城市交通系統(tǒng)供需失衡的系統(tǒng)層次分析

城市交通系統(tǒng)供需失衡的系統(tǒng)層次分析

0基于分析過程的分析過程城市公共交通是城市發(fā)展的重要職能，在維持經(jīng)濟發(fā)展和人民生活方面發(fā)揮著重要作用。隨著經(jīng)濟水平的快速發(fā)展和城市化進程的加快，人們的交通需求日益增加。然而，由于城市交通供應的固有局限性和時間限制，城市交通供需矛盾日益尖銳，交通擁堵頻繁發(fā)生。如何緩解城市交通的交通擁堵已成為國內(nèi)外專家和科學家的中心主題[1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16和17]，然而，傳統(tǒng)的城市交通供需平衡分析通常缺乏明確的層次框架，這往往導致交通擁堵時舍本的出現(xiàn)。本文運用循環(huán)系統(tǒng)法對城市循環(huán)系統(tǒng)供需平衡的機理進行分類分析，建立了一系列層次的系統(tǒng)框架，指出了不同層次的舍本安排現(xiàn)象的兩個主要原因。通過分析，交通供需雙方是具有利益沖突和動態(tài)反應特征的博弈關(guān)系。通過這種博弈關(guān)系對城市交通供需平衡的影響分析，提出了調(diào)整城市交通供需平衡關(guān)系的兩個戰(zhàn)略思維框架。1交通供給側(cè)的需求增長效應為了緩和日趨尖銳的交通供需矛盾,滿足人們的出行需求,政府有時投入了大量資金新建道路、擴充道路容量,可是仍無法有效解決交通擁擠問題.20世紀80年代初,北京為了解決舊城區(qū)道路擁擠的問題,曾連續(xù)數(shù)年投入巨資,拆遷了很多房屋,改善了數(shù)十個平交路口及一批瓶頸路段.雖然,在一段時間里,確實使舊城區(qū)道路交通狀況有所改善,然而,僅過數(shù)年,由于道路條件的改善,舊城區(qū)吸引的穿城交通量大幅度上升,擁堵再次升級.城市交通是個眾多因素相互關(guān)聯(lián)的動態(tài)系統(tǒng),管理者為改善系統(tǒng)的狀態(tài)而改變某個因素,會引起眾多因素的系列變化,而變化的最終結(jié)果往往與管理者的初衷大相徑庭.例如,管理者觀察到交通擁擠,理解為交通的供不應求,采取新修和拓寬道路的措施,力圖通過增加道路供給在短期內(nèi)建立起有效的改善交通狀況的負反饋控制回路.但是,這一舉措對交通系統(tǒng)的影響并不僅限于此.圖1中標明了另外的兩個影響力.其一、交通的供給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難以匹配,結(jié)果擁擠加劇;其二、修路擴容需要消耗大量的資金和資源,占用了政府的財政支出,從而減少了其它交通項目(如公交建設(shè)、智能交通等)的投入,導致真正對癥下藥的措施難以實施,無法從本質(zhì)上改變交通的擁擠狀況.可見,采用修路擴容的方法是一種“舍本逐末”的表面控制方法,其實質(zhì)上是一種無效益和效率的方法.出現(xiàn)這一現(xiàn)象的兩個重要原因是缺乏對失衡根本原因的認識和在選擇管理舉措時,不能客觀評估其有效性.只有找出失衡的根本矛盾,采用標本兼治的方法合理平衡交通供需,才能使交通擁擠得到改觀.要找到交通供需失衡的根源,管理者必須建立一個正確的分析框架,只有找準問題所在的層次和范圍,才能找到正確的行動方向.要找準問題所在層次,首先要對造成城市交通供需失衡的原因進行分析和層次區(qū)分.2城市交通系統(tǒng)應具有以下方面的提出城市交通系統(tǒng)的供給與需求是一對相互影響、又相互制約的矛盾統(tǒng)一體,始終處于一個此高彼長的膠著狀態(tài).當交通供需雙方對交通產(chǎn)品及服務的各項屬性(時間、空間、數(shù)量、方式、質(zhì)量等)的要求上的不匹配導致城市交通系統(tǒng)不能發(fā)揮預期水平的各項功能(交通、效率、環(huán)保、使用公平等)時,城市交通供需失衡就出現(xiàn)了.城市交通系統(tǒng)供需失衡主要體現(xiàn)在交通供給與需求的結(jié)構(gòu)性失衡和耦合性失衡兩方面.2.1城市靜態(tài)交通與動態(tài)交通的失衡為交通未可為城市交通供需的結(jié)構(gòu)性失衡可從供給和需求兩方面來說明.從交通供需產(chǎn)生的機理看,城市土地利用與路網(wǎng)布局的失衡是一種主要的城市交通供需結(jié)構(gòu)性矛盾.狹義的城市交通供給結(jié)構(gòu)由城市道路網(wǎng)絡(行車道路、步行道路)、停車設(shè)施、各種交通工具構(gòu)成.而從交通需求的產(chǎn)生機理來看,城市人口規(guī)模和土地利用形態(tài)決定交通需求的總量和時空分布特征、出行生成強度和流向.一個城市的交通擁堵問題可能源于城市路網(wǎng)布局沒有充分考慮到城市形態(tài)、人口分布等需求因素,也可能源于城市布局沒有考慮到交通瓶頸的影響,從而導致城市土地利用與路網(wǎng)布局的失衡.如區(qū)域中心城市為了改善人口和工商業(yè)活動高度集中的市中心區(qū)的道路交通狀況,紛紛進行老城區(qū)的改造和擴建新城區(qū).由于城市規(guī)劃中缺乏對交通發(fā)生源的考量,行政、醫(yī)療、教育、商務中心并未遷出老城區(qū)也未在新城區(qū)新建,而外遷人口又多以自行車和公共交通為通勤工具的工薪階層,不愿意搬遷過遠.這就導致了城市建成區(qū)像攤大餅式的向四周蔓延.這樣的城市郊區(qū)化不僅沒能減輕原市中心區(qū)的交通負擔,而且還引發(fā)了大量不必要的交通量和遠距離出行,甚至可能使部分居民由公共交通轉(zhuǎn)向自駕車出行,進一步加劇城市交通的擁堵狀況.在交通需求一定的情況下,由于不同的交通方式(私家車、公交車、地鐵、出租車、自行車和步行等)在占用資源、運輸效率等方面有較大差別,不當?shù)慕煌ü┙o結(jié)構(gòu)會導致不同交通方式之間的比例失衡.如泰國曼谷人口密度每平方公里約3000人,平均每2.5人擁有一輛小汽車.曼谷市中心高峰期的平均車速為每小時3公里,堵車時間可持續(xù)1~2小時.曼谷市政當局計劃到2010年增加的3條快速交通線也只能提高每小時1公里的速度.機動車過度增長超越了城市交通管理的最大效能而致使城市交通陷于混亂、失控、效率低下,最終導致時間浪費嚴重和行車成本損失巨大.此外,城市靜態(tài)交通與動態(tài)交通的失衡也是交通供給與需求的結(jié)構(gòu)性矛盾之一.完善的城市道路交通系統(tǒng)還應當包含完備的停車設(shè)施.當交通樞紐站缺少足夠容量的停車場的支持時,占道和亂停亂靠就會發(fā)生,進一步降低道路的通行能力.而英國牛津等城市早在20年前就開始實行“停下(小汽車)乘坐(公共交通)”(Park&Ride)的交通政策,在市郊修建大型免費停車場,要求小汽車的擁有者一進入市區(qū)必須乘坐公共交通工具,從而顯著地改善了城市的交通狀態(tài).2.2出行人群的耦合性失衡.基于出行過程除了城市交通供給與需求的結(jié)構(gòu)性失衡外,交通供給的剛性與交通需求的柔性,也會造成供給與需求在出行方式(交通模式)上、時間和空間上的不耦合,即耦合性失衡.它往往是由于管理者的政策和管控策略不當或疏忽使得出行者出行行為的群體反應超出管理者的預期而引起的.它的具體表現(xiàn)之一是在一定交通供給結(jié)構(gòu)下,在交通模式上表現(xiàn)為不均衡的需求.例如,政府提出“鼓勵轎車進入家庭”本意是滿足居民對舒適、機動、靈活的中遠距離出行的需求,拉動我國汽車工業(yè)的發(fā)展,加速我國工業(yè)化進程.但是,由于轎車所特有的機動性和舒適性,往往使出行者在出行時即使是短距離也首選轎車.其結(jié)果就是有限的道路空間承載了過多的機動車輛,導致交通擁堵.它的另一種具體表現(xiàn)是由于不當?shù)牡缆肥召M,尤其是過橋收費以及/或路況信息的不對稱使得許多出行者的出行存在原本不必要的繞行,在空間上表現(xiàn)為部分地區(qū)擁堵不堪,而部分地區(qū)交通設(shè)施未被有效利用.例如南京一段時間,長江二橋過高的收費使長江一橋依舊擁擠而未能充分發(fā)揮新橋的分流作用.耦合性失衡的第三種具體表現(xiàn)是由于出行人群有統(tǒng)一的節(jié)假日和統(tǒng)一的通勤時間,交通流在時間上表現(xiàn)為有規(guī)律的高峰期和低谷期.例如,大都市早上從多個郊區(qū)居民區(qū)涌向市區(qū)商務區(qū)的早高峰期和晚上反向的晚高峰期.耦合性失衡的表現(xiàn)還有很多,它們的共同特點是由于出行者追求個體效用最大化的能動反應行為引起的失衡,反映了交通供給與出行群體的群體反應的不匹配.2.3耦合性失衡是交通供給與需求的協(xié)同機制綜合兩個層次的交通供需失衡,可以得到城市交通失衡的層次分析及控制如圖2所示.可見,由于城市交通供給是政府行為,而交通出行需求則表現(xiàn)為個體的行為,供給者與需求者之間存在博弈關(guān)系,各自都有不同的追求目標.在一定時期內(nèi),城市交通供需的平衡是相對的.當供需雙方中的一方的行為發(fā)生變化,原有的平衡就可能被破壞.供給的有限性與需求的無限性導致供需的結(jié)構(gòu)性失衡,而供給的剛性與需求的柔性則導致供需的耦合性失衡.耦合性失衡是可能單獨存在的,而結(jié)構(gòu)性失衡往往與耦合性失衡共同發(fā)生.在許多情況下如果忽視了耦合性失衡作用的存在而片面地去解決結(jié)構(gòu)性問題往往難以奏效.例如,當管理者發(fā)現(xiàn)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)中有時常擁堵的瓶頸部分,想要增加一條道路來解決這一結(jié)構(gòu)性問題,如果忽略了確實存在的耦合性失衡,就可能導致“路修到那里,就堵到那里”的Braess悖論.要解決城市交通擁擠問題就必須解決供給與需求的失衡問題.只有交通供給與需求協(xié)調(diào)發(fā)展,達到供給與需求的結(jié)構(gòu)性平衡與耦合性平衡的統(tǒng)一,才是一個理想的城市交通系統(tǒng).政府要有效調(diào)節(jié)供需,首先要確定城市交通供需失燴的關(guān)鍵層次,是單純耦合性失衡還是結(jié)構(gòu)性和耦合性同時存在的綜合性失衡,從而確定相關(guān)系統(tǒng)的層次和范圍.3基于演化博弈理論的出步性由圖2可見,城市交通供給與需求的平衡機理實質(zhì)上是政府決策者與出行者之間的博弈機理.因此,在研究交通供給時,必須要考慮到需求者的反應,否則就可能達不到預期的目標.而已有的研究,有的借助統(tǒng)計分析的方法來研究城市交通供給與需求之間的相互關(guān)系,忽略了交通供給主體與需求主體之間博弈關(guān)系,難以揭示城市交通供需平衡的內(nèi)在機理.有的以交通配流模型作為討論交通系統(tǒng)供需關(guān)系的基礎(chǔ),但是,該類模型在出行群體的類別差異(如個體出行、集團出行)、行為準則的差異以及出行群體對供給方的政策管理舉措的對策行為如何演化方面也存在明顯的不足.其實,城市交通系統(tǒng)是一個大量復雜個體(出行者、管理者)相互作用的巨系統(tǒng).在這個系統(tǒng)中不僅管理者和出行者之間存在互動的博弈關(guān)系,而且出行者在選擇交通出行方式、選擇出行路徑、選擇出行時間時,彼此之間也存在博弈關(guān)系,并且是一個動態(tài)的演化過程.出行者個體的相互作用和不確定性的存在是出行者行為演化的基礎(chǔ).為了洞悉城市交通供給與需求的耦合性失衡和結(jié)構(gòu)性失衡的機理,需要更貼合實際地刻畫出行群落的能動反應的行為特征.博弈論作為一種有力的競爭行為分析工具,已經(jīng)成功地應用于交通領(lǐng)域的對策行為問題研究,有了不少研究成果.另一方面,近年來基于有限理性的演化博弈論應用的領(lǐng)域也越來越廣泛,運用于城市交通系統(tǒng)也有了初步的研究成果.演化博弈理論將博弈理論分析與動態(tài)演化過程分析結(jié)合起來,研究“種群”的演化性選擇行為,而非單一參與者.演化博弈理論假設(shè)參與人有限的知識水平、有限的推理能力、有限的信息收集及處理能力,主體的決策行為受到其所處的社會環(huán)境、過去的經(jīng)驗、日常慣例等因素的影響,參與人只可能采取模仿、學習等直觀方法來進行決策.這些假設(shè)與城市交通系統(tǒng)中的出行者的行為特征較為相符,因而可以作為刻畫工具.在此基礎(chǔ)上,可以建立基于供給者與出行者之間的Stackelberg博弈關(guān)系的決策模型.其中交通供給者是leader,決定最優(yōu)的供給結(jié)構(gòu)或交通管控策略(如收費、交通信息誘導等);出行者是follower,并將得到的出行群落的演化模型作為出行者的決策模型,分別運用靈敏度分析方法和仿真手段,分析交通供給結(jié)構(gòu)或交通管控策略的改變對出行者的影響,以及對耦合關(guān)系的影響.由于城市交通系統(tǒng)中管理者和出行者通常存在嚴重的信息不對稱情況.為了真實刻畫交通供需雙方及出行群落之間在信息不對稱情況下的行為特征,還可以將交通供給者和交通需求者之間的博弈模型推廣至信息不對稱的情形,建立不完全信息的博弈模型,分析交通供給的效率,以及相應的管理控制策略對平衡控制的有效性及其激勵措施.4交通模式、交通模式和交通資根據(jù)本文的城市交通供需失衡的兩個層次的劃分,及其交通供需雙方的博弈關(guān)系分析,政府部門可以首先識別和區(qū)分問題所在的關(guān)鍵層次,找準要害,采取相應的控制措施.根據(jù)城市交通供需雙方關(guān)聯(lián)作用的時空范疇,城市交通供需關(guān)系的結(jié)構(gòu)層可以細分為四個子層面:城市戰(zhàn)略定位、城市綜合規(guī)劃、城市交通規(guī)劃和城市交通結(jié)構(gòu)調(diào)整,如圖3所示.這樣可以對同屬于結(jié)構(gòu)性失衡的交通問題進行更為準確的定位.首先,政府在城市戰(zhàn)略定位時要充分考慮城市的人口、經(jīng)濟、政治、自然等發(fā)展因素,為城市交通供需的規(guī)模定下基調(diào);在此基礎(chǔ)上,開展城市綜合規(guī)劃,決定土地利用,功能分區(qū),人口、就業(yè)崗位等分布,在宏觀上決定了交通發(fā)生、吸引、分布和城市交通的主要流向與流量,從而政府對交通需求結(jié)構(gòu)進行宏觀調(diào)控.接著,制定城市總體交通規(guī)劃,具體規(guī)劃城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、交通結(jié)構(gòu)、交通樞紐、站場、港口布局及對外交通干線等專業(yè)規(guī)劃,從而通過規(guī)劃城市交通的供給結(jié)構(gòu),確定交通設(shè)施和客貨運在城市空間范圍的分布.再次,交通管理部門根據(jù)實際交通供需演化的需要對交通結(jié)構(gòu)進行局部、階段性的調(diào)整.例如,對于城市土地利用與路網(wǎng)布局的失衡,要求政府提高城市規(guī)劃水平,合理考慮人群分布和不同出行類型的需要,完善人居環(huán)境和工作環(huán)境的匹配,避免不合理的布局造成交通總量的增加.對于交通模式的失衡,管理者要在交通規(guī)劃中堅持公交優(yōu)先,并制定政策法規(guī)、投入資金,大力發(fā)展公交,提高道路交通資源的利用率.對于耦合性失衡可以采用動態(tài)的實時的交通信息誘導或/和經(jīng)濟誘導的控制手段,來彌補交通供給結(jié)構(gòu)剛性的局限.例如用智能交通系統(tǒng)和彈性工作制來均衡交通流在時空的分布.再如,對于過量的短途出行轎車的使用造成的耦合性失衡,應該制定相應政策,如擁擠收