Teoretyczne ekonomiczne i pozaekonomiczne cele congestion pricing

Relacje pomiędzy przepustowością, natężeniem ruchu i potokiem ruchu
Przepustowość infrastruktury drogowej, to jest maksymalna liczba pojazdów, jaka może przejechać przez przekrój poprzeczny drogi w danym odcinku czasu, jest miarą podaży infrastruktury drogowej (Q). Po stronie popytowej odpowiada ona natężeniu ruchu. Faktyczna przepustowość - ze względu na różne ograniczenia ruchu, w tym przepisy ruchu drogowego - nie zawsze odpowiada przepustowości projektowej.
Ruch drogowy jest generowany przez popyt na usługi transportowe, jednak faktyczny ruch drogowy na danym odcinku drogi nie odpowiada w pełni popytowi na przejazd w danej relacji. W sytuacji zatłoczenia dróg, część popytu oczekuje na wjazd na trasę, jest zatem więcej chętnych do skorzystania z odcinka drogi, niż wynosi jego przepustowość. W literaturze ekonomicznej taką sytuację, za W. S. Vickreyem, określa się jako queuing behind the bottleneck. Dwa podstawowe parametry ruchu, niezbędne w analizie zagadnienia kongestii na drogach, to natężenie ruchu oraz potok ruchu.
Natężenie ruchu (ang. Traffic flow, F) to liczba pojazdów, jaka przejeżdża przez przekrój poprzeczny drogi lub wyjeżdża z drogi w danym odcinku czasu. Najpopularniejszą miarą natężenia ruchu jest średnioroczny dobowy ruch (SDR), czyli średnia na dobę liczba pojazdów, które pokonują prze krój poprzeczny drogi. Średniodobowy ruch podlega wahaniom w zależności od pory roku; na większości dróg jest większy w sezonie letnim niż zimowym. Wyróżnia się po nadto (1) ruch w godzinach szczytu, czyli zwiększone zapotrzebowanie na przepustowość infrastruktury w godzinach dojazdu do pracy oraz z pracy do domu (ang. commuter traffic) (2) ruch w godzinach pozaszczytowych oraz pomocniczo (3) ruch w godzinach nocnych. Congestion pricing jest traktowane jako narzędzie radzenia sobie z problemem zwiększonego ruchu w godzinach szczytowych.
Potok ruchu (ang. traffic density, D) to liczba pojazdów znajdujących się na danym odcinku drogi, na przykład na 1 km. Istotność parametru "potok ruchu" jako miary wielkości ruchu w analizie kongestii sprowadza się do tego, że natężenie ruchu - również w ujęciu matematycznym - jest pochodną potoku ruchu. Wzrost potoku ruchu oznacza również wzrost natężenia ruchu. Ma to jednak miejsce tylko do pewnej wielkości potoku ruchu, przy której natężenie ruchu jako pochodna potoku ruchu osiąga swoje maksimum (Fmax). Po przekroczeniu tego punktu, przyrost potoku ruchu oznacza spadek natężenia ruchu. Więcej pojazdów wjeżdża na trasę, niż z niej zjeżdża (rysunek 1). Pomocniczym parametrem ruchu jest prędkość przejazdu oraz czas przejazdu po danej trasie / odcinku drogi. Na pustej drodze prędkość zależy od parametrów technicznych drogi lub regulacji odnoszących się do ruchu na tej drodze. Taki ruch określa się mianem ruchu swobodnego (ang. free flow traffic). Jednak od pewnego momentu (na wykresie odpowiadające mu natężenie ruchu oznaczono jako F*), użytkownicy drogi zaczynają sobie wzajemnie przeszkadzać i prędkość zmniejsza się. Po przekroczeniu przez natężenie ruchu poziomu maksymalnego (Fmax) prędkość zmniejsza się radykalnie, a samochody poruszają się co chwila zatrzymując się (ang. stop and go traffic).
Zależność ta powoduje, że po przekroczeniu przez ruch drogowy natężenia Fmax po stronie podażowej (przepustowość) mamy do czynienia z cofającą się podażą (ang. inverse supply) infrastruktury drogowej. Im więcej pojazdów na danym odcinku drogi, tym mniejsze możliwe natężenie ruchu.

Artykuł pochodzi z czasopisma "Logistyka" 4/2009.