Μελέτη επιπτώσεων επιβολής αστικών διοδίων στο οδικό δίκτυο της Αθήνας με χρήση δυναμικού μοντέλου προσομοίωσης

Abstract

Το μέτρο της επιβολής αστικών διοδίων αποτελεί ένα από τα πλέον διαδεδομένα μέτρα διαχείρισης της ζήτησης και έχει εφαρμοσθεί σε αρκετές μεγάλες πόλεις ανά τον κόσμο (με πιο γνωστές τις εφαρμογές στο Λονδίνο, τη Στοκχόλμη και τη Σιγκαπούρη). Ο σκοπός εφαρμογής του μέτρου μπορεί να διαφέρει ανά περίπτωση, ωστόσο εν γένει αφορά είτε τη μείωση της ζήτησης σε καίρια τμήματα του δικτύου, είτε τη συγκέντρωση κεφαλαίων. Επιπλέον, διάφορες ανεπιθύμητες επιπτώσεις της κυκλοφορίας των οχημάτων, όπως είναι η ατμοσφαιρική ρύπανση, η ηχορύπανση, και τα τροχαία ατυχήματα, μπορούν να περιοριστούν από την εφαρμογή του μέτρου παράλληλα με τον περιορισμό της ζήτησης. Ωστόσο, η εφαρμογή του μέτρου μπορεί να έχει δυσμενείς επιπτώσεις στο λοιπό οδικό δίκτυο, ενώ δύναται να δημιουργήσει κοινωνικοοικονομικές ανισότητες. Η ανάλυση των ωφελειών καθώς και των προβλημάτων, που θα μπορούσαν να προκύψουν από την εφαρμογή του μέτρου, αποτελεί αντικείμενο μελέτης ως προς την αξιολόγηση της σκοπιμότητας εφαρμογής του στο μέλλον. Η αναγκαιότητα μελέτης της εφαρμογής του μέτρου της επιβολής αστικών διοδίων στο κέντρο της Αθήνας, αποτελεί ένα θέμα που έχει προκύψει τα τελευταία χρόνια, με δεδομένη τη συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση για μετακίνηση εντός και περιφερειακά του κέντρου της πόλης. Ασφαλώς, ότι η υφιστάμενη κατάσταση στην Αθήνα (π.χ. αποσπασματική αστυνόμευση της παράνομης στάθμευσης και του δακτυλίου) οδηγεί στην παρατήρηση ότι υπάρχουν πιο άμεσοι και εύκολοι τρόποι περιορισμού της ζήτησης για μετακίνηση, αλλά όταν αυτοί εξαντληθούν τα αστικά διόδια μπορεί να αποτελούν μια χρήσιμη εναλλακτική προσέγγιση στα μέτρα των αρχών. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η αξιολόγηση των επιπτώσεων της εφαρμογής του μέτρου χρέωσης σε περιοχές του οδικού δικτύου της πόλης. Για το σκοπό αυτό έγινε χρήση δυναμικών μοντέλων προσομοίωσης, μέσω των οποίων το οδικό δίκτυο αναλύεται μακροσκοπικά και με την αξιοποίηση διάφορων δεικτών (συνολικά δαπανούμενες οχηματοώρες, συνολικά διανυόμενα οχηματοχιλιόμετρα) εξάγονται για αυτό ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά, ώστε να πραγματοποιηθεί μία συνολική αξιολόγηση των επιπτώσεων που θα επέφερε η δυνητική επιβολή του μέτρου. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για τη διεξαγωγή της μελέτης συνοψίζεται στη δημιουργία του μοντέλου προσφοράς του οδικού δικτύου της πόλης και τη μελέτη των δυναμικών αλληλεπιδράσεων του με το αντίστοιχο μοντέλο ζήτησης. Αρχικά, με δεδομένο το στόχο της μακροσκοπικής ανάλυσης, δημιουργήθηκε το μοντέλο της διαθέσιμης οδικής υποδομής. Το μοντέλο προσφοράς προέκυψε από την ψηφιοποίηση των κυκλοφοριακών ζωνών και των κύριων οδικών αρτηριών της Αθήνας με τη χρήση του λογισμικού Google Earth. Οι κυκλοφοριακές ζώνες ορίστηκαν βάσει των ορίων των δήμων της Αττικής, με εξαίρεση το δήμο Αθηναίων που χωρίστηκε βάσει των ορίων των επτά δημοτικών διαμερισμάτων, καθώς συγκεντρώνει μεγάλο αριθμό μετακινήσεων και αποτελεί την άμεση ζώνη επιρροής του μέτρου. Το αποτέλεσμα της ψηφιοποίησης μετατράπηκε μέσω του λογισμικού ArcGIS σε αρχείο γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (G.I.S.), στο οποίο περιέχονται οι συντεταγμένες, τα ονόματα και τα μήκη των κύριων οδών, καθώς και οι συντεταγμένες, τα ονόματα και οι εκτάσεις των κυκλοφοριακών ζωνών. Το προκύπτον αρχείο εισήχθη στο λογισμικό σχεδιασμού μεταφορών VISUM, όπου και ορίστηκαν οι κανόνες διαχείρισης και λειτουργίας του οδικού δικτύου. Συγκεκριμένα, καθορίστηκαν οι χωρητικότητες των οδών, οι επιτρεπτές κινήσεις με τις αντίστοιχες χωρητικότητες τους, καθώς και τα όρια ταχύτητας. Ο καθορισμός των παραπάνω στοιχείων πραγματοποιήθηκε με τη συστηματική χρήση κατάλληλων κανόνων. Όπου αυτό κρίθηκε απαραίτητο, βάσει της ανάλυσης, πραγματοποιήθηκαν τοπικές παρεμβάσεις, ώστε το δίκτυο να ανταποκρίνεται καλύτερα στην υφιστάμενη κατάσταση. Το μοντέλο ζήτησης που χρησιμοποιήθηκε βασίστηκε στο μητρώο συνολικών ημερήσιων μετακινήσεων με Ι.Χ. σε επίπεδο δήμων που προέκυψε από τη Μελέτη Ανάπτυξης Μετρό το 1996, κατάλληλα προσαρμοσμένο ώστε να αναπαριστά τη σημερινή ζήτηση για μετακίνηση. Το μητρώο συνολικών ημερήσιων μετακινήσεων που προέκυψε, κατανεμήθηκε σε ωριαία ζήτηση, χρησιμοποιώντας παράγοντες προσαρμογής για κάθε ώρα της ημέρας. Μετά τη δημιουργία των μοντέλων προσφοράς και ζήτησης, πραγματοποιήθηκε η ανάλυση των δυναμικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των δύο μοντέλων. Η ανάλυση έγινε με χρήση της λειτουργίας δυναμικού καταμερισμού, και συγκεκριμένα δυναμικού καταμερισμού ισορροπίας χρηστών (Dynamic User Equilibrium). Το πλεονέκτημα της συγκεκριμένης διαδικασίας καταμερισμού είναι ότι μπορεί να μοντελοποιήσει το φαινόμενο της διάδοσης της συμφόρησης στους ανάντη συνδέσμους (spill - back), δηλαδή οι χωρητικότητες ανάντη των σημείων που προκαλούν τη συμφόρηση μειώνονται έτσι ώστε να μην υπερβαίνεται η δυνατότητα αποθήκευσης (μέγιστη πυκνότητα) των συνδέσμων. Επιπλέον, το μοντέλο επιλογής διαδρομής μπορεί να υιοθετήσει είτε μία ντετερμινιστική προσέγγιση, όπου φορτίζονται οι διαδρομές με το μικρότερο γενικευμένο κόστος, είτε μία στοχαστική προσέγγιση, όπου το γενικευμένο κόστος προκύπτει έτσι ώστε να αντικατοπτρίζονται οι υποκειμενικές αντιλήψεις των μετακινούμενων. Έχοντας δημιουργήσει το πλήρες συγκοινωνιακό μοντέλο της Αθήνας, αναπτύχθηκαν εν συνεχεία τα σενάρια που αφορούν στη μελέτη του μέτρου των αστικών διοδίων. Συγκεκριμένα, θεωρήθηκε ότι η ζώνη χρέωσης θα είναι αντίστοιχη με τα όρια του υπάρχοντος δακτυλίου, ότι η χρέωση θα είναι σταθερή κατά τη χρονική διάρκεια ισχύος του μέτρου, καθώς και ότι η συλλογή των διοδίων θα γίνεται κατά την είσοδο στη ζώνη χρέωσης και θα είναι ανεξάρτητη από τη χρονική διάρκεια παραμονής εντός αυτής ή τη διανυθείσα απόσταση. Αναπτύχθηκαν τα σενάρια αναφοράς, που αφορούν τη σύγκριση των αποτελεσμάτων για κάθε τιμή χρέωσης, με τα αντίστοιχα της μη εφαρμογής του μέτρου, για δεδομένη ζήτηση μετακίνησης. Οι τιμές χρέωσης που μελετήθηκαν αφορούν χρεώσεις των 3 και 5 € αντίστοιχα. Εν συνεχεία αναπτύχθηκαν και μελετήθηκαν τα σενάρια ανάλυσης ευαισθησίας, με άξονες την τιμή του αστικού διοδίου και το συνολικό επίπεδο ζήτησης, που θεωρήθηκε ότι μειώνεται με την εφαρμογή του μέτρου. Η μείωση εφαρμόζεται στις μετακινήσεις, από και προς τις κυκλοφοριακές ζώνες που περικλείονται από τη ζώνη χρέωσης, και εξετάστηκαν μειώσεις της τάξης του 10 και 20 % αντίστοιχα. Για τα διαφορετικά σενάρια που εξετάστηκαν, προέκυψαν διαφορετικά στοιχεία για την περίοδο ανάλυσης, τα οποία κατέδειξαν τα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά των επιπτώσεων από την επιβολή του μέτρου των αστικών διοδίων. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι στους παρακείμενους δρόμους των ορίων της ζώνης χρέωσης η ζήτηση για κυκλοφορία αυξάνεται σημαντικά, όπως συμβαίνει και στους κεντρικούς οδικούς άξονες της πόλης, ιδιαίτερα κατά τις περιόδους υψηλής ζήτησης, δημιουργώντας έτσι φαινόμενα συμφόρησης σε νέες θέσεις του δικτύου. Επίσης, στο χρονικό διάστημα της μίας ώρας που προηγείται της έναρξης ισχύος του μέτρου, εμφανίζεται σημαντική αύξηση της ροής κυκλοφορίας εσωτερικά της ζώνης χρέωσης, και έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία αιχμής σε αυτό το διάστημα, υψηλότερη σε σχέση με πριν. Οι κυκλοφοριακές συνθήκες εντός της ζώνης χρέωσης βελτιώνονται και η ζήτηση περιορίζεται, όπως και οι επιδράσεις της. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη μελέτη επισημαίνουν ότι μεγάλο ποσοστό των μετακινουμένων θα αναγκαστεί να χρησιμοποιήσει εναλλακτικές διαδρομές για την πραγματοποίηση των μετακινήσεών του, επηρεάζοντας τη δομή των μετακινήσεων και τη ζήτηση για άλλες διαδρομές εκτός ζώνης χρέωσης, με πιθανό το ενδεχόμενο εμφάνισης κορεσμού, σε νέες θέσεις του δικτύου. Συμπερασματικά περιγράφονται οι περιορισμοί της συγκεκριμένης έρευνας (π.χ. ότι δεν λαμβάνεται υπόψη η επιλογή μέσου, ή η πιθανότητα ματαίωσης μετακίνησης) και προσδιορίζονται κατευθύνσεις για περαιτέρω έρευνα, ώστε να προκύψει ένα πιο ακριβές πλαίσιο εκτίμησης των μακροπρόθεσμων επιπτώσεων της χρήσης πολιτικών τιμολόγησης, ή άλλων μέτρων περιορισμού και ανακατανομής των μετακινήσεων.

The subject of road pricing consists one of the most common countermeasures against traffic congestion and it has been implemented in several countries around the world. London, Stockholm and Singapore are the most significant example – cities where the congestion charging was introduced. The objective of this measure varies as the case may be. In general, though, it concerns either the reduction of demand in critical network sections, or the fund – raising. Furthermore, various undesirable impacts of the vehicular traffic on vital issues such as air pollution, noise pollution and road crashes, could be moderated by the implementation of road pricing with the concurrent restraint of demand. Despite the above advantages, the introduction of this measure may have impacts on the remaining road network and bring about social and economic differentials. The benefit analysis and the problems arising from the potential implementation of this measure, constitutes a matter of investigation for the evaluation of its future effectiveness. In recent years, given the continuously increment of traffic demand in the inner city and around the city center, the necessity of research on the subject of road user price charging in the centre of Athens, has arose. The current situation in Athens – the ring bound and the partial surveillance of illegal parking – definitely indicates that there are more direct and fast instruments to confine the traffic demand, but as long as they are not sufficient, urban tolls may provide the government with a useful alternative tool. The objective of this work was to evaluate effects of the implementation of road pricing on the road system of Athens. In this context, a macroscopic analysis of the road network was conducted by means of a simulation dynamic model, and the resultant qualitative and quantitative outputs were used in order to hold an overall review of the potential use of this measure. In this work, the followed methodology is summarised in the creation of the network model that contains the supply data, and the study of its dynamic interactions with the demand model. The first step was to form the network model by digitizing the traffic zones and the main routes of Athens, via the Google Earth software. The traffic zones were determined based on the boundaries of Attica’ s municipalities, except for the municipality of Athens that was designed based on the boundaries of the seven municipality districts, as it gathers significant traffic and consists the major zone that is affected by the measure. The outcome of the digitization was converted in a geographic information system file (G.I.S.) via the ArcGIS software. The data - file contained the coordinates, names and lengths of the main roads, as long as the coordinates, names and areas of the traffic zones. Afterwards, the file was imported in the VISUM software system for transport planning. The rules of management and operation of the road network, such as capacities, allowed motions with the corresponding capacities and speed limits, were then defined in the software environment. The necessity of some interventions came along in order to best address the current situation of the network. The demand model rested on the record of total daily transfers with passenger cars within the municipalities, which was obtained by the Development Study of Subway (1996), and was properly adjusted to represent the current traffic demand. The record of total daily transfers was distributed in demand per hour, with the use of adjustment factors for every hour of the day. Subsequent to the above, an analysis of the dynamic interactions between the supply and the demand model was made. The analysis was conducted with the function of dynamic traffic assignment, and particularly with the function of Dynamic User Equilibrium. The advantage of this procedure is that it enables the modeling of the spill – back phenomenon in the upstream links. That means that the capacities of upstream points that cause congestion, go down in order to avoid exceeding the maximum storage capacities of the links. Moreover, the route choice model may implement either a deterministic approach that charges the routes with the lowest generalised cost, a stochastic approach that charges the routes with the lowest anticipated cost, or finally a combination of them. As the network model of Athens was fully defined, the step that followed was the preparation of the scenarios concerning the study of urban tolls measure. The charge zone was set corresponding to the current ring limits of the ring. The charge was considered constant for the validity period of the measure, and the collection of the tolls (at the entrance of the charge zone) was assumed to be independent of the time and distance travelled within the zone. A sensitivity analysis was conducted for the price of the urban toll and the total level of demand. For the various scenarios that were examined, different data for the analysis period were obtained, that demonstrate the qualitative and quantitative characteristics of the effects of urban tolls imposition. Results indicated that the traffic demand was significantly increased in the adjacent roads of the charge zone, a fact that was also observed at the main center roads, especially in peak demand periods, concluding to congestion problems in new network spots. The time interval of the hour preceding the beginning of the charge, developed considerable increase of traffic flow inside the charge zone, and led to a peak, higher than the previous case. The traffic condition inside the charge zone was improved and the demand was confined, as long as its repercussions. The outcomes of this research remark that a high percentage of passengers will have to use alternative routes in order to serve the necessary transits. This fact has an effect on the configuration of transits and brings about the necessity of alternative routes outside the charge zone, with a potential cause of congestion in several areas. Finally, there are some restraints in the present work, such as the lack of the mode choice in the model, and for this reason further research is suggested, in order to come to a more detailed and accurate context of evaluation of the long – term effects of road pricing, or other similar countermeasures