擁堵收費對區域及周邊交通影響分析

范婷婷,劉英舜

（南京理工大學自動化學院，南京 210094）

交通擁堵費是指在交通擁堵時段對部分區域道路的使用者收取的一定費用[1]，以減少區域道路交通流量。擁堵費的本質是一種交通需求管理的經濟手段，其目的是利用價格機制來調整城市道路高峰期的車流密度，改變交通流的時空分布，從而緩解城市交通擁擠，提高整個城市交通的運營效率[2]。我國的交通形式為混合交通，各種交通流之間相互影響[3]。交通擁堵所帶來的空氣污染、噪聲污染等日益嚴重，為了緩解交通擁堵，針對私家車數量的增加，許多城市采取了一系列有效的措施，主要為提高交通供給能力。然而，由于土地資源的不可再生，當道路擴建到一定程度后，在提高城市道路的交通供給能力方面遇到了瓶頸。征收“擁堵費”作為交通需求管理的一種方法，正成為許多大城市緩解交通擁堵的手段。

收費的主要目的是抑制私家車的出行。征收擁堵費對交通的影響主要體現在兩個方面：收費區域交通情況的改善及周邊道路交通情況的變化。本文基于實際調查數據，利用Matlab進行擬合，得到隨著收費金額的變化，私家車出行者的出行方式比例的變化。據此對出行者改變出行方式和改變出行路徑兩方面進行研究。

在不同收費標準下，根據其出行需求的迫切程度，部分出行者可能會選擇改變出行路徑，選擇收費較低的道路出行，這部分出行者減輕了當前道路的交通壓力；另一部分則會選擇改變出行方式；甚至會有部分出行者錯開收費時段出行。文章主要研究前兩類出行者對交通路網的影響。

1 調查分析

為便于得到相關參數和后續建模，針對城市中心和大型居民區集中地等較擁堵地區展開調查，調查城市為南京，地點為中央路、中山路、中山東路、中山南路、龍蟠路等5條最為擁堵的城市道路沿線，調查對象為該范圍內利用私家車出行的居民。

本次調查樣本量為200，采用RP+SP調查方法，設計調查問卷，調查出行者在不同收費額度下將選擇的出行方式。

調查結果用Matlab數據擬合后，出行者出行方式改變的比例與收費金額的關系擬合如圖1所示。

圖1 不同收費金額下私家車出行者各類出行方式改變的比例

實際調查中發現，當收費金額大于20元時堅持開車計費的比例趨近于0，這不符合收費緩解擁堵增大交通流量的初衷。因此，擬合曲線時所得出的擬合公式僅針對收費金額在[0，20]的情況。圖1各曲線擬合公式為：

由圖1可以得出以下結論：

（1）隨著收費金額的增加，出行者中選擇錯開高峰時段出行的比例最終趨近于25%左右，這是因為選擇這種改變方式的出行者其出行目的比較不固定，出發時間可隨個人意愿調整。但這部分比例遠小于改變出行路徑出行以及改變交通方式出行的比例之和，這是由于調查中有59.29%的私家車出行者的出行目的是通勤和接送小孩上下學，這類出行者的數量超過總出行者的一半，因其對時間要求較高，出行的時間段較為固定，因此不會選擇錯開高峰時段出行。

（2）3種出行方式改變的比例變化趨勢比較相近，都是隨著收費金額的增加，各類改變方式的比例隨之增加并最終趨于穩定。

（3）如果進行擁堵收費，私家車出行者更傾向于改變出行路徑和改變交通方式來避免收費，當收費金額為0～10元時，出行者改變出行方式的比例隨著收費金額的增加明顯增多，而選擇改變出行路徑的比例增加較為緩慢，且由圖1可以看出，選擇改變交通方式出行的比例最終趨近于40%，選擇改變路徑出行的比例趨近于30%左右。這表明，如果開征擁堵費，私家車出行者更傾向于改變交通方式來避免收費。

（4）圖1表明，在收費金額區間內，最終仍有5%左右的人堅持私家車出行，即私家車出行者有一部分人出行時間價值較高，他們不會在意收費的多少，而更重視出行過程的舒適性、便捷性以及出行時間效率。由于正常不收費時，出行者選擇的路徑都是經驗里的最短路，收費后，部分出行者選擇改變其出行方式，使得收費道路更加暢通，因此出行時間價值較高的這部分出行者不會改變其出行方式。

2 模型建立

2.1 出行者改變出行交通方式

通過調查結果分析，選擇改變出行交通方式的出行者對交通方式的選擇如表1所示。

表1 私家車出行者選擇其他交通方式的比例

由表1可以看出，選擇改變出行交通方式的出行者中，51.50%樂于選擇地鐵出行，這將大大減小地面交通的壓力，為地面交通車輛提供更加順暢的道路通行。同時可以看出，25.15%的出行者將選擇非機動車出行，不會對機動車通行造成影響。選擇改變出行交通方式的出行者中，11.38%和11.98%傾向于選擇公交車和出租車出行，這部分出行者仍被納入地面交通通行效果的考慮中，其中出租車納入私家車考慮的范疇。私家車出行者轉向公交車和出租車出行的比例系數為α1=11.38%，α2=11.98%。

2.1.1 出行者改變出行方式后收費區域的交通量模型

假設收費前交通小區OD間出行者總量為Qij，且收取擁堵費前后各個交通小區出行總量不變（僅考慮會經過收費區域的區間出行）。

建模目的為計算收費后經過收費區域的交通流量，包括堅持開車計費的這部分私家車流量、轉向地面公交出行導致的增加后公交流量以及部分轉向出租車出行所增加的流量。此處將增加的出租車流量納入私家車范疇。

假設收費前私家車和地面公交的出行分擔率為Pij私家收費前、Pij公交收費前，則：

式中：ΔQij出租車為收費后選擇出租車出行的出行總量；α2為常參數，轉向其他交通方式出行的私家車出行者中選擇出租車出行的比例；y3為公式（3），收費后私家車出行者轉向其他交通方式出行的比例；n私家、n公交為在單位時間內通過收費區的私家車和公交車的數量；t為觀測時間；Qij為t時段內從交通區i到j的通過檢測區段的出行人數；y2為公式（2），收費后私家車出行者選擇改變出行路徑的比例；y4為公式（4），收費后堅持開車計費的私家車出行者比例；α1為常參數，轉向其他交通方式出行的私家車出行者中選擇公交出行的比例。c私家為平均每輛私家車的載客量，取1.5；c公交為平均每輛地面公交的載客量，取100；Q總為交通量；x為收費金額；b為公交車的平均當量小汽車換算系數，取1.2。

2.1.2 實例分析

中央路、北京東路、龍蟠中路、內環南線圍合形成收費區域，地鐵2號線與中山東路將收費區劃分為4個交通小區，4個交通小區之間OD出行矩陣如表2所示。

表2 4個交通小區間的OD出行矩陣 千人次

假設收費前后交通小區之間OD出行總量不變，利用Matlab畫出式（4）的函數曲線，即為基于改變出行交通方式下擁堵收費對私家車出行者出行的影響。橫坐標代表收費金額，縱坐標代表收費后收費區域的交通量，如圖2所示。

圖2 不同收費金額對收費區域交通量的影響

由圖2可以看出，隨著收費金額的增加，收費區域的交通量逐漸減少，最終趨于穩定。根據圖2的曲線斜率可見，隨著收費金額的增加，交通量對金額變化的靈敏度減小。即增加相同金額的收費，交通量的減少程度逐漸降低并最終趨于零。另外，當收費金額為0～12元時，收費金額的變化對私家車出行者的影響較大，這是因為在這段收費區間，收費影響到的不同收入的私家車出行者范圍較廣，中低收入水平的私家車出行者在收費區間內大部分已經被影響，而此后的收費區間收費金額較高，在此區間內，只有部分不在意收費金額，只在意出行效率的私家車出行者繼續堅持開車計費。因此，盡管有11.38%的私家車出行者選擇轉向公交車出行，增加了收費區域公交車的交通量，但由于收費對私家車的抑制作用較大，整個收費區域的交通量得以減小，即達到了緩解交通擁堵的目的。

2.2 出行者改變出行路徑

2.2.1 分配思路

對于出行路徑的選擇即為“四階段”中交通量分配的過程，將收費前后道路交通量的分布進行對比。收費前，私家車出行者駕車出行所產生的交通量全部分布于最短路上，這里的最短路是指出行時間最短。針對最短路開征擁堵費，收費后，私家車出行者不僅考慮出行時間，還需考慮出行費用，導致該路段路權變大，因此產生一部分轉移出行路徑的出行者，論文將利用容量限制法對這部分私家車出行者所產生的交通量進行重新分配。在此分配過程中選擇美國聯邦公路局路阻函數模型：

式中：t為兩個交叉口之間的路段行駛時間；t0為交通量為零時的路段行駛時間；V為路段機動車交通量；C為路段實用通行能力；α、β為參數。

用上述方式在特定時段進行分配，分配后路段交通量分為兩部分，一部分是收費路段內，堅持開車計費和轉移交通方式所產生的公交車、出租車交通量，另一部分是由于想繼續開車出行但不能忍受收費金額選擇轉移路徑的這部分私家車交通量。錯時段出行的私家車出行者由于在此時段內不出行，此處不予考慮。而選擇電動車及自行車、地鐵的這部分私家車出行者由于改變了交通方式，不再參與此分配過程。

2.2.2 實例分析

中央路、北京東路、龍蟠中路、內環南線圍合形成收費區域與地鐵2號線、中山東路形成道路網，為便于計算分析，簡化結果如圖3。

圖3 道路網結構圖

圖中共9個節點，邊上的數字代表路權。設起訖點為①和⑨，其中主干道①-④-⑤-⑥-⑨路段由中央路、中山東路、龍蟠路組成，通行能力為5 000輛/h，其余路段道路通行能力為1 500輛/h。

T=250.1千人次

以2.1.2的實例為基礎，出行總量：T=250.14人次。

收費前，在道路上行駛的私家車交通量為：

式中：Pij私家收費前假設為0.5，t=10。因此Q0=8 336.7輛/h，此交通量在收費前全部分布于①-⑨之間的最短路①-④-⑤-⑥-⑨上。在開征擁堵費前，起訖點為①-⑨之間的出行，由于路徑①-④-⑤-⑥-⑨是時間上通行的最短路，私家車幾乎全部選擇該路徑出行，導致該路徑交通超負荷，道路擁堵不堪。

假設對該條路段進行擁堵收費，要使得收費后該路段的交通量在其通行能力范圍內，由圖2可知，對該段道路的收費應大于2.74元/次。設該路段收費4元/次，根據圖4，此時收費路段內的交通量為3 902輛/h，約為該路段道路通行能力的78%，此時車流穩定，雖有一些延遲，但在可接受范圍之內。分配結果如圖4所示。

收費后，選擇改變路徑出行的私家車出行者產生的交通量為：

對這部分流量采用三級分配方法（5∶3∶2）分到路網上，其中路徑④-⑤-⑥為收費路段。因此，進行這部分交通量分配時避開該路段。

分配過程：第一次分配50%，即分配800輛，計算的最短路為①-②-③-⑥-⑨，分配并重新計算①-②-③-⑥-⑨各邊的路權；第二次分配30%，即分配480輛，計算得最短路為①-②-③-⑥-⑨，但若將這部分流量分配到該路徑，則該路徑上的交通負荷將超過其通行能力，因此，將480輛分配到另一條路徑①-④-⑦-⑧-⑨上，分配并重新計算①-④-⑦-⑧-⑨各邊的路權；第三次分配20%，即分配320輛，同理第二次分配計算得最短路為①-④-⑦-⑧-⑨。分配的最終結果如圖5所示。

圖4 4元/次收費路段交通量分配情況

圖5 收費10元/次交通網絡交通量分配情況

收費前后對比分析：收費前，私家車交通量主要集中于路徑①-④-⑤-⑥-⑨路段中，對該路段造成極大的交通壓力，導致城市中心區路段一直處于擁堵狀態，造成交通延誤。收費4元/次時，由圖4可以看出，一部分私家車為避免收費，選擇改變出行路徑出行。因此，其余路段也有了合理的交通量分布，收費路段交通量明顯減小，整個路網中交通量的分布較為均衡，道路因此變得更加暢通。

3 結論

論文主要通過分析，得出以下結論：

（1）征收擁堵費后，大大減輕了道路交通壓力。部分私家車出行者轉向地面公交出行，使得私家車在出行交通量中所占比重降低。 隨著一定范圍內收費金額的增加，駛入收費區域內的交通量減少，交通擁堵得到相應程度的緩解，其緩解效果隨著收費金額增加逐漸降低。

（2）對周邊交通征收擁堵費后，部分人仍堅持開車出行，但為避免收費他們選擇改變出行路徑。這部分私家車出行者減輕了收費區域的道路負擔，轉向其他可替代道路，在合理的收費額度下，一定程度上增加了周邊道路的交通量，使周邊道路資源得到合理利用，大大減少了該路段的交通壓力，因此，收費后對收費路段交通擁堵的緩解十分有效。

（3）擁堵收費過程中，不僅要考慮收費后收費道路交通狀況的改善，還需考慮若收費金額確定不當，或只為緩解收費區域交通壓力，帶來的對周邊道路交通的影響，需要進一步研究。

參考文獻

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