城市轨道交通的发展对城市可持续发展战略具有十分重要的意义。轨道交通具有容量大、速度快、安全、能耗低、土地利用率高等特点,是城市可持续发展交通的首选。世界上许多国家都将轨道交通放在解决未来城市交通拥挤的骨干位置上。我国目前正处于轨道交通建设的繁荣时期,有30多座城市开展了城市轨道交通的建设或建设前期工作,拟规划建设线路50多条,长约1500公里,总投资约5000亿元,已经成为世界上最大的城市轨道交通市场。建设城市轨道交通网络是一项复杂的系统工程,当前国内对城市轨道交通的研究主要集中在线网规划,巨额建设资金的筹集、使用,运营体制创新等,多是从工程学、管理学的角度进行研究,对运营管理中的价格制定方法研究较少。轨道交通行业的产品关系到国计民生,该行业的定价应该以整个社会福利最大化为目标,而不是企业利润最大化,价格不能由轨道交通公司自由制定。世界上绝大多数政府都对轨道交通运营进行补贴,同时,实行收益率管制、直接定价或价格上限管制等。我国的轨道交通建设运营主体是政府,对轨道交通产品进行价格管制是不争的事实。轨道交通定价问题的难点在于如何综合多种相互抵触的指标,以及如何量化价格对多方面的福利影响。只有同时体现社会公平、环境友好、行业资源利用效率的价格才是可持续发展的、社会最优的价格。任何实际的票价都是综合考虑了收益、分配、社会生活、城市发展等各个方面来制定的。将所有这些影响综合起来才可以求得最优价格。同时,价格不仅影响运营企业收入、政府财政负担可直接观测到指标的取值,还会一些影响不可直接观测的指标值,如乘客支出及公众福利、社会公平改进、地面拥挤程度的降低、环境改善等,这些不可直接观测的指标同样是非常重要的。如何量化价格对各个方面的福利影响,并找到最佳平衡点,是所有研究者面临的主要难题。本文的主要研究目的就是分析能够综合各方面利益的定价方法,并对消费者福利、生产者福利的量化方法进行实证分析。目前,主要是通过优化方法求解复杂系统的最优价格,通过增加多个约束条件,使得某一方面的福利不会受严重损害,在各利益集团可以接受的可行集内寻找极值。或者是增加规划层数,如用双层规划,找到同时满足两个极值的价格。优化方法是经典的方法,但是,复杂系统的优化方法需要设计算法,并不是所有的问题都可以找到合适的优化算法。 本文的仿真模拟研究中设计的轨道交通定价系统中有三类agent：乘客agent、列车agent、环境agent。三类agent间相互影响,乘客根据他所拥有的列车信息、环境信息做出决策,并不断学习更新决策,列车通过乘客的决策改变自己的状态,并且可以改变自己的发车时间,环境状态由乘客和列车状态同时决定。由于系统中的乘客的行为具有随机性,系统的各项指标不会收敛至某一值,不过波动率会稳定,此时系统达到稳态。可以根据研究目的选择指标,如可以用运营企业收入、政府财政负担、乘客的支出、消费者剩余、社会总成本等各种指标。根据指标与价格的关系,可以比较不同的价格水平及价格结构下的指标值,得到最优价格。 本文通过研究价格需求关系得到对乘客agent行为模型的设定。拟合乘客对多种备择出行方式之间选择的离散选择模型,可以得到轨道交通的价格需求弹性、乘客时间成本的效用转换系数。拟合行为的离散选择模型主要有logit模型、GEV模型,probit模型,Mixed logit模型,等。这些模型的区别主要在于对选择过程中随机误差项分布的设定不同。其中,logit是最基本的模型,在交通经济学中非常流行,本文主要用多元logit模型及Mixed logit模型对抽样数据进行拟合分析,得到轨道交通价格与需求之间的关系、乘客乘坐轨道交通的时间价值等参数。仿真研究中乘客乘坐轨道交通带来的成本主要由成本价格关系的研究得到。成本价格之间的关系研究主要是发生成本的归属问题,即哪一部分成本应该放入价格由乘客支付。乘坐轨道交通的成本包括企业的生产成本和乘客的时间成本。乘客的时间成本是总成本的重要部分,只有乘客提供自己的时间,才可以使企业提供的列车、座位等中间产品转化为最终产品。企业的生产成本可以分为可变成本和固定成本,并不是每一部分成本都应该由乘客支付。同时,轨道交通行业的建设资金大多具有公共资金的性质,公共资金的社会成本应该由社会承担。 本文对比分析了从ACE方法得到的结果与一些从经济学角度对轨道交通定价的研究成果,前者验证了后者的一般性结论。经济学中对定价理论进行了大量的研究,不过并没有放之四海而皆准的定价准则,不同的市场结构有不同的定价策略,不同的需求、供给特征会对定价产生不同的影响。轨道交通行业的经济特征对价格偏离最优公共定价提供事实证据。最典型的特征是需求和供给都具有显著的正外部性。正外部性的存在要求该行业的成本不完全由该行业的收入弥补,价格应该低于平均成本。偏离最优定价原则后,应该将价格定在什么地方?还需要具体估计价格需求、价格供给之间的关系,用ACE或其他优化方法找到最优解。此外,研究了经济学中的峰谷定价、实时定价的理论,由于需求的不平衡性,使得分时定价成为改进福利的一种选择,即使不改变平均票价水平,仅仅是改变票价结构如从单一票价到峰谷票价,不提高乘客的总支付,也会提高社会福利。ACE的模拟结果即验证了这一点。