Surrogatbaserad optimering av avgiftsnivåer i trängselavgiftssystem

• Trängselskatt finns idag i både Stockholm och Göteborg, och det är troligt att utformningen av dessa trängselskattesystem kommer att justeras framöver med avseende på avgiftsnivå, placering och tidpunkt. För Stockholm finns beslut om ändring från januari 2016 och i Göteborg ändrades avgiftsnivåerna i januari 2015. I detta projekt utvecklas metoder som ska kunna ge stöd vid justering av avigiftsnivåer, så att en så stor samhällsekonomisk nytta som är möjligt uppnås med trängselskattesystemet.För storstadsområden, där det under rusningstrafik är trängsel i delar av nätverket, är trängselskatt främst intressant att analysera med dynamiska transportmodeller. Tidigare utveckling av metoder för optimal avgiftssättning har dock främst fokuserat på statiska modeller, exempelvis Emme, som har kända problem med att korrekt uppskatta förändring i restider när det är trängsel i delar av trafiknätverket. I detta projekt har vi därför tillämpat surrogat-baserad optimering, som är en metodansats som ställer få krav på vilken transportmodell som används. Den dynamiska transportmodellen Regent/VisumDUE finns sedan tidigare implementerad för Stockholmsregionen, och har därför även använts i detta projekt. VisumDUE är en makroskopisk nätutläggningsmodell med dynamiskt ruttval, och Regent är en efterfrågemodell som innehåller resgenerering, färdmedelsval och destinationsval för arbetsresor[1].Surrogat-baserad optimering erbjuder ett ramverk för optimering av problem med beräkningsmässigt kostsamma målfunktioner. Genom att approximera en funktionsyta till samplade punkter från den kostsamma målfunktionen, kan optimeringen istället göras över den approximerade funktionsytan. För Regent/VisumDUE tar utvärderingen av ett givet trängselskattescenario ca tio timmar, och det är denna beräkningstid som gör målfunktionen kostsam. Givet ett antal samplade punkter, görs ytterligare sampling utifrån en given strategi för att förbättra approximationen, så kallad iterativ sampling. Inom ramverket finns dock en mängd möjligheter för hur de olika komponenterna designas. Därför är det svårt att utvärdera surrogat-baserad optimering med endast Regent/VisumDUE. En statisk transportmodell har därför använts för att utvärdera ett antal kombinationer av samplingsstrategi och funktionsyta. Den mest lovande kombinationen har sedan även utvärderats med Regent/VisumDUE. För att vara praktiskt tillämpbart i framtiden har fokus i projektet varit att utvärdera hur metodansatsen fungerar när antalet möjliga tulluppsättningar är kraftigt begränsat (20-40 stycken).Det scenario som har använts som grund i projektet är trängselskatt i Stockholm på nuvarande tullring, på Essingeleden samt på innerstadsbroarna. Skatten är differentierad med avseende på riktning, vilket ger sex olika skattenivåer att optimera. Optimeringen har gjorts för trängselskattenivå under maxtimmen. I det dynamiska fallet har trängselskattens nivå utanför maxtimme funnits med som indata, men samma tidsprofil som på nuvarande tullring har antagits i alla scenarier (avgiftstrappa 50%, 75%, 100%, 75%, 50%). Utvärderingen med den statiska transportmodellen visar att lösningar nära globalt optimum kan uppnås med endast 40 utvärderade trängselskattenivåer, och en tydlig förbättring av den samhällsekonomiska nyttan uppnås redan vid 20 utvärderade trängselskattenivåer.Även med ett kraftigt begränsat antal utvärderingar av den kostsamma målfunktionen i Regent/VisumDUE, har vi visat att det är möjligt att använda metodansatsen. En tydlig förbättring av den samhällsekonomiska nyttan uppnås med endast 22 utvärderade trängselskattenivåer. Ytterligare experiment skulle dock behövas för att undersöka hur stor denna förbättring är i förhållande till vad som skulle kunna uppnås.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Samhällsbyggnadsteknik -- Transportteknik och logistik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Civil Engineering -- Transport Systems and Logistics (hsv//eng)

Nyckelord

trängselskatt

trängselavgift

vägavgifter

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

rap (ämneskategori)