城市交通拥堵的博弈论分析和解决对策

尹耀辰

摘 要 文章首先介绍了博弈论和囚徒博弈模型，然后分析了城市交通擁堵的主要原因和成本，通过建立交通参与者之间抢行的博弈矩阵和对交通参与者的行为进行博弈分析，最后从博弈论的视角提出了解决交通拥堵的对策。

关键词 博弈论 囚徒困境 交通堵塞 公共交通

中图分类号：F572 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.02.074

随着现代化发展和人民生活水平提高，城市马路上车流量越来越大，人们出行时感觉拥堵。公共交通优先发展是城市交通问题获得解决的有效举措，也是城市交通实现可持续发展的内在要求。目前我国很多城市相继出台和实施了多元化的优惠公交政策，鼓励公交优先发展。

博弈论是研究不同主体冲突过程中寻求最优决策的理论。军事、政治、经济、生态环境治理等领域已有博弈论的广泛应用。交通领域也逐渐发现了该理论在解决冲突问题的优势。

1 博弈论和囚徒困境

博弈理论的奠基之作是《博弈论和经济行为》，由冯·诺依曼和奥斯卡·摩根斯特恩1944年合著。约翰·纳什1950年提出“纳什均衡”概念，构筑了现代主流博弈理论的基础。张维迎（1996）认为，博弈论是研究决策主体的行为发生直接相互作用时候的决策以及这种决策的均衡问题，合作博弈和非合作博弈的划分根据是当事人是否达成具有约束力的协议。洪开荣（2014）指出，纳什均衡是所有博弈均衡概念的理论基点，是博弈分析逻辑的起发点和中心点。

“囚徒困境”是一个经典的非合作博弈模型。两个同案嫌疑犯被警察抓住，警察知道两人有罪，但指证他们缺乏足够证据，希望其中至少一人能够坦白供认。为了防止两名嫌疑犯串供或结成攻守同盟，警察将他们分开关押并分别审讯，以得到口供。两名嫌疑犯面临相同的选择：若两人都抵赖，每人以轻微犯罪判刑 1 年；若一人坦白另一人抵赖，则坦白者被释放出去，抵赖者被判刑 10 年；若两人都坦白，各判刑 8 年。博弈矩阵如表1所示。

根据表1模型，对两个嫌疑犯最有利的策略组合是（抵赖，抵赖）；但是由于信息互不相通导致不能串供和双方的互不信任，每一个嫌疑犯为了自身利益会选择“坦白”作为自己的占优策略，最终出现（坦白，坦白）策略组合，各被判刑 8 年。表面符合个体理性的选择，却是集体非理性的，这是“囚徒困境”模型所要说明的现象。由于个体理性与集体理性的可能冲突，导致人们在追逐个体利益的时候，却不一定得到最大的集体利益。这与经济学鼻祖亚当·斯密的“市场经济中每个人从利己目的出发，最终全社会达到利他效果”理论矛盾。

2 城市交通拥堵的主要原因和成本分析

亚当斯交通定律“交通需求总趋向于大于交通供给”被用来说明城市交通“魔鬼循环”。根据亚当斯的思维，新修的道路基础设施能够缩短居民的出行时间或距离，使得交通拥挤在一段时间内得到缓解；但是新的交通流量会被便捷舒适的道路条件快速吸引和诱发，导致道路交通再度出现拥挤甚至更加拥挤不堪。

除了交通事故和修路围挡等原因，城市的交通拥堵一般表现为单位时间内路上行驶的车辆数量远超出路面的正常通行量。交通道路需求远大于供给是交通拥堵的根本原因。控制单位时间内行驶于路面的车辆数量在正常范围内，才能减少城市交通拥堵。

根据中国新闻网报道，高德发布的《2015年第三季度中国主要城市交通分析报告》显示，北京、广州、深圳、上海等经济越发达、基本工资越高的城市因拥堵造成的损失越大，位居通勤族因拥堵造成的时间成本榜榜单前列。以北京为例，该季度北京通勤族高峰每出行1小时就有30分钟耗费在严重堵车上。根据社保部门公布的北京上年度月平均工资为6463元，按每月22个工作日，每日工作8小时，可计算出每小时北京拥堵成本为6463？2？？0？0=18.36元。按每天通勤2小时22天计算，北京通勤族每月因拥堵造成的时间成本就有808元。

事实上，道路拥堵不仅产生时间成本，而且引发日趋严重的环境污染和能源浪费等系列问题。

3 针对交通参与者抢行的博弈分析

“公地悲剧”概念由英国学者加勒特·哈丁提出，是资源分配过程中涉及个人利益与公共利益冲突的一种社会陷阱。分析导致公地悲剧的原因，一是人性的自利，二是公共资源缺乏严格而有效的监管。公地悲剧并非不可避免。针对交通参与者抢行的博弈分析可以说明有效监管的重要性和必要性。

3.1 行人与汽车的博弈

假定行人和机动车同时出现在无信号控制的十字路口的垂直方向，都想穿过马路到对面去。双方都认为如果自己通过路口的时间越短，所得的效益就越大，所以出现抢行。双方的博弈矩阵如表2所示。

假设双方均采取抢行通过路口，各得相同效益A；一方抢行而另一方礼让时，抢行方通过路口所花的时间最短，获得最大效益B，虽然礼让方通过路口的时间短于双方都抢行所需的时间，但是由于礼让方在心理上产生不舒服，所获效益C小于效益A；双方都礼让时通过路口的时间介于上述两种情况之间，由于可能会浪费一些等待时间，所得效益D介于效益A 和B之间。通过分析，B>D>A> C，无论对于行人还是机动车，最优策略都是（抢行，抢行）。行人和机动车均为理性的交通参与者，双方都追求效益最大化，这样就陷入了“囚徒困境”。

如果交通管理者对交通行为的参与者进行道路安全教育，使参与者意识到礼让对方是一种交通道德，否则交通事故导致的危害对参与者效益的损失更大，或者交通管理者严厉监管和惩罚发现的抢行行为，这样参与者就会自动修改自己的效益值，使得收益矩阵中D>B和C>A，（礼让，礼让）成为唯一的纳什均衡，而且是最优均衡。

3.2 公交与私车的博弈

假设多人共享一条公共道路资源，根据选择公交或私车两种不同的出行方式分为群体1和群体2，这样就存在4个战略组合。表3显示两个群体的博弈收益矩阵。

如果两个群体均选择公交出行， 各自获得相同收益H；如果一个群体选择小汽车，另一个群体选择公交，乘坐公交出行的群体因为公交车内拥挤不适、换乘和拥堵时间成本等遭受损失，获极低收益I，而选择私车出行的群体则获得超额收益J；如果双方成员均选择私车出行，两者均获得收益K。这时博弈双方构成了完全信息静态博弈。

分析上表可知，J>H，K>I，由于交通拥堵时间成本巨大，K明显小于H，因此 J>H>K>I。在选择出行方式时，两个群体的理性人均会追求各自利益的最大化，（私车出行，私车出行）方式就成为他们的占优战略。如果政府或交通管理者采取公交优先的有利政策，使收益变成H>J，I>K，（公交出行，公交出行）就会成为新的占优战略和交通参与者的最佳选择。

4 基于博弈论解决城市交通拥堵的对策

贾子若、宋守信（2012）指出，人与车的博弈凸显社会公共道德意识的淡薄；车与车的博弈体现交通出行理念的落后和城市交通体系的不完备。卢雪、孙英隽（2013）对城市优惠公交进行了博弈分析。通过对城市交通拥堵的博弈分析，文章提出以下对策来解决城市交通中的拥堵及安全问题。

第一，加强交通安全教育和监控，严格执行交通规则和制度。提高交通参与者的道德意识，对抢红灯等交通不良行为实施监控和必要的惩罚，促使交通参与者遵守交通规则，尽可能降低道路安全风险。禁止车辆在马路边乱停乱放，禁止城市内停车位占据道路边的非机动车道和人行道。

第二，优先发展城市公共交通，引导人们合理使用私车和绿色出行。实行有利于人们选择公共交通出行的经济政策，设立公交专用车道和公交车优先通过交叉口，提高公交和地铁等交通方式的竞争力。宣传和倡导市民優选公交出行，减少道路拥挤，降低因交通产生的环境污染。提高私车在城市中的运营成本和使用效率，限制小汽车在某些主干道路的使用。使用地铁和轨道交通等快速公交系统有效分流城市道路运输量。

第三，科学合理地规划城市交通道路，加快城市交通网络建设。合理安排好城市主干道，机动车与非机动车道增加隔离。增加过街天桥，最大限度减少人行横道。在交通枢纽处，尽量利用跨线桥、下穿隧道建立立体交叉，形成地上和地下结合的交通枢纽，方便道路间互通。像西方国家那样，在大城市的部分重要地铁站口或者公交站点附近修建大型立体停车场，利于私家车主换乘快速公共交通往返城区目的地。

第四，加快交通信息化智能化建设和推广，科学疏导交通。在交通运输领域加快现代信息技术的应用创新，开发和推广各种智能系统在公共交通综合调度、交通诱导和交通信息服务等领域的应用。提供智能化全天候可查询的交通信息平台，提供和完善“滴滴打车”等类型的服务，降低出租车的空载率。推进公共交通一卡通、移动支付和电子不停车收费等新型便捷服务。

5 结束语

城市交通问题在某种程度上是一个典型的公地博弈，涉及行人、公交和私车等不同交通参与者等对道路的竞争。用博弈论的视角理性思考和分析城市交通拥堵，有助于我们更好地理解个人行为和社会秩序，找到交通拥堵问题的解决对策。

参考文献

[1] 张维迎.博弈论和信息经济学[M].上海：上海人民出版社，1996.

[2] 洪开荣.经济博弈论[M].北京：经济出版社，2014.

[3] 智能化公交系统[EB/OL]. http：//baike.baidu.com/view/5451024.html.

[4] 贾子若，宋守信.基于博弈论的城市交通拥堵问题分析[J].物流技术，2012（3）：56-58.

[5] 卢雪，孙英隽.城市优惠公交的博弈分析[J].武汉理工大学学报（社会科学版），2013（1）：21-25.