اگر تقاضا بسیار غیرانعطاف پذیر باشد،نظیر شکل شماره (۴-۴) زمانیکه شیب نمودار تند می شود، تقاضای شناسایی شده به دلیل تعرفه گذاری خیلی تغییر نخواهد کرد ودرآمدها به سادگی از مسافر به کارگزار جمع آوری کننده انتقال خواهد یافت.
اگر هزینه تکمیل و اجرای رویکرد تعرفه گذاری سنیگنی ترافیک بالا باشد، هر گونه بهبود در ارزش افزوده خط مشی ممکن است غالب شود.
ورای افزایش منافع جامع به جهت حذف هزینه های بیرونی مرتبط با تاخیر، مزایای دیگری در حوزه تعرفه گذاری مسیرهای دارای سنیگنی ترافیک مشاهده می شود. این گونه مزایای کاهش الودگی هوا وکاهش مصرف سوخت را در برمی گیرد زیرا از به هدر رفتن زمان کاسته می شود مسیرهای کوتاه تر و شیوه های تمیزتری از حمل و نقل انتخاب می شود.
بدین ترتیب سلامتی بیش تر نمود می یابد سرمایه های مادی و غیرمادی کم تر آسیب می بیند و از تهدید جهانی کاسته می شود. ارزش یابی این گونه مزایا کار دشواری است ولی با تلاش اسمال^[۹۹] و کاظمی^[۱۰۰] در سال ۱۹۹۵ میلادی هزینه هیا مربوط به تامین بهداشت و سلامتی انسان که تحت تاثیر اثرات منفی آلوئدگی قرار می گیرد ۵ سنت برخورد مایل در شرایط آب و هویی لس آنجلس برآورد شده است.
مزیت کلیدی دیگر تخصیص فضای راه به بهترین و کارآمدترین مصرف کنندگان است بسیاری از کاربران یا رانندگان که تردد آن ها از ارزش بالایی برخوردار است از جمله رانندگان کامیون های حامل کالاهای ضروری برای مراکز تولیدی و کارخانه­ها، هم اکنون در تلاشند تا برای اجتناب از تردد در راه­های شلوغ و پر ترافیک هر آنچه در توان دارند انجام دهند. سایرین که سفر آن ها چندان ارزش ندارد از آن فضای ارزش­مند بهره­مند می گیرند. با معرفی قیمت­ها، انواع مسافرین که در راه ها به تردد مشغولند به مسیرهایی انتقال می یابند که پول و زمان کمتری هزینه می کنند.

البته سفرهای ارزشمندتر اغلب با دستمزدها و سرمایه های بیشتری ارتباط می یابند. بنابراین جوامع و سیاست گذاران بسیار نگران اثرات معکوس تعرفه گذاری حجم ترافیک هستند. این مورد به ویژه در کوتاه مدت زمانی که گزینه های مربوط به محل خانه، کار، مدرسه و سایر نقاط تقربا ثابت هستند، نمود بیشتری می یابد.
درآمدهای حاصل از دریافت عوارض را می توان در شیوه های مختلف و سایر برنامه ها با هدف کاهش اثرات منفی اینگونه خط مشی ها هزینه کرد. برای مثال می توان عایدی حاصل از وصول عوارض در مرکز شهر را، صرف هزینه های حمل و نقل و فراهم آردن خدمات مورد نیاز نمود.
۴-۶- برآورد هزینه های جانبی سفر
یک مسافر چه بخواهد وارد یک راه دارای ترافیک سنگین ،به دلایل تکرار شونده یا غیرتکرار شونده، بشود و چه نخواهد وارد بشود می بایست هزینه ای را به لحاظ زمان سفر تاخیر با توجه به زمان بندی تنظیم شده و سایر هزینه های خارجی برای استفاده از آن راه پرداخت می کند. از آنجایی که زمان سفر با تقاضا افزایش می یابد ورودی و به محدود راه یا ملحق شده به صف خودروها نیز هزینه های جانبی سفر را برای کسانی که هم زمان وارد مسیر می شوند یا پشت سر وی قرار می گیرند افزایش می دهد.
از این نوع تحمل هزینه که دیگران متحمل آن می شوند به عنوان هزنیه های جانبی منفی یاد می شود. اساسا استفاده از راه های پرترافیک از کیفیت خدمات برای دیگران می کاهد. این نوع کاهش کیفیت خدمات نوعی هزینه جانبی بیرونی است که در قالب جریمه های ناشی از زمان سفر که دیگران متحمل می شوند نمود می یابد. البته همه رانندگان آن را یکسان تحمل می کنند.
هر راننده هزینه ای پرداخت می کند که کم تر از هزینه های است که جامعه متحمل می شود، اقتصادانان این واقعیت را این گونه به تصویر کشیده اند که در تمامی بازارها کالاها نباید به نقطه ای اختصاص یابد که سود جانبی معادل هزینه جانبی برای تولید محصول باشد.
در مورد استفاده از راه، هزینه در شکل های مختلف افزایش می یابد و گروه های مختلف آنرا متحمل می شوند. به عنوان مثال می توان به هزینه های زیر ساخت و همچنین هزینه های تعمیر و نگهداری راه ها توسط آژانس ها ایالتی و محلی، پرداخت هزینه های مربوط به زمان سفر توسط رانندگان، پرداخت هزینه های مربوط به آسیب های زیست محیطی توسط انسان ها و حیواناتو هزینه های ناشی از تصافات توسط افراد مختلف اشاره نمود.
در اینجا سنگینی ترافیک مدنظر قرار گرفته و بنابراین بالا بردن زمان سفر در این شرایط یعنی سنگین بودن ترافیک در مقایسه با شرایط عادی نیز به گونه ای مورد بحث قرار می گیرد. فضای در دسترس جاده ثابت است ودر شرایط سنگین بودن ترافیک مسافرین یا رانندگان هزنیه های مربوط به تاخیر را به دلیل ورود خودروهای اضافی متقبل می شوند.
شکل ۴-۵: نمودار هزینه متوسط و جانبی
اگر تقاضا برای راه ها بیش از اندازه زیاد باشد هزینه افزایش می یابد و سنگینی جبران این گونه هزینه ها بیش تر جامعه را تحت فشار خواهد گذاشت.همانطور که در شکل شماره (۴-۵) نشان داده شده تفاوت بین دو منحنی یاد شده در این نکته خلاصه می شود که کدام یک توسط مصرف کنندگان اضافی پرداخت نشده باقی می ماند. این وضعیت ممکن است این سوال را مطرح کند: چه کسی راننده جانبی است و چرا (و چگونه) تنها او باید هزنیه ها را جبران نماید، چه هنگام تمامی افراد از حقوق یکسان در زمینه دسترسی به راه ها یا جاده های عمومی برخوردار می شوند؟
در پاسخ باید گفت که تمامی رانندگان باید سنگینی هزینه جانبی سفرشان را قبل شروع آن احساس کنند- و سپس این هزینه را، اگر تصمیم گرفتند به سفر بروند از طریق پرداخت عوارض متقبل شوند. آن ها زمانی سفر خواهند کرد که دریافتی جانبی آن ها از هزینه کل و عوارض فراتر برود. این الزام بر فروشندگان کالا حتی برای اقلام پایه ای مانند پوشاک مسکن غذا و مراقبت های بهداشتی و پزشکی تحمیل می شود.
قیمت هایی که منعکس کننده هزینه های اضافی خارجی و زیرساخت می باشند و تحت عنوان عوارض اخذ می شوند، به عنوان سیگنالهای عمل نموده که مسافران را از هزینه های اجتماعی مرتبط با سفراضافی مطلع مینمایند. لذا این عوارض به عنوان مبنای تصمیم گیری افراد برای تقاضای سفر عمل نموده و در جوابگویی به سوالات: انجام شدن سفر؟ زمان انجام سفر؟ چگونگی انجام سفر؟ مسافت سفر؟، نقش مهمی را ایفا مینمایند. در واقع، عوارضها به صورت همزمان عملکردهای مختلفی دارند. علاوه بر اینکه به عنوان سیگنالهای هزینه عمل مینماید، مکانیزم قیمت گذاری میتواند بهترین راهی برای کنترل عرضه زیرساخت باشد و دسترس پذیری افرادی که اهمیت انجام سفر برایشان مهمتر است، راحتتر باشد.
اصلی که قیمت گذاری هزینه نهایی بدان ارجاع داده میشود، نیاز به اندازه گیری سه مؤلفه هزینه در ازای ترافیک اضافی تحمیل شده به زیرساخت موجود میباشد. این سه مؤلفه عبارتند از:
هزینه متولی زیرساخت: هزینه ای است که به متولی زیرساخت به علت استفاده اضافی از آن تحمیل میگردد. این مؤلفه، متشکل از هزینه های اضافی نگهداری و بهسازی به علاوه هرگونه هزینه عملیاتی دیگر میباشد.
هزینه نهایی سایر کاربران: دومین مؤلفهی هزینهای است که به دیگر کاربران راه وارد میشود. این هزینه ها به واسطه عواملی چون: تأخیرات، تراکم، تصادفات خود را نشان خواهند داد.
هزینه های اجتماعی: سومین مورد هزینه ها محسوب شده که به سیستم بیرونی حمل ونقل تحمیل می گردند. این هزینه ها، غالباً متشکل از هزینه های محیطی می باشند، با این حال، اجزای دیگر سایر هزینه ها ازقبیل تصادفات موقعی که منشاء رخداد آنها پلیس یا خدمات بهداری میباشد و از کاربران دریافت نمی شود، می توانند به این نوع هزینه وارد شوند. قابل ذکر است در این بخش، منظور از هزینه های محیطی هزینه های هستند که در نتیجه استفاده از وسیله نقلیه به وجود مایند؛ هزینه های محیطی مرتبط با تهیه زیرساخت مربوط به تصمیمات سرمایه گذاری بوده و مستقیماً در قیمت گذاری منظور نمی شوند.
هدف از درونی سازی هزینه های حمل ونقل، بهبود کارایی و عدالت است. بنابراین استراتژی بهینه درونی سازی در حد امکان، سعی در بهینه سازی کارایی اقتصادی با کمک قیمت گذاری هزینه نهایی و به کمک ابزارهای بازاری دارد. در مواردی که هزینه های شخصی و اجتماعی یک فعالیت از هم فاصله دارند، بطور کلی عملکرد اقتصادی آن فعالیت در وضعیت کارایی مطلوب نخواهد بود. سطح مطلوب تنها با منظور نمودن هزینه و منافع کامل مربوطه تأمین میگردد. در مورد هزینه های خارجی این امر به مفهوم آن است که هزینه های خارجی در قیمت مؤثر پرداختی منظور گردد. مالیاتها و یارانه ها ممکن است به عنوان ابزارهایی برای داخلی کردن هزینه ها و یا منافعی که در قیمت لحاظ نمی گردد، بکار رود که با تأثیر دادن آنها بر تصمیمات مشتریان نتیجه می دهد. با این روش شکاف بین هزینه های شخصی و اجتماعی کامل کم شده و دورنمایی از تخصیص کاراتر را نشان می دهد. چگونگی عملکرد مالیات و یارانه ها بستگی به موارد زیر دارد:
چگونگی آنها آثار خارجی را منعکس می کنند که این امر یک مشکل اندازه گیری است
چگونگی می توان آنها را اجرا کرد
مسافرت افراد تا چه حد نسبت به قیمت حساس است.
وجود آثار خارجی که در قیمت دخالت ندارند، تنها منبع عدم کارایی نتایج حمل و نقل نبوده و در صورتی که قیمتهای تعیین شده برای مسافران، هزینه های کامل عامل تولیدی کارا را نپوشاند (چه بصورت تعیین قیمت کم و یا تعیین قیمت زیاد)، کارایی از دست خواهد رفت. اما در اینجا مانند سایر مناقشات مربوط به تعیین قیمت زیر ساختها، نظر مشخصی مبنی بر اینکه هزینه های کارایی کامل چه چیزهایی را باید در بر داشته باشد، وجود ندارد. اگر عاملین حمل و نقل، هزینه های عملیاتی و سایر هزینه ها را به حداقل نرسانند، محدوده ای برای تعیین بیش از اندازه قیمت وجود دارد که بتواند هزینه های متورم را بازیافت نماید. این نوع از عدم کارایی دلیلی برای مقررات موجود در زمینه قیمتهای حمل و نقل است (پژوهشکده حمل و نقل،۱۳۸۹).
۴-۷- تشریح مدل ارائه شده
هزینه ها و منافع کاربر درنتیجه اثراتی است که کاربران راه متقابلاً برهمدیگر تحمیل می نمایند، هنگامی که به صورت همزمان فعالیتهای حمل ونقلی را انجام میدهند. طبیعت چنین مداخله هایی ممکن است مثبت یا منفی باشد. جنبه مثبت بدین دلیل است که مسافران حمل ونقل عمومی اغلب به ظرفیت بیشتر وسایل نقلیه نیاز دارند تا بتوانند از طریق آن هزینه های دسترسی را کاهش دهند؛ اثرات مثبت اشاره شده نخستین بار توسط Herbert Mohring در سال ۱۹۷۲ و در حمل ونقل عمومی درون شهری اتوبوس مورد بررسی قرار گرفتند، به همین دلیل نیز اغلب به اثرات Mohring شناخته می شوند. از طرفی دیگر افزایش تعداد وسایل نقلیه بر روی زیرساخت موجود، منجر به افزایش تراکم شده و وسایل نقلیه نمی توانند با سرعت طراحی شده حرکت نمایند، لذا تأخیر و اتلاف وقت کاربران به وجود خواهد آمد. چنین اثراتی به اثرات تراکم و کمیابی شناخته می شوند. لازم به ذکر است دو اثر اشاره شده مخصوصاً اثر Mohring در حمل ونقل درون شهری بیشتر به چشم خورده و از آنجاکه موضوع پروژه پیش رو، تعیین هزینه های خارجی بزرگراه ها میباشد، لذا در ادامه فقط اثرات تراکم مورد ارزیابی قرار می گیرند.
ایجاد اختلال در ترافیک که منجر به کاهش سرعت حرکت اتومبیلها یا توقف کامل آنها میشود، پدیدهای است که با افزایش قابلیت جابجایی در راه ها و نزدیک شدن آن به حدی معادل ظرفیت راه، به طور روزافزونی تکرار میشود. اگر نحوه وقوع این پدیده و به خصوص سابقه تاریخی آن در کشورهای مختلف جهان مورد مطالعه قرار داده شود، مشخص میشود که این موضوع با افزایش جمعیت و فعالیتهای اقتصادی و تولیدی ارتباط دارد. بنابراین، از لحاظ مکانی این پدیده ابتدا در مناطق مسکونی و به خصوص مناطق پرجمعیتتر رخ میدهد و بعد با سرعتی مشابه سرعت افزایش قابلیت جابجایی وسایل نقلیه متناسب با کاهش روزافزون استفاده از دیگر وسایل حمل ونقل، به نواحی بین شهری منتقل میشود.
از نظر زمانی، اوج ترافیک که معمولاً در ساعات و روزهای مشخصی از سال اتفاق میافتد، درصد کمتری از افزایش را در مقایسه با مقادیر متوسط که رشد بیشتری داشته و به تدریج موجب کاهش فاصله بین مقادیر حداکثر و حداقل شده، نشان می دهد. این امر نشان میدهد که نمودار سالانه (روزانه) توزیع ترافیک دارای یک سری نقاط اوج با روند معمولاً سینوسی در فاصله زمانی بین نقاط اوج میباشد.
شکل ۴-۶ : جریان ترافیک در چند روز مختلف در طول شبانه روز
در نتیجه، مشکلات تراکم ترافیک را باید پیشاپیش، هم در مرحله مدیریت و هم در طی مرحله برنامه ریزی و تعریف پارامترهای طراحی، مورد توجه قرار داد. بنابراین عاقلانه خواهد بود که اطلاعاتی درباره مشخصات و وضعیت تراکم ترافیک نه تنها بعد از وقوع آن بلکه حتی قبل از این که اتفاق بیافتد، کسب نمود. این امر موجب میشود که تقریباً در همه موارد از منابع موجود استفاده بهینه شود، ضمن این که از وقوع شرایطی که منجر به بدترشدن کیفیت ترافیک می گردد، نیز جلوگیری میشود یا حداقل میزان وقوع آن کاهش می یابد.
وظیفه اصلی مدیریت کارآی شبکه راه، شناسایی ابعاد مختلف پدیده وضعیت بحرانی، پیشبینی صحیح آن در حد ممکن، اندازه گیری آن به منظور کنترل یا جلوگیری از وقوع آن و شناسایی گامهای قطعی یا موقتی است که باید در هر دو مرحله برنامه ریزی و مدیریت برداشته شود.
با افزایش حجم ترافیک، وسایل نقلیه برای یکدیگر مزاحمت ایجاد کرده و در نتیجه آن سرعتها کاهش یافته و نهایتاً زمان سفر و هزینه های عملیاتی افزایش پیدا میکنند. این درحالی است، غالباً افراد فقط به تابع هزینه های خصوصی توجه نموده و هزینه های اضافی که بریکدیگر تحمیل مینمایند را در تصمیم گیری ورود به شبکه زیرساخت ، مدنظر قرار نمیدهند. این اثرات بررسی نشده، هزینه های نهایی خارجی تراکم نامیده شده و توسط هزینه های خصوصی عملیاتی کاربر ۱ که تابعی از تراکم ترافیک هستند به دست خواهند آمد. درصورت تحمیل هزینه های خارجی تراکم بر کاربران راه از طریق اعمال عوارض، تقاضای حمل ونقل بنا به دلایلی چون: تغییر در زمان سفر، تغییر در مد حمل ونقل، تغییر در مسیر حرکت یا حذف سفرهای کماهمیتتر، عکس العمل از خود نشان دهد.
هدف از ارائه این پروژه، محاسبه هزینه های نهایی اجتماعی تراکم تحت شرایط کنونی ترافیک و در حالت توازن عرضه و تقاضا (شرط بهینگی) می باشد تا بتوان از آن در بزرگراههای کشور از آن استفاده نمود.
تابع هزینه میانگین (خصوصی) در سطح تردد (تقاضا)Q، به صورت AC(Q) نشان داده خواهد شد . در حمل و نقل جاده ای، AC(Q) متشکل از هزینه های زمان، سوخت و سایر هزینه های عملیاتی وسیله نقلیه است . از آنجاکه هزینه های عملیاتی وسیله نقلیه به مالک وسیله نقلیه منتقل شده و به افراد دیگر تحمیل نمیگردند، غالباً از آنها چشم - پوشی خواهد شد. هزینه های زمان و سوخت برای هرکیلومتر وسیله نقلیه به سرعت و کیفیت شبکه زیرساخت وابسته هستند. در صورتی که هزینه های کاربر را خلاصه تر کرده و فقط هزینه های زمان در نظر گرفته شوند، منحنی عرضه تابعی از زمان سفر بوده و می توان رابطه سرعت-جریان را نشان داد. در نتیجه، هزینه های نهایی اجتماعی کاربر از مشتق (زمان سفر بر سرعت) به حجم ترافیک Q محاسبه خواهد شد.
مهمترین وسیله جهت مشخص نمودن تاثیر اضافه شدن خودرو به ترافیک موجود در یک جاده، استفاده از یک مدل مناسب جهت جریان ترافیک موجود می باشد.مهمترین فاکتورها و عواملی که در این زمینه مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از(Buris,Patil,2008) :
سرعت
جریان
چگالی
مدل های جریان ترافیک در واقع مشخص کننده ارتباطات اصلی در ماکروسکپی ترافیک می باشند.این مدل ها همچنین در طراحی، ساخت و مدیریت سیستم های حمل و نقل مورد استفاده قرار می گیرند.
در طول سال های گذشته مدل های متفاوتی برای جریان ترافیک ارائه شده است.بطور مثال گرینبرگ از از مدل های هیدروداینامیک و با فرض مشابهت جریان ترافیک با جریان سیالات استفاده کرده است. مدل های قدیمی تر از یک قائده ثابت برای هر دو حالت جریان آزاد و جریان متراکم استفاده می کردند در صورتیکه در مدل های جدیدتر توسعه پیدا کرده و از قوائد متفاوتی برای هر کدام از حالتهای فوق استفاده کرده اند.
۴-۸-۱- مدل های ساده
تعدادی از پر کاربردترین مدل های و مشخصات آنها در جدول زیر نشان داده می شود.
جدول۴-۱ : مشخصات مدل های ساده جریان ترافیک