最优交通拥堵费定价研究

最优交通拥堵费定价研究

The Study of Optimal Pricing for Congestion Tolls

陈宗灿

杜楠

指导老师：***

Directed By: Qiang Gong

2012年8月

August. 2012

本文研究如何运用价格机制有效分配稀缺的交通道路资源。拥堵费制度作为价格机制使得时间成本更高的道路使用者在支付一定费用后优先使用道路资源，进而从社会整体的角度减少由交通拥堵导致的福利损失。基于该思路，本文构建了最小化社会总福利损失的最优拥堵费定价模型，该模型将个体时间成本的随机分布性、道路运能的差异性、高低峰时段车流量的变化等因素纳入分析。基于南京长江隧道和南京长江大桥的实地调研数据，数值分析表明，合理收取拥堵费能够有效增进社会福利水平。运用数值分析，本文还展现出价格机制对道路使用者行为和道路通行速度的深刻影响。

关键词：拥堵费价格机制最优定价截断正态分布

Abstract

This paper investigates how to efficiently allocate the scarce resources of transportation using the price mechanism. Congestion tolls enable the road users with high time cost to prior access transportation resource by payment, which in turn reduces the social welfare cost resulted from traffic congestion. Based on minimization of social welfare cost, we build up an optimal pricing model for congestion tolls that incorporates factors including distributional randomness of individual time cost, differentiation in transport capacity, and variation of traffic flow during driving peak and slack. The numerical analysis employing data from Nanjing implies the significant positive impact of congestion tolls on social welfare. Furthermore, we show the profound influence of the price mechanism to the behavior of road users as well as the travel speed of toll facilities.

Keywords: Congestion Tolls; Price Mechanism; Optimal Pricing; Truncated Normal Distribution

摘要 (2)

Abstract (2)

一、引言及相关文献 (4)

二、模型分析 (5)

（一）基本假设 (5)

（二）无拥堵费制度下的车辆行驶选择及社会总福利 (5)

（三）拥堵费制度下的车辆行驶选择及最优收费水平 (6)

三、数值分析 (7)

（一）数据说明 (8)

（二）均匀分布下的最优拥堵费水平 (8)

（三）截断正态分布下的最优拥堵费水平 (12)

四、总结 (15)

参考文献 (17)

附录 (18)

一、引言及相关文献

由城市基础建设滞后于经济快速发展所带来的交通拥堵已经成为日趋严重的社会问题，如何在道路资源稀缺的约束下最大程度地降低交通拥堵成本成为社会共同关注的热点话题。本文探讨通过基于拥堵费制度的价格机制来最小化交通拥堵的社会成本。

交通拥堵费制度本质上是一种价格机制，从广义上来讲，它包括所有向道路使用者征收的用以调节交通拥堵的费用，例如隧道、桥梁、公路等道路设施的收费，以及针对特定地域和时段征收的道路使用费。在城市交通严重拥堵的情况下，拥堵费是公共管理者引导和调节交通需求进而实现社会总体福利提升的重要工具。

在缺少拥堵费制度的交通环境下，可能出现车辆对稀缺交通资源的过度使用，由此导致所有道路使用者承担一定时间成本，而所有道路使用者的个体成本加总便成为社会的总成本，也即交通拥堵造成的社会总福利损失。由于道路使用者的单位时间成本各不相同，因此尽管拥堵时长相同，高成本者也将比低成本者承担更高的时间损失，导致社会总福利损失较高。基于拥堵费制度的价格机制能够用于道路需求管理。在尽可能不影响公平性的前提下，公共管理者通过让高时间成本者在支付一定费用后优先使用道路资源，将有效降低社会总体的福利损失。

本文探讨在不同个体的单位时间成本存在差异时，使得社会总福利损失最小化的社会最优拥堵费水平。本文首先构建了个体时间成本服从一定概率分布的道路使用模型，并推导出社会总福利损失函数。进一步，本文分别在个体时间成本分布为均匀分布和截断正态分布的假设下，基于对南京长江隧道和南京长江大桥的实地调研数据，运用数值分析对最优拥堵费水平进行了计算和分析。结果表明，通过采用合理的拥堵费制度让高时间成本者在支付一定费用后优先使用道路，能够有效降低交通拥堵导致的社会总福利损失。

针对交通拥堵和拥堵收费问题，许多文献进行过探讨。1920年英国剑桥大学Pigou教授率先提出交通拥堵理论，他指出道路交通需求涉及复杂的交通行为。在Pigou（1920）的基础上，Button和Verhoef（1998）构建了静态的拥堵费定价模型。诺贝尔经济学奖得主Virkrey 于1969年建立了瓶颈路段的拥堵模型，随后Braid（1989）、Arnott（1993）等大批研究者将该模型发展为动态拥堵定价模型。然而，以上文献中的模型并不一定适用于专门的社会总福利分析，并且大多数文献仅考虑了单一道路的情况，并未考虑到道路使用者往往有其他替代选择。本文构建了基于社会总福利损失最小化的拥堵定价模型，并考虑了存在多条道路可供使用者选择的情况。进一步，本文还考虑了存在存在交通高峰期和交通低峰期时，最优拥