Modellering av trängselavgifter

Transkript

1 Modellering av trängselavgifter Erfarenheter från flera FoU projekt på KTH och WSP Leonid Engelson

2 Plan State of practice Innovationer Validering Slutsatser

3 Varför modellera trängselskatt Nyttan är inte garanterad Optimal utformning (mycket svårt) Beslutstöd för valet och omprövning av systemet Fördelning på färdmedel Trafikflöden Flaskhalsar Miljöpåverkan Intäkter Samhällsekonomi Utvärdering

4 State of practice (Sampers, Lutrans, T/RIM) Befolknng Ekonomi Resekostnader Efterfrågemodell resefrekvens färdmedel destination Vägnät Tidsvärden Static network assignment Samhällsekono -miska kalkyler Antalet resor Input

5 State of practice (Sampers, Lutrans) Befolknng Ekonomi Avgifter Resekostnader Samhällsekono -miska kalkyler Efterfrågemodell resefrekvens färdmedel destination Vägnät Tidsvärden Static network assignment Nyttan Antalet resor Input

6 Innovationer Optimala avgifter (vilka ger störst nytta?) Icke additiva avgifter (beräkna ruttval i statisk jämvikt) Dynamic assignment + val av tidpunkt I efterfrågemodellen

7 Teoretiskt optimala avgifter Kostnad f (v)+vf (v) f(v) a Flöde v Maximerar restidsvinster-anpassningkostnad: SS=-VoT* T*v-Anp a>0 på alla länkar med trängsel olika på olika länkar förändras kontinuerligt över dagen

8 Projektet DORIS (med LiU) Optimering m h t systemkostnader: max NSS= =-VoT* T*v-Anp -Np*Ap Utveckling av algoritmen (svårt optimeringsproblem) Tillämpning på grovt Stockholmsnät med förenklad efterfrågemodell SS NSS SS/SS^MSCP MSCP ,00 Nuvarande tullring ,27 Nuvarande tullring, optimala nivåer ,36 Nuvarande + Essingeleden, optimala nivåer ,52 Optimal lokalisering (69 portaler) och nivåer ,89

9 Optimal nivåsättning In mot centrum 1,2,3,4: ca 43kr 16,17,18: ca 17kr Övriga: 35-38kr Ut från centrum 1,2,3,4: ca 13kr 16, 17,18: ca 8kr Övriga: 19-21kr 6 och 7 modelleras ej 9

10 DORIS resultat Lokalisering 69 utplacerade tullar 89% av systemoptimum med 22% av länkarna Relativt få utplacerade tullar som inte ingår i någon form av sluten tullstruktur Tull på Essingeleden är mycket lönsamt Små förluster i nyttoberäkningen när diskreta tullnivåer införs Nivåsättning Stora skillnader mellan optimala tullar för trafiken som går in repsektive ut från centrala Stockholm Användning Ger fingervisning om lämpliga tullplaceringar och nivåer Både lokaliseringen och nivåsättningen av nuvarande tullring har utvärderats i SILVESTER, med effekter i samma storleksordning

11 Icke additiva avgifter: flerpassageregel i Göteborg Utan regeln (som i Sthlm) GK(C) = GK(A) + GK(B) 20=10+10 A 10 kr Med regeln GK(C) < GK(A) + GK(B) 10<10+10 Rittvalsalgoritmen i kommersiella programm räknar ruttkostnader som summa av kostnader på alla ingående länkar B C 10 kr Ej möjligt definiera länkkostnader på sådant sätt

12 Lösningen: Hierarkisk ruttval som använder fördelning av tidsvärden 1. Definiera delnätet D = avgiftsfria länkar 2. Assignment med 2 klasser beräknar 2 restider och 2 avstånd för varje OD-par: 1. tidh, avsth om man får köra på hela nätet och 2. tidd, avstd om man får bara köra på D 3. Man betalar inte om VoT*tidD+RK*avstD< VoT*tidH+RK*avstH+avgift, d v s VoT avgift RK*(avstH-avstD) tidd-tidh 4. Antalet resor som inte betalar = = totala antalet resor * F(brytpunkten) brytpunkten 1 0 p F tidsvärde

13 Algoritmen (implementerad i Emme och Sampers) Definiera modes: H = hela vägnätet D = avgiftsfria länkar Assignment 2 klasser H och D (Spara rutter) OD-matris resor som betalar OD-matris resor som inte betalar tidh och tidd avsth och avstd Andel som inte betalar (ärendevis) avgift RK*(avstH-avstD) p=f tidd-tidh Vikta ihop till SEK 1 0 F tidsvärde

14 Tillämpning för Göteborg 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 CDF Lång CDF Övr reg CDF Arb reg CDF Tjänste LE CDF Tjänste anpassad 0,3 0,2 0, Fördelningsfunktioner från tidsvärdestudien

15 Aktuella alternativet Tullring plus 7 portaler Flerpassageregel

16 Fördelar med den nya metoden Möjligt att analysera icke additiva avgifter (flerpassageregel, områdesavgifter) Högre precision i preferenserna än med diskreta tidsvärdeklasser Begränsning: Komplexa avgiftssystem utan flerpassageregeln kan inte analyseras Men jämförbara analyser med/utan regeln kan göras med diskret fördelning av tidsvärden

17 Trafikmodellen SILVESTER Utvecklad vid CTR Trängsel och trängselskatter påverkar: Ruttval Färdmedelsval Tidpunktsval Destinationsval Resa/inte resa Samordning av resor Ingår i SILVESTER

18 Trafikmodellen SILVESTER Simulerar morgonens trafik i Stockholm 06:30-09:30 Modellerar hur många som startar i varje kvart och hur många som byter till kollektivtrafik Simulerar biltrafiken med den dynamiska trafiksimuleringsmodellen CONTRAM Producerar resultat på kvartsintervall

19 Samhällsnytta (KÖ + intäkter) Scenarier: 1 Dagens tullring 2 Tullring platt skatt 15kr 3 Dagens tullring och Essingeleden 4 Tullring platt skatt 24kr (opt i SILVESTER) 5 Områdesavgift 22,50kr (opt i SILVESTER) 6 Differentierad tullring 7 Fyra tullsnitt

20 Resultat Modellutveckling Den optimala (platta) avgiften för tullringen ligger högre i en dynamisk modell jämfört med en statisk modell (24 kr i vår modell jämfört med ca 15kr i statisk modell) Trafikmodellen innehåller en bra beskrivning av trängseldynamiken, dvs köuppbyggnad och köavveckling, är viktigare än tidpunktsvalet Tidpunktsvalseffekterna p g a trängselskatter riskerar att överskattas om modellen skattas på SP data

21 Resultat Fallgropar Ökad differentiering av avgiften över dagen inte nödvändigtvis är att föredra eftersom tidpunktsvaleffekterna är små Variationen i KÖ mellan startzoner skulle bli större med en områdesavgift än med dagens tullring Ta ut avgift längre ut kan minska trängseln och öka samhällsnyttan, men riskerar att gynna starka grupper mer än svaga (låginkomsttagare, ensamstående)

22 Validering av trafikmodeller med data från Stockholmsförsöket Flödesmätningar: TK, VV, IBM April 2005, april 2006 Restidsmätningar: AVI, floating car, MCS April 2005, april 2006 RVU oktober 2004, april 2006 Unik möjlighet att validera modeller!

23 Flöde och hastighet Flödet över avgiftssnittet 07:30 09:00 Medelhastighet på AVI och MCS sträckor exkl. förbifarter Mätt Mätt 7:30-9:00 T/RIM SamPers FS SamPers Slimmad Silvester Flöde utan TS ,52 Flöde med TS ,52 diff -13% -11% -38% -30% -17% -21% Hastighet utan TS 30,8 35,3 36,8 36,2 32,18422 Hastighet med TS 34,9 37,9 38,8 37,8 35,43891 diff 13% 7% 6% 4% 10% Elasticitet -1,02-0,2-0,2-0,2-0,5 För svag påverkan av flödena på restiden i modellerna

24 VDF i våra statiska modeller är för snälla 500 Total restid kamera- oc MCS-sträckor exkl. förbif Med TS Mätt T/RIM SamPers FS SamPers Slimmad Utan TS Flödet över avgiftssnittet

25 För svag påverkan av flödena på restiden Varför? Ingen påverkan på restiden av flöden och flaskhalsar på övriga länkar i modellen Men faktiskt sprider sig köerna till andra länkar Konsekvenser för analyser av trängselskatt För små förändringar av restider För stora förändringar av flödena: Ökande kostnader att resa genom innerstaden kompenseras inte tillräckligt med minskade restider För beräkning av SE nytta: viktigt att lutningen blir korrekt

26 Nytta=tidsbesparing-anpassning resekostnaden Anpassning försvunna C Tidsbesparin g kvarvarande m V T flödet D

27 Nytta=tidsbesparing-anpassning resekostnaden Anpassning försvunna C Tidsbesparin g kvarvarande m V T flödet D

28 Kan situationen förbättras med statisk modell? Fuktionerna är gamla, estimerade 1972 Kan brantare funktioner åstadkomma bättre överensstämmelse mellan modeller och verkligheten när det gäller både påverkan av TS på flödena och på restiderna? Är det möjligt att kalibrera en statisk modell med en parameter som beskriver funktionernas lutning? Numeriskt experiment

29 VDF med olika k: Samma värde i JA, men brantare

30 Kommer inte upp till elasticiteten 1,02 k Volume through cordon without charges Volume through cordon with charges Relati ve volum e chang e Speed on AVI links without charges Speed on AVI links with charges Relati ve speed chang e Ratio speed change to volume change % 37,4 39,4 5,3% -0, % 37,4 40,4 8% -0, % 37,4 40,9 9% -0, % 37,4 41,3 10% -0, % 37,2 42,7 15% -0,57

31 Hur påverkar lutningen valet mellan avgiftssystem? 3,4 3,4,5 3,4 3,4 2,3

32 Lutningen påverkar rangordning av alternativa avgiftssystem k=1 k=10 Schem e Consu -mer surplu s System cost Social benefit R a n ki n g Consu -mer surplu s Revenues Revenues System cost Social benefit R a n ki n g tkr/dag

33 Slutsatser Brantare VDF gör att modellen bättre återspeglar effekter av TS Även med mycket brantare funktioner påverkan av TS på trafikflödena är fortfarande överskattade och påverkan på restider är kraftigt underskattade Med brantare VDF, beräknad nytta av TS är betydligt högre än med ursprungliga VDF När nytta av avgiftssystem beräknas med en statisk modell rekommenderas känslighetsanalys m a p lutningen av VDF (emme makrot finns) Statiska modeller är inte lämpliga för beräkning av effekter av trängselavgifter i städerna, behövs mer avancerade verktyg

34 State of art: Modell som behövs för Sthlm Befolknng Ekonomi Resekostnader Efterfrågemodell resefrekvens färdmedel destination resekedjer Vägnät Tidsvärden Input Whole day dynamic network assignment Samhällsekono -miska kalkyler Antalet resor