代替關係를 考慮한 道路混雜通行料에 關한 硏究

Abstract

도로교통혼잡비용에 대하여 단일시장모형, 내지는 승용차만이 존재하는 경우를 가정한 기존 모형과 이론이 갖는 한계점을 보완할 수 있는 대안으로서 대체적 관계인 버스 및 지하철 등의 복수 교통수단이 존재하는 상호의존적 교통시장 하의 최적 도로교통혼잡비용 및 버스공급수준에 대하여 연구하였음. 연구를 위하여 사회적 편익 극대화 문제의 이론적 배경인 소비자잉여 극대화 문제 등 관련 교통경제학적 이론 및 문제점을 검토하고, 목적함수, 즉 사회적 후생함수가 두 개 교통수간의 대체효과를 감안하여 비분리적이고 함수의 자코비안이 비대칭인 경우의 적분경로 문제 등 제반 문제점 및 제약조건에 대한 이론적 검토가 수행되었음. 이를 기초로 도로교통혼잡비용의 이론적 배경 및 수리 문제화에 대한 검토와, 실현 가능한 대체교통수단이 존재하는 상호의존적 교통시장 하에서 최적 도로교통혼잡비용을 산정하는 방법 및 의미에 대하여 검토·제시한 후, 구체적 형태의 함수 식을 가진 교통경제학적 모형으로 개발함. 교통경제학적 모형은 통행로에 따라 구분되는 도시교통체계를 구성하는 서로 다른 각각의 교통수단을 수요 및 비용함수 (통행비용함수, 운영비용함수 및 혼잡비용함수)로 구성할 수 있음. 본 연구에서는 개인 승용차, 버스 및 지하철을 포함하는 기본적 도시여객교통체계의 경제학적 모형이 개발되었으며, 동 모형을 활용하여 단일시장모형 이론이 갖는 한계점을 보완할 수 있는 대안으로서 대체적 관계의 복수 교통수단이 존재하는 상호의존적 교통시장 하에서 사회적 편익극대화 문제의 해석을 통하여 최적 도로교통혼잡비용 및 버스와 매트로의 최적 서비스 수준을 산정함. 마지막으로 런던과 유사한 가상의 도시교통체계 데이터를 수집하고 모형 식에 정의된 각각의 파라미터 값을 정산한 후 수치해석을 통하여 실제 사례를 분석하였음. 교통경제학, 특히 최적 도로혼잡통행료와 관련한 연구에서 교통수단간 대체효과내지 상호 의존성을 모형에 내재화하지 못하는 문제는 지금껏 장애로 존재하여 왔음. 하지만 본 연구에서 제시된 경제학적 정의에 기초한 비분리적, 비대칭 조건하의 순 사회적 편익을 극대화하기 위한 목적함수의 근사치를 활용할 경우 서로 다른 교통수단 사이의 상호작용을 반영한 최적화 문제의 해결이 가능하고, 이는 제약조건들에 의해 해가 결정되는 차선의 최적치(the second-best optimum)와 달리 최선의 최적치(the first-best optimum)인 내부해(interior solution)를 찾을 수 있게 되는 등 기존의 제약 요건을 상당부분 완화하는데 기여할 것으로 생각됨. 다만 본 논문은 현재까지 최적 도로혼잡통행료 관련 연구 시 교통수단간 대체효과내지 상호 의존성을 모형에 내재화할 수 있는 하나의 실현 가능한 방향을 제시한 것에 불과하며 향후 구체적인 시장수요함수의 형태, 평균 소비자 잉여 및 평균 생산자 잉여 등에 대한 보다 많은 연구가 이루어지면 좀 더 현실을 반영할 수 있는 교통경제학적 모형으로 발전할 수 있을 것으로 기대됨. 일례로 단일시장모형은 버스 최적 서비스 수준이 추가적 버스 서비스공급에 따른 한계비용과 이에 따른 버스 사용자의 한계편익이 같아지는 점에서 결정된다고 정의되는 반면, 승용차와 버스의 두 개 교통수단이 존재하는 상호의존적 교통시장 하에서의 버스 최적 서비스 수준은 버스의 추가적 공급에 따른 한계비용과 운행 마일리지의 증가가 도로교통에 미치는 총체적 영향, 즉, 버스 와 승용차에 미치는 지체비용의 합이 버스 사용자의 한계편익과 같아지는 점에서 결정된다고 정의됨. 이는 정부가 버스 운행 빈도, 마일리지 증가 또는 버스전용도로 등으로 버스의 서비스 수준을 향상 시키고자 할 경우 반드시 서비스 향상에 따른 버스사용자의 시간비용 절감효과 등 편익의 증가분과 승용차 및 버스 자신에 미치는 추가적 도로교통 혼잡비용 사이의 균형점에 대해 심도 있는 검토를 선행하여야 할 것을 시사하고 있음.; In this study, an economic model of an urban transport system in a stationary state is developed to estimate the optimal values of the five policy variables, i.e., the prices of car, bus and metro, plus the service level of bus and metro. Their effects on costs and benefits are evaluated under independent and inter-dependent market conditions. Results suggest that optimal prices under inter-dependent market conditions are higher than those under independent market conditions when considering the substitution effect. A numerical exercise has been performed using a hypothetical urban transport system that consists of car and metro. The optimal prices from the economic model have been applied to the hypothetical urban transport system, and, their economic effects on costs, prices and benefits have been evaluated. In addition, a sensitivity analysis has also been done by assuming different initial traffic conditions. Under the independent market conditions, high optimal prices were found to increase the total economic benefits and reduce consumer surpluses as producer surpluses increased for all cases except metro. Under the inter-dependent market conditions, it is also found that the optimal prices of car and metro are greater than those under independent market conditions. Moreover, the economic model explicitly shows that the marginal cost of service improvement in metro should equal the time cost savings to metro users through lower waiting times plus the time cost savings to car users on less congested roads. Similarly, it shows that the marginal cost of improvement to bus service should be equal the time cost savings to bus users through lower waiting time less the increase in road congestion cost to car and bus users.