反映了交通供给与出行群体的群体反应的不匹配.2.3耦合性失衡是交通供给与需求的协同机制综合两个层次的交通供需失衡,可以得到城市交通失衡的层次分析及控制如图2所示.可见,由于城市交通供给是政府行为,而交通出行需求则表现为个体的行为,供给者与需求者之间存在博弈关系,各自都有不同的追求目标.在一定时期内,城市交通供需的平衡是相对的.当供需双方中的一方的行为发生变化,原有的平衡就可能被破坏.供给的有限性与需求的无限性导致供需的结构性失衡,而供给的刚性与需求的柔性则导致供需的耦合性失衡.耦合性失衡是可能单独存在的,而结构性失衡往往与耦合性失衡共同发生.在许多情况下如果忽视了耦合性失衡作用的存在而片面地去解决结构性问题往往难以奏效.例如,当管理者发现路网结构中有时常拥堵的瓶颈部分,想要增加一条道路来解决这一结构性问题,如果忽略了确实存在的耦合性失衡,就可能导致“路修到那里,就堵到那里”的Braess悖论.要解决城市交通拥挤问题就必须解决供给与需求的失衡问题.只有交通供给与需求协调发展,达到供给与需求的结构性平衡与耦合性平衡的统一,才是一个理想的城市交通系统.政府要有效调节供需,首先要确定城市交通供需失烩的关键层次,是单纯耦合性失衡还是结构性和耦合性同时存在的综合性失衡,从而确定相关系统的层次和范围.3基于演化博弈理论的出步性由图2可见,城市交通供给与需求的平衡机理实质上是政府决策者与出行者之间的博弈机理.因此,在研究交通供给时,必须要考虑到需求者的反应,否则就可能达不到预期的目标.而已有的研究,有的借助统计分析的方法来研究城市交通供给与需求之间的相互关系,忽略了交通供给主体与需求主体之间博弈关系,难以揭示城市交通供需平衡的内在机理.有的以交通配流模型作为讨论交通系统供需关系的基础,但是,该类模型在出行群体的类别差异(如个体出行、集团出行)、行为准则的差异以及出行群体对供给方的政策管理举措的对策行为如何演化方面也存在明显的不足.其实,城市交通系统是一个大量复杂个体(出行者、管理者)相互作用的巨系统.在这个系统中不仅管理者和出行者之间存在互动的博弈关系,而且出行者在选择交通出行方式、选择出行路径、选择出行时间时,彼此之间也存在博弈关系,并且是一个动态的演化过程.出行者个体的相互作用和不确定性的存在是出行者行为演化的基础.为了洞悉城市交通供给与需求的耦合性失衡和结构性失衡的机理,需要更贴合实际地刻画出行群落的能动反应的行为特征.博弈论作为一种有力的竞争行为分析工具,已经成功地应用于交通领域的对策行为问题研究,有了不少研究成果.另一方面,近年来基于有限理性的演化博弈论应用的领域也越来越广泛,运用于城市交通系统也有了初步的研究成果.演化博弈理论将博弈理论分析与动态演化过程分析结合起来,研究“种群”的演化性选择行为,而非单一参与者.演化博弈理论假设参与人有限的知识水平、有限的推理能力、有限的信息收集及处理能力,主体的决策行为受到其所处的社会环境、过去的经验、日常惯例等因素的影响,参与人只可能采取模仿、学习等直观方法来进行决策.这些假设与城市交通系统中的出行者的行为特征较为相符,因而可以作为刻画工具.在此基础上,可以建立基于供给者与出行者之间的Stackelberg博弈关系的决策模型.其中交通供给者是leader,决定最优的供给结构或交通管控策略(如收费、交通信息诱导等);出行者是follower,并将得到的出行群落的演化模型作为出行者的决策模型,分别运用灵敏度分析方法和仿真手段,分析交通供给结构或交通管控策略的改变对出行者的影响,以及对耦合关系的影响.由于城市交通系统中管理者和出行者通常存在严重的信息不对称情况.为了真实刻画交通供需双方及出行群落之间在信息不对称情况下的行为特征,还可以将交通供给者和交通需求者之间的博弈模型推广至信息不对称的情形,建立不完全信息的博弈模型,分析交通供给的效率,以及相应的管理控制策略对平衡控制的有效性及其激励措施.4交通模式、交通模式和交通资根据本文的城市交通供需失衡的两个层次的划分,及其交通供需双方的博弈关系分析,政府部门可以首先识别和区分问题所在的关键层次,找准要害,采取相应的控制措施.根据城市交通供需双方关联作用的时空范畴,城市交通供需关系的结构层可以细分为四个子层面:城市战略定位、城市综合规划、城市交通规划和城市交通结构调整,如图3所示.这样可以对同属于结构性失衡的交通问题进行更为准确的定位.首先,政府在城市战略定位时要充分考虑城市的人口、经济、政治、自然等发展因素,为城市交通供需的规模定下基调;在此基础上,开展城市综合规划,决定土地利用,功能分区,人口、就业岗位等分布,在宏观上决定了交通发生、吸引、分布和城市交通的主要流向与流量,从而政府对交通需求结构进行宏观调控.接着,制定城市总体交通规划,具体规划城市路网结构、交通结构、交通枢纽、站场、港口布局及对外交通干线等专业规划,从而通过规划城市交通的供给结构,确定交通设施和客货运在城市空间范围的分布.再次,交通管理部门根据实际交通供需演化的需要对交通结构进行局部、阶段性的调整.例如,对于城市土地利用与路网布局的失衡,要求政府提高城市规划水平,合理考虑人群分布和不同出行类型的需要,完善人居环境和工作环境的匹配,避免不合理的布局造成交通总量的增加.对于交通模式的失衡,管理者要在交通规划中坚持公交优先,并制定政策法规、投入资金,大力发展公交,提高道路交通资源的利用率.对于耦合性失衡可以采用动态的实时的交通信息诱导或/和经济诱导的控制手段,来弥补交通供给结构刚性的局限.例如用智能交通系统和弹性工作制来均衡交通流在时空的分布.再如,对于过量的短途出行轿车的使用造成的耦合性失衡,应该制定相应政策,如拥挤收