제 7장 도시교통과 교통정책이론

     도시경제학에서 교통의 특징은 도시경제학은 공간경제학이며, 도시공간 위에 무엇인가 (토지, 주택, 공장) 입지하게 되고 이들이 기능적으로 연계되고 이용되기 위해서는 이동이 불가피하게 된다. 이와 같은 이동을 수반하게 되며 이것이 교통이다. 또한 이와 같은 이동은 특히 인구나 산업이 밀집한 도시지역에서 많이 나타나게 되고, 우리나라의 경우 본격적인 자동차 문화인 자가용의 보편화로 교통문제가 도시교통문제가 초미의 관심사로 등장하게 되었다. 문명이 발달하면 할수록 이동이 빈도와 공간적이 폭이 넓어지게 되고 또한 수단도 다양하게 된다. 또한 최근의 정보화의 체계는 도시의 시간적 공간적 범위를 거의 무한대로 확장시키고 있으며 따라서 향후 공간적인 이동도 과거에는 상상할 수 없을 정도로 확대될 것이다.

     도시가 수행하는 중요한 경제적 기능의 하나는 다양한 경제활동이 이루어지는 지역들을 서로 연결하여 재화나 서비스의 교환을 촉진하는 데 있다. 도시에 거주하는 근로자는 노동이라는 서비스를 제공하기 위해 직장으로 통근하고 생산된 재화는 시장으로 운송되어 소비자에게 판매하게 된다. 이와 같이 사람과 재화의 수송을 담당하는 교통체계는 도시의 규모, 공간구조 및 경제적인 효율에 직접적인 영향을 미친다.

     도시교통부분은 공공부분과 민간부분의 결합체로서 도로의 건설, 유지 보수 등의 교통기반시설은 공공부분이 직접 담당하거나 공공부분의 규제에 따라 민간부분이 담당한다. 특히 대중교통수단의 운영 등은 공공부분이 직접 담당하거나 민간부분에게 위탁해서 운행한다.

1. 도시교통문제현황

     1980년대 자가용의 급속한 대중화와 함께 본격적인 자동차문화의 시대에 직면하게 되었다. 1984년부터 1991년 사이에 서울의 경우는 년 평균 19.9%, 대구는 22.7%, 천안은 27.2% 등 우리나라의 대도시 및 중소도시의 차량이 모두 20%이상의 증가 속도를 보이고 있으며, 이와 같은 급격한 성장은 주로 승용차가 주도해온 것으로 드러나고 있다. 이는 대도시 뿐만 아니라 중소도시에도 공통적으로 나타나는 현상이다. 이와 같은 자동차의 폭발적인 증가에도 불구하고 도로율은 1988년 이루 매년 2% 정도로 증가하고 있으며, 자동차의 대당 도로연장은 매년 16-19% 의 정도로 감소하고 있다.

     급속한 차량의 증가에 비해 도로시설의 상대적인 공급이 부족한 결과 전국의 모든 도시들이 심각한 교통혼잡문제에 직면하게 된다. 이는 매일 겪는 출퇴근시간의 교통체증으로 인해 실감하고 있는 실정이다. 또한 교통혼잡의 결과로 도시의 기동성이 떨어지게 되고, 교통사고의 증가, 에너지소비의 증대 및 매년 가스의 배출 등의 여러가지 측면에서 부작용이 발생하게 되고 이와 같은 교통혼잡은 교통체증 자체보다도 대중교통의 수송능력을 저하시킬 뿐만 아니라 지하철과 버스의 혼잡이 가중되게 되고, 이는 또한 차량의 구매행위를 자극시켜 교통난을 더욱 악화시키는 결과를 초래하게 되었다.

2. 교통수단의 선택과 교통수요

     교통수요에 관한 선택은 교통수단의 선택, 통행시간대의 선택, 통행목적지의 선택 등 선택의 연속이다.

2.1 교통수단의 선택

     통근을 위한 통행선택은 버스, 지하철, 승용차, 자전거 등의 여러가지 통행수단의 선택이 가능하다.

     설명의 편이상 선택가능한 교통수단이 자가용과 버스 등의 2가지만 있는 경우 어느 한 개인이 어떠한 통행수단을 선택할 것인가는 소득, 연령, 및 가구원의 수등 개인의 속성에 따라 승용차나 버스 둘 중에서 하나를 선택하게 된다. 그렇지만 동일한 속성을 가졌다고 해서 모두 동일한 교통수단을 선택하는 것은 아니며, 일부는 자가용을 나머지는 버스를 이용하게 된다. 따라서 교통수단의 선택이론은 특정한 속성을 지닌 개인이 특정한 교통수단을 선택할 확률을 설명해야 한다.

     이제 i번째 속성을 지닌 사람이 j번째 교통수단을 선택할 확률의 결정요인을 분석하기 위해 도시외곽에 거주하는 사람의 출근경로를 근교수집 (suburban collection: S), 노선운반(line haul: L) 및 도심배분(downtown distribution: D)의 세부분으로 분류하기로 하자. 이와 같은 예는 그림 6-1과 같다.

     근교수집은 출발지 혹은 거주지에서 주 교통수단의 승차지점까지, 노선운반은 주 교통수단의 이동을 말하며, 도심배분은 주 교통수단에서 직장 혹은 목적지까지를 말한다.
   이와 같은 각 구간의 이동에 있어서 개인은 각기 자기에게 비용이 최소화되는 노선을 선택하게 될 것이며 이때의 비용은 금전적 비용(out-of-pocket-cost: p)과 시간의 기회비용(time cost: t)으로 대별된다. 이때에 i번째 속성을 지닌 개인이 j번째 교통수단을 선택할 확률은

          P_ji = f(pS_ji, pL_ji, pD_ji, tS_ji, tL_ji, tD_ji)        (1)
                  (i=1, 2, ...I, j=1,2)
              여기서, pS, pL, pD는 금전적비용으로 만약 j=1이 자가용이고,j=2가 승용차라면, pL_2i는 버스 요금이고, pL_1i는 휘발유값, 보험료, 자가용의 감가상가비 등을 합한 금액이다. 그리고 tS_ji, tL_ji, tD_ji는 i번째 속성을 지닌 사람이 j번째 교통수단을 이용할 경우 각 구간의 이동에 소요되는 시간을 임금을 기준으로 평가한 금액이다.

     식 (1)에서 P_ji는 확률이므로 0과 1사이의 값을 가져야 하며, 따라서 함수 f는 항상 0과 1사이의 값을 갖는 특별한 함수이어야 한다. 이와 같은 성격을 갖는 함수로는 누적밀도함수 (cumulative probability density function)가 있다.

     Z_ij 를 i번째 속성을 지닌 사람이 j번째 교통수단을 선택하는 데 영향을 주는 벡타 (Vector)라 하면, Z_ij 와 P_ij 사이의 관계는 누적확률밀도함수 G를 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.

           P_ij = G(β'Z_ij)        (2)
   이때 G가 표준정규분포 변수의 누적확률밀도함수를 따르면 Probit model이 되고 G가 logistic curve의 형태를 취하면 logit model이 된다. 선택된 대안이 자가용과 버스 2개만 존재하는 binomial logit model의 경우에는 다음과 같은 선형관계가 성립한다.

           ln(P_1i /1-P_1i)=-β'Z_ij        (3)
     식 (3)의 좌변은 i라는 속성을 지닌 소비자가 자가용을 이용할 확률과 버스를 이용할 확률의 비율의 상대적 이용빈도의 로그치이다. 좌변의 Z_ij 는 승용차의 이용에 영향을 미치는 변수들을 나타낸다. 따라서 식 (3)의 추정계수의 수치를 이용하여 교통수요에 영향을 미치는 각종 정책의 효과를 예측할 수 있다.

     예를 들면 정부가 자동차세금을 인상하면 식 (3)으로부터 P_ij 의 변화량을 계산할 수 있고 어느 지역에서 거주하는 i번째 속성을 지닌 사람의 수가 N_i 이면 i번째 속성을 지닌 사람중 자가용을 교통수단으로 이용하는 사람의 수는 N_iΔP_1i 만큼 증가함을 알 수 있다. 그 지역에 거주하는 모든 사람중 자가용교통수단을 이용하는 사람들의 수는 ΣN_iΔP_1i 만큼 변한다.

   ☏ 효용이론에 입각한 선택모형: 다항로짓모형과 중첩로짓모형

  1. 이항로짓과 다항로짓모형
      개인은 효용극대화의 형태로부터 선택의 대상이 2개인 binomial logit model과 대안이 3개이상인 multinomial logit model을 도출한다.  U를 효용함수라 하고 Z_ji 를 i번째 속성을 지닌 사람이 j번째 대안을 선택하는데 영향을 미치는 변수들의 벡타라고 하면 소비자 i가 대안를 선택할 때 얻는 만족은 U(Z_ji)로 나타낼 수 있다. 그런데 동일한 속성을 갖는 것으로 분류된 사람중에서 관찰 할 수 없는 속성 때문에 서로 다른 대안을 선택할 수 있다. 이러한 가능성을 감안하여 U(Z_ji)를 관찰된 속성에 의하여 그 값을 확실히 알수 있는 부분이 V(Z_ji)와 관찰될 수 없는 용인들에 의해 결정되어 그 값을 확실히 알수 없는 부분인 ε(Z_ji)의 합으로 나타낼수 있다.

           U(Z_ji) = V(Z_ji) + ε(Z_ji)
                   = V_j + ε_j                    (1)
     여기서 ε_j 는 값을 확실히 알수 없는 부분이므로 확률변수(random variable: 여러가지 값을 취할 수 있고 각 값을 취할 확률이 정해져 있는 변수를 말한다)이다. 이때 ε_j 들이 상호 독힙적인 와이블 분포(Weibull distribution: )을 취하면 로짓모형을 얻을 수 있다. 한편 V_j 는 값이 알려져 있으므로 확률변수가 아닌 상수이다. 편이상 V_j = β'Z_ji로 가정한다.

2. 도로교통혼잡과 최적통행세

2.1 도로교통의 편익과 비용

     도로통행은 출퇴근, 상품배달, 쇼핑 혹은 여가를 즐기기 위한 수단이므로 통행에 대한 수요는 이같은 최종경제행위에서 비롯되는 파생적 수요(derived demand)이며 통행으로부터 창출되는 편익 역시 통행의 목표가 되는 행위로부터 도출되는 편익에 의해 결정된다. 그러나 통행의 편익은 이용하는 교통수단에 따라 달라진다.

     도로통행의 비용은 통행자가 직접부담하는 사적비용과 원인 제공자가 부담하지 않고 다른 통행자 및 일반인에게 끼치는 외부효과비용, 그리고 교통기반시설비용 등이 있다.

     사적비용은 금전적비용: 연료비, 차량유지비, 보험료, 감가상각비 등이 포함되고, 대중교통수단인 경우는 요금이다.

   시간비용: 통행에 소요되는 시간의 기회비용
   외부비용: 혼잡비용(congestion costs)과 환경비용(environmental costs), 교통사고 증가에 따른 사회비용으로 구분된다.

      교통기반시설비용: 도로, 주차장, 교통안전시설(안전표지판, 횡단로, 가로등), 교통통제시설(신호등, 정류장) 등의 설치 유지비용이 포함되는 데 이들중 대부분은 이용자의 수에 관계없이 일정한 고정비용이다.

2.2. 혼잡과 최적 및 균형교통량

     최적통행량은 도로를 이용하는 마지막 차량이 사회에 끼치는 추가비용과 그 차량의 운행으로 발생하는 한계비용이 같아지는 수준이다. 그런데 도로통행에는 혼잡이라는 외부효과가 따르며, 각 통행차량이 이 외부효과의 비용을 고려하지 않고, 의사결정을 하므로 시장균형통행량은 최적통행량과 다르다. 와같은 시장의 실패는 다음과 같은 가상적인 예에서 확인 할 수 있다.

     <표 6-1> 은 혼잡이 있는 경우 차량대수의 증가함에 따른 통행속도와 소요시간의 변화 및 그에 따른 사적, 사회적 비용의 변화를 나타내는 예이다. 이 예에서 통행차량이 1분당 4대에서 5대로 증가하면 각 차량의 통행대기시간은 10분에서 11분으로 늘어나 전체적인 통행시간은 15분(5*11-4*10) 증가한다. 이 15분중 11분은 5번째 차량이 부담해야 하는 시간이지만 나머지 4분은 이미 통행중이던 4대의 차에 1분씩 분담시킨데서 비롯되는 외부시간비용(external time cost: EXTC) 이다. 따라서 금전적인 비용과 환경적인 비용을 무시하면 차량한대(V번째 차량)도로에 진립할때 사회적 한계비용(marginal social cost: MSC)은 사적한계비용(marginal private cost: MPC)과 외부시간비용(EXTC)의 합으로 표시할 수 있다.

     여기서 우변의 첫번째 항은 운전자가 스스로 부담하는 물리적비용과 시간비용이고, 두번째항은 혼잡의 증가가 기존의 (V-1_대의 차량에 부과시키는 추가적인 비용이다.
     시간비용을 1분당 50원으로 가정하면 5번째 차량에 대해 MPC=11*50=550, EXTC=4*50=200, MSC= 550+750
     한편 통행으로 발생하는 편익이 큰 순서로 차량을 배렬할때 해당차량이 느끼는 한계편익(marginal benefit: MB)은 예컨데 5번째 차량의 승객이 통행으로부터 느끼는 가치를 금액으로 환산하면 3450원이다.
     여기에서 10만큼 증가하면 사회적 편익는 MB곡선 아래 면적 8ac10만큼 증가한 반면 사회적 비용은 MSC아래쪽인 8ab10만큼 증가한다. 따라서 사회적인 비용이 사회적인 편익보다 큰 폭으로 증가하여 그 차이인 삼각형 abc의 면적이 사회적인 순 손실이 된다.