【正文】 ，為第五章打下基礎(chǔ)。4 交通配流理論基礎(chǔ)，運(yùn)用邊際成本定價(jià)理論來(lái)制定收費(fèi)策略已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)實(shí)的需要。瓶頸模型作為內(nèi)生出發(fā)時(shí)間的排隊(duì)擁擠模型，清晰地論述了排隊(duì)擁擠地消漲過(guò)程和用戶的出行時(shí)間決策，但其中嚴(yán)格的假設(shè)條件使模型過(guò)于簡(jiǎn)化。在動(dòng)態(tài)收費(fèi)方式下，一定時(shí)刻的收費(fèi)水平等于不收費(fèi)平衡時(shí)該時(shí)刻用戶的等待時(shí)間費(fèi)用，這樣就能以收費(fèi)取代排隊(duì)等待時(shí)間費(fèi)用使平衡條件滿足，瓶頸滿負(fù)荷運(yùn)行且無(wú)排隊(duì)現(xiàn)象。每個(gè)用戶對(duì)何時(shí)從生活區(qū)出發(fā)進(jìn)行決策，以減少其出行總費(fèi)用。早到和遲到的費(fèi)用稱作計(jì)劃延誤費(fèi)用（schedule delay cost）。瓶頸模型假定用戶行駛于一條連接生活區(qū)和工作區(qū)的公路上，公路入口處有一個(gè)通行能力有限的瓶頸。在靜態(tài)收費(fèi)理論中，出行需求和出行成本不隨時(shí)間發(fā)生變化，因此靜態(tài)模型收費(fèi)理論不能分析車輛排隊(duì)的消漲過(guò)程，不能分析用戶關(guān)于出行時(shí)間的決策行為，不能分析不同時(shí)間價(jià)值的人們對(duì)收費(fèi)政策的不同反應(yīng)，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的收費(fèi)體制。邊際成本定價(jià)理論把各種交通方式等同起來(lái)，忽略了他們之間的可替代性。 （2）該理論的最終定價(jià)是邊際社會(huì)成本與邊際個(gè)人成本之差，然而這兩個(gè)參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中是很難得到的，很難用具體的數(shù)值量化。該理論沒(méi)有考慮到交通擁擠在空間上的分布，忽略了不同路徑之間的相互替代性，尤其是在市區(qū)，道路發(fā)達(dá)，一個(gè)路段的交通擁擠往往波及到其它路段。若不考慮其它固定費(fèi)用支出，則邊際個(gè)人成本是，邊際社會(huì)成本是，邊際成本定價(jià)原理認(rèn)為，收費(fèi)水平應(yīng)設(shè)置為，即每一個(gè)新增用戶給系統(tǒng)帶來(lái)的外部不經(jīng)濟(jì)。流量從變到，用戶的旅行成本節(jié)省了，而為減少擁擠，用戶支付的擁擠費(fèi)為，前者總是小于后者，因此擁擠道路使用收費(fèi)會(huì)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)收入，這些收入可以用來(lái)改善交通基礎(chǔ)設(shè)施和改善公共交通。在最優(yōu)需求處，擁擠道路使用收費(fèi)為(邊際社會(huì)成本減去邊際個(gè)人成本)，在這個(gè)收費(fèi)下，路網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益（總效益減去總成本）將達(dá)到最大。對(duì)于超出需求的其他需求水平有類似的結(jié)果。從系統(tǒng)的角度來(lái)說(shuō)，不收費(fèi)下的實(shí)際需求是超負(fù)荷的，因?yàn)榈趥€(gè)用戶僅得到的效益為，而他引起的邊際社會(huì)成本為，此時(shí)用戶的出行給系統(tǒng)帶來(lái)了的損失。結(jié)合經(jīng)濟(jì)學(xué)原理：完善的市場(chǎng)條件下，資源的有效配置發(fā)生在所有商品和服務(wù)的價(jià)格都是基于邊際社會(huì)成本上定義的；邊際成本等于邊際效益時(shí)的均衡價(jià)格是最優(yōu)的。成本（$）MSCAVCDMABE0流量（輛/h）由前面介紹的擁擠道路使用收費(fèi)原理，在任何需求水平下，邊際社會(huì)成本曲線MSC與邊際個(gè)人成本曲線AVC的差反映了該需求水平下的擁擠成本。圖中D為需求曲線，AVC為邊際個(gè)人成本曲線。在擁擠道路使用收費(fèi)的經(jīng)濟(jì)模型中發(fā)揮著重要的作用。流量（輛/h）時(shí)間（h）Q 時(shí)間流量關(guān)系圖流量（輛/h）成本（$）MSCAVCQ 成本流量關(guān)系圖，MSC曲線為邊際社會(huì)成本曲線，它表示路網(wǎng)中增加一輛車所引起的總成本的增量。由車速與流量關(guān)系圖（）可以很容易導(dǎo)出圖32所示的時(shí)間流量關(guān)系圖。收取費(fèi)用的大小等于邊際社會(huì)成本和邊際個(gè)人成本之差，通過(guò)對(duì)擁擠路段上的用戶征收這樣一個(gè)通行費(fèi)來(lái)修正其對(duì)出行費(fèi)用的錯(cuò)誤感知，以保證用戶在做出行決策時(shí)考慮自己的出行強(qiáng)加給其他用戶的外部不經(jīng)濟(jì)，從而最終在達(dá)到用戶平衡的同時(shí)也達(dá)到了系統(tǒng)最優(yōu)，因而提高了交通系統(tǒng)運(yùn)行的有效性，達(dá)到緩解交通擁擠的目的。這樣，原來(lái)的擁擠的路段就被緩解了。用戶對(duì)出行成本的錯(cuò)誤感知（或部分支付），將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的潛在需求過(guò)高和交通量的無(wú)節(jié)制增長(zhǎng)，從而造成路網(wǎng)中某些路段上流量達(dá)到飽和或過(guò)飽和狀態(tài)，引起交通擁擠和排隊(duì)，產(chǎn)生資源的浪費(fèi)。如果硬逼某一部分人改變行駛路徑和出發(fā)時(shí)間也是不可能的，最好的辦法是用經(jīng)濟(jì)手段。但是，當(dāng)交通流量接近通行能力時(shí)，擁擠程度上升，道路上每新增加一個(gè)出行單位都會(huì)使系統(tǒng)中所有成員的利益受損。一般來(lái)說(shuō)，在交通擁擠較嚴(yán)重的交通系統(tǒng)中各用戶的最優(yōu)線路選擇未必帶來(lái)系統(tǒng)的最好結(jié)果，這是因?yàn)橛脩粼谶x擇出行路徑和出發(fā)時(shí)間時(shí)，往往只考慮自己能感知或者說(shuō)自己將付出的成本。20世紀(jì)50年代中期到70年代，提出了一個(gè)短期邊際成本定價(jià)模型。其中，TFC為總固定成本，TVC為總可變成本。擁擠道路使用收費(fèi)就是在定義二的擁擠狀況下對(duì)交通出行者收費(fèi)。ABCDE流量(Veh/h)車速(km/h)圖31 車速與流量關(guān)系圖QF根據(jù)以上分析，我們可以得出以下的定義：定義一（以D點(diǎn)作為交通擁擠的分界點(diǎn)）：所謂交通擁擠就是指當(dāng)交通需求大于交通供給時(shí)，超過(guò)交通供給的那部分交通滯留在道路上的現(xiàn)象。其后，如果不能夠及時(shí)采取措施，仍然允許外界車輛進(jìn)入該交通系統(tǒng)，在車速繼續(xù)下降的同時(shí)，交通量非但不能夠增加，而且出現(xiàn)下降，道路空間資源使用效率隨之降低。隨著外界車輛不斷加入該系統(tǒng)，交通量不斷增加、交通密度也隨之增大，當(dāng)車輛之間行駛的空間越來(lái)越小時(shí)，行駛的車輛不得不因?yàn)橄嗷ブg的干擾而放慢速度，車流也就進(jìn)入了BC穩(wěn)定流區(qū)。3 擁擠道路使用收費(fèi)的理論框架交通擁擠的定義各國(guó)尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為了明確交通擁擠的定義，這里首先對(duì)某交通系統(tǒng)隨著外來(lái)交通量的加入，交通密度、行駛速度以及車流量之間的相互作用如何變化這一過(guò)程作簡(jiǎn)要分析。于是就存在交通空間調(diào)控的可能性。通過(guò)高峰時(shí)段收費(fèi)措施，促使彈性交通需求避開(kāi)高峰時(shí)間，利用平峰時(shí)間出行，從而達(dá)到“削峰填谷”的目的，實(shí)現(xiàn)交通需求在時(shí)間上的平衡。（3） 改變交通時(shí)間結(jié)構(gòu) 城市交通在時(shí)間分布上呈現(xiàn)馬鞍形狀，即有一個(gè)早高峰和晚高峰組成。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，私人小汽車也將大大增長(zhǎng)，如果不采取有效的措施，其在交通結(jié)構(gòu)中的比例也會(huì)大幅度增長(zhǎng)，城市交通結(jié)構(gòu)將會(huì)變得更加不合理。 我國(guó)目前城市結(jié)構(gòu)不合理。（2） 改變交通結(jié)構(gòu) 城市交通方式按照交通設(shè)施分為道路交通和軌道交通；按照服務(wù)對(duì)象的不同可以劃分為公共交通與非公共交通（私人小汽車、摩托車、自行車等）。如果我們對(duì)某些交通擁擠路段或區(qū)域?qū)嵭辛藫頂D收費(fèi)，那么就是提高了交通出行者進(jìn)入該區(qū)域或路段的出行成本。在實(shí)現(xiàn)這一最終目標(biāo)的過(guò)程中，又可以制定出如下四種過(guò)程目標(biāo)：（1） 減少交通源的產(chǎn)生從交通源頭開(kāi)始，對(duì)交通需求進(jìn)行全過(guò)程的主動(dòng)控制是道路擁擠收費(fèi)的一個(gè)重要目標(biāo)。目標(biāo)的制定應(yīng)該既要具有科學(xué)性，又要切實(shí)可行，具有可操作性。 擁擠道路使用收費(fèi)的目標(biāo) 道路擁擠收費(fèi)的目標(biāo)可以分為過(guò)程目標(biāo)和最終目標(biāo)。. 1 擁擠道路使用收費(fèi)的目的道路擁擠收費(fèi)的目的是在一定的交通供給規(guī)模下，控制交通需求總量，削減不合理的交通需求。而擁擠道路收費(fèi)正是把價(jià)格機(jī)制引入到城市交通管理中來(lái)，它使城市道路的產(chǎn)權(quán)得到了確定，為市場(chǎng)有效的配置城市道路這種資源提供了保障。由于外部效應(yīng)，造成了邊際個(gè)人成本與邊際社會(huì)成本不相等，它們之間的差額就造成了擁擠現(xiàn)象，即實(shí)際使用城市道路的車流量超過(guò)了最佳車流量，也就是對(duì)道路的過(guò)度使用。對(duì)于每個(gè)出行者，出行時(shí)計(jì)算的只是個(gè)人的邊際費(fèi)用，根本沒(méi)有考慮到由于加劇了道路的擁擠而加在別人身上的額外成本。由于產(chǎn)權(quán)得不到確定，道路就變?yōu)榧児伯a(chǎn)品。”我們可以發(fā)現(xiàn)造成城市交通擁擠的真正原因在于對(duì)城市道路產(chǎn)權(quán)的安排。 經(jīng)濟(jì)學(xué)家認(rèn)為：“純粹的私人產(chǎn)品和純粹的公共產(chǎn)品的消費(fèi)不存在擁擠問(wèn)題。特別是在交通擁擠的時(shí)候，這種排他性表現(xiàn)得尤其突出。（3）城市道路在實(shí)際使用中具有排他性。具體表現(xiàn)為其在技術(shù)上可以提供排他性的措施，如擁擠道路使用收費(fèi)。其特征是：生產(chǎn)的不可分性；消費(fèi)的適當(dāng)分離性；消費(fèi)過(guò)程中確實(shí)存在著“享受”性消費(fèi)。前述公共產(chǎn)品的定義就是純公共產(chǎn)品，如國(guó)防、法律等。公共產(chǎn)品具有以下特征：在生產(chǎn)、消費(fèi)過(guò)程中具有不可分性；由很少或單一的生產(chǎn)者提供；消費(fèi)者對(duì)其使用存在外部正效應(yīng)，即“搭便車”現(xiàn)象；消費(fèi)者對(duì)其使用具有同時(shí)性，即公共產(chǎn)品具有非排他性與非競(jìng)爭(zhēng)性。 城市道路的公共性分析 從消費(fèi)而言，公共產(chǎn)品是指“每個(gè)人的消費(fèi)并不導(dǎo)致任何其他人對(duì)該物品消費(fèi)的減少”。 對(duì)于城市道路，一直以來(lái)都是當(dāng)作是純公共產(chǎn)品進(jìn)行經(jīng)營(yíng)管理，無(wú)償使用。這些理論研究多是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的，即假定路網(wǎng)中只有一種車。近來(lái)一些學(xué)者將第一最優(yōu)擁擠道路使用收費(fèi)的思想推廣至一般網(wǎng)絡(luò)，提出了第二最優(yōu)擁擠道路使用收費(fèi)的思想。它假定路網(wǎng)中存在完善的收費(fèi)體制，通過(guò)對(duì)路網(wǎng)中每一路段上的用戶收取值為邊際成本通行費(fèi)MCT（Marginal Cost Toll）的擁擠道路使用收費(fèi)，使用戶平衡轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)最優(yōu)平衡狀態(tài)。擁擠道路使用收費(fèi)就其研究的方法來(lái)說(shuō)，可以將其分為第一最優(yōu)擁擠道路使用收費(fèi)（Firstbest congestion pricing）和第二最優(yōu)擁擠道路使用收費(fèi)（Secondbest congestion pricing）兩大類。（2）動(dòng)態(tài)擁擠使用收費(fèi)是指將時(shí)間維和空間維綜合考察的收費(fèi)。僅考慮空間維的擁擠道路使用收費(fèi)稱為靜態(tài)收費(fèi)。但是多數(shù)已有的研究為了避開(kāi)交通配流和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，而將擁擠道路使用收費(fèi)的時(shí)間維和空間維分開(kāi)處理。 一般來(lái)說(shuō)，高峰期擁擠主要是由于用戶對(duì)出行時(shí)間和出行路線選擇不當(dāng)所致。 理論和實(shí)踐表明，實(shí)行擁擠道路使用收費(fèi)可以在不影響用戶綜合付出的條件下產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，不僅可以緩解道路擁擠，而且可以把擁擠道路使用收費(fèi)作為新的財(cái)政來(lái)源支持交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),并且也保護(hù)了環(huán)境，減少了交通事故的發(fā)生。 擁擠道路使用收費(fèi)不同于傳統(tǒng)意義上的高速公路（橋梁）收費(fèi)。狹義的擁擠道路收費(fèi)就是指交通出行者在進(jìn)入交通擁擠區(qū)域的時(shí)候，必須支付的那部分道路擁擠費(fèi)用，是指在擁擠的城市道路上，對(duì)道路交通使用者征收一定的費(fèi)用，使邊際個(gè)人成本提高到邊際社會(huì)水平，用于補(bǔ)償由于該交通出行者的加入而給社會(huì)帶來(lái)的外部不經(jīng)濟(jì)，以期通過(guò)提高交通出行者的出行成本，促使交通出行者重新選擇自己的出行行為，減少交通需求，從而使得原來(lái)?yè)頂D的城市道路的交通需求與交通供給相適應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)緩解或者消滅擁擠的一種交通需求管理措施。廣義的交通擁擠收費(fèi)是指為了解決城市嚴(yán)重的交通擁擠問(wèn)題，而對(duì)城市道路使用者從車輛擁有到道路使用的全過(guò)程中的收費(fèi)，它不僅包括道路使用費(fèi)，而且包括了為解決城市交通擁擠采取的其他形式的擁擠收費(fèi)或稅收。同時(shí)，促使交通量向高容量的交通系統(tǒng)轉(zhuǎn)移、抑制私人小汽車交通量的增加、促進(jìn)小汽車的有效利用、推進(jìn)多人合乘（Carpool，Vanpool）的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)道路的最有效使用，達(dá)到緩解交通擁擠的目的。 正文各章節(jié)的主要內(nèi)容如下： 第二章 擁擠道路收費(fèi)問(wèn)題的綜述，介紹了擁擠道路收費(fèi)的概念、分類，在理論上分析了擁擠道路收費(fèi)的原因，提出了擁擠道路收費(fèi)的目的和目標(biāo)； 第三章 擁擠道路收費(fèi)問(wèn)題的理論框架，從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面介紹了擁擠道路收費(fèi)的理論基礎(chǔ)，闡述了傳統(tǒng)的收費(fèi)理論及其局限性； 第四章 交通配流理論介紹，介紹了基本的交通配流理論，特別是隨機(jī)配流理論，為建立擁擠收費(fèi)的綜合模型打下基礎(chǔ)； 第五章 道路擁擠收費(fèi)與交通配流的綜合模型，在交通分配理論的基礎(chǔ)上，運(yùn)用非線性規(guī)劃理論和隨機(jī)效用理論，建立了混合交通下的SUE雙層規(guī)劃模型，并提出算法和算例； 第六章 結(jié)論。（4）進(jìn)行收費(fèi)后，還可以增加財(cái)政收入，為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)開(kāi)辟新的資金來(lái)源。（2）節(jié)約交通基礎(chǔ)設(shè)施投資和有限而珍貴的城市土地資源。如果收費(fèi)價(jià)格過(guò)高，將會(huì)使現(xiàn)有道路資源不能得到充分利用，造成資源浪費(fèi)；收費(fèi)過(guò)低，又無(wú)助于解決交通擁擠。 道路交通擁擠收費(fèi)是被城市交通管理部門和經(jīng)濟(jì)學(xué)家普遍看好的一項(xiàng)城市調(diào)控手段，同時(shí)也是交通需求管理的重要內(nèi)容。這些模型也都是基于靜態(tài)均衡分配模型。李志純等（2001）[12]利用雙層規(guī)劃模型和基于步長(zhǎng)加速法和懲罰函數(shù)法的啟發(fā)式算法對(duì)彈性需求下的擁擠道路收費(fèi)問(wèn)題進(jìn)行了研究。 我國(guó)對(duì)此領(lǐng)域的研究起步較晚。Li（2002）[11]研究了應(yīng)用于新加坡道路收費(fèi)系統(tǒng)擁擠收費(fèi)的實(shí)踐問(wèn)題。May和Milne（2000）[9]考慮了劍橋(Cambridge)網(wǎng)絡(luò)的各種收費(fèi)方案，包括基于時(shí)間、基于距離、基于擁擠的收費(fèi)。而在智能化運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）被提出和接受之后，人們開(kāi)始以一個(gè)新的角度看待交通分配和道路收費(fèi)的組合問(wèn)題。 交通分配和道路收費(fèi)分屬于宏觀和微觀兩個(gè)不同的領(lǐng)域，人們很少注意兩者關(guān)系的重要性。該模型作為內(nèi)生出發(fā)時(shí)間的排隊(duì)擁擠模型，清晰地論述了排隊(duì)擁擠的消漲過(guò)程和用戶的出行時(shí)間決策，但其中嚴(yán)格的假設(shè)條件使模型過(guò)于簡(jiǎn)化。80年代末期，英國(guó)的Walter定量研究道路擁擠的外部效果，把擁擠問(wèn)題的各方面綜合起來(lái)，提出了短期邊際成本定價(jià)模型，確立了傳統(tǒng)擁擠定價(jià)模型。另外，挪威、香港、美國(guó)、法國(guó)等國(guó)家也不同程度的實(shí)施的擁擠道路收費(fèi)，并且取得了顯著的效果。與區(qū)域通行證方案相比，ERP更公平、方便、可靠。ERP主要由車內(nèi)裝置、兩個(gè)相距15米的收費(fèi)匝口、計(jì)算機(jī)中心處理系統(tǒng)組成。1995年，新加坡在其東海岸公園大道實(shí)施道路收費(fèi)系統(tǒng)，同樣取得了顯著的效果。1975年開(kāi)始實(shí)施的區(qū)域通行證方案劃定覆蓋中心商業(yè)區(qū)最擁擠的725公頃區(qū)域作為交通控制區(qū)，在邊界上設(shè)定27個(gè)車輛入口處，載客不足4人的車輛要想在高峰期進(jìn)入控制區(qū)，必須出示購(gòu)買的區(qū)域通行證。本文意在這方面做出一些有益的探討。目前國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者在擁擠收費(fèi)方面作了一定的研究工作，但所建立的模型往往都只適用于單車種的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，或者運(yùn)用確定性配流理論來(lái)研究，這與實(shí)際的交通狀況有著很大的差距。要想獲得比較理想的效果就必須加強(qiáng)交通需求管理。西方城市交通發(fā)展的實(shí)踐證明了該定律的正確性，而且現(xiàn)在已經(jīng)被世界交通工程界所認(rèn)可。此定律可以解釋為：雖然由于新的道路基礎(chǔ)設(shè)施可以縮短交通出行者的出行時(shí)間或出行距離，使交通出行者能夠快速到達(dá)出行目的地，進(jìn)而在一定的時(shí)間內(nèi)降低了其出行時(shí)間，暫時(shí)緩解了交通擁擠程度；但與此同時(shí)寬闊舒適的道路條件又引發(fā)了新的交通需求，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間