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城市居民出行选择预测模型及实证研究

来源:世旅网
维普资讯 http://www.cqvip.com 第7卷第6期 交通运输系统工程与信息 Vo1.7 No.6 2007年1 2月 Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology December 2Oo7 文章编号:1009—6744(2007)06—0080—05 ,’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’、 系统工程理论与方法 -tIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII‘I 城市居民出行选择预测模型及实证研究 何瑞春 ,李 I珍 ,张峻屹 ,藤原章正 (1.兰州交通大学交通运输学院,兰州730070;2.广岛大学国际合作研究院,日本广岛739—8529) 摘要: 城市交通系统是一个开放的复杂巨系统,城市交通管理的政策措施会对居民出 行行为造成影响.为使城市交通系统能最大限度地发挥效益,一个城市的规划设计人 员经常需要对居民出行需求进行了解.城市居民的出行选择与城市交通系统的服务时 间、费用、环境及可选交通工具等诸多因素有关.本文从城市居民出行需求角度出发, 考虑出行者的性别和职业属性,建立了基于出行费用、走行时间、出行次数的城市居民 出行Muhinomial Lo#t模型,采用Maximum Likelihood方法进行参数估计.并以中国西北 部城市兰州市A区为实例,通过计算机模拟仿真拟合计算得到了该区人员出行行为的 分析结果.这一结果可作为兰州市交通管理部门制订相关政策,引导市民出行的依据. 关键词: 城市交通;出行需求分析;选择模型;参数估计 中图分类号: U293 文献标志码: A Analysis and Application for Urban Inhabitant Travel Demand Models HE Rui.chun 。LI Yin.zhen ,ZHANG Jun.yi ,Akimasa Fujiwarf (1.School of Traffic and Transportation,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China; 2.Transportation Engineering Laboratory,Graduate School for International Development and Cooperation, Hiroshima University,Hiroshima 739—8529,Japan) Abstract:Transport planners often need to forecast impac ̄on travel demand of transport policies,e.g.,con— stnretion of a new transport alternative,changing public transit fares,or imposing road pricing schemes.0n the other hand.the choices of urban transportation systems are influenced by variOUS factors.These factors include tIle levels oftrnasportation services e.g.,travel time,cost,frequency,number oftransfer),and the attributes oftrip makers(e.g.,age,gender,occupation,income).Trip makesr have to balance the ilfnuences of these factors. To make choice of the urban transportation systems,it is expected that trip makers evaluate the levels of services based on their experiences.In this paper,a Multinomial Logit model is proposed,and a data set has been coHect— ed from a recent survey.which was carried out in Lanzhou city of China.It is expected that the travel behavior might be heterogeneous among trip makers and,the response(or parameter of)to the level of service is defined as a function of the attributes of the trip maker.In addiiton.tIle paper is also aimed at proposing some urban trans— oprtation policies based on a new type of discrete choice mode1. Key words: urban traffic transportation;travel demand analysis;choice model;parameter estimate CLC number: U293 Document code: A 收稿日期:2007.08.24 基金项目:教育部博士学科点专项科研基金(20050732002);兰州交通大学青蓝工程(QL一05—06A);甘肃省高等 学校研究生导师科研项目计划(0504—07). 作者简介:何瑞春(1970~),女,甘肃临洮人,兰州交通大学交通运输学院副教授,博士研究生,主要研究方向为交 通系统组织与优化研究.E—mail:herc@lzjtu.edu.an 维普资讯 http://www.cqvip.com 第6期 城市居民出行选择预测模型及实证研究 81 O 引 言 近年来随着我国社会经济的快速发展,人民生 活水平不断提高,机动车数量持续增长,交通的确方 便了人员和商品的往来,带来了巨大的经济效益. 但是,交通也带来很多令人头疼的新问题,如,道路 资源更加紧张,交通状况日益恶化,道路经常堵塞, 交通事故发生率居高不下,城市交通环境污染日趋 严重等等.尽管人们早已认识到这些副作用,但是 由于该问题从研究到落实解决所需时间过长,以及 问题本身的复杂性、不连续性、成本高等因素,使得 这一问题至今未能得以很好地解决 ’” .鉴于此,本 文从居民出行行为角度来研究城市交通问题,居民 出行行为是出行者根据经济收人水平、出行距离和 城市交通所固有的技术经济特性所产生的对交通出 行方式的“偏好”和选择,这一行为作用于社会和国 民经济各部门会使社会经济发生变化.所以只有动 态地分析和把握出行者的交通行为,才能从根本上 了解城市交通系统,进而解决交通供需平衡问题,使 日益严重的城市交通问题得以缓解. 尽管目前对出行需求的研究已得到学术界公 认,也有很多出行行为和出行需求预测及管理方面 的研究成果,但是还没有精确预测出行需求的方 法 ,semi Y.Abed等人用计量经济学方法对国际 航空旅行模型进行了分析 ;w.W.Recker在参考 文献[3]中研究了出行需求到出行活动的过渡模型, 提出了家庭出行决策的解析架构;参考文献[4]在采 用目标设定理论(Goal Setting Theory)对使用私家车 的出行需求管理的分析中,提出时间、费用、便捷等 多种出行需求对出行的影响;参考文献[5]是关于航 空旅客周转量价格弹性需求的元分析(meta—analvs. is);Satoshi Fujii和Tommy G ̄irling在参考文献[6]中 提出了一种考虑行为倾向与实际行动的偏差的机 制,以改进在一定偏好方式下提高出行需求分析的 预测精度的方法,并用实例进行了验证;参考文献 [7]将粗糙集理论引入出行需求分析中,对传统分析 方法进行了改进;参考文献[8]提出了出行需求回馈 模型;Robert Cervero在参考文献[9]中对环境模式选 择问题进行了探讨;黄海军在参考文献[10]中综述 了交通科学中亟待解决的问题,指出目前国内对交 通行为模型的研究仅注重适用性,欠缺理论上的严 密性;参考文献[12]针对开发区客运交通需求发展 不同于一般城市的交通发展的特点,提出了在没有 现状交通出行调查的情况下进行开发区客运交通需 求预测的方法;参考文献[13]从城市密度问题出发, 根据城市交通需求的特点,得到了不同的城市密度 有效作用于不同的交通需求特性的结论. 出行选择预测问题的关键是效用最大与均衡, 而不同类型偏好数据可以用不同的模型进行预测, 本文将建立城市居民出行中有时间、费用、车种偏 好的出行选择预测模型,并用中国西北部城市兰州 市A区居民出行调查数据对模型进行计算拟合, 拟合结果可作为兰州市进行交通控制和管理及相 关政策制订的参考依据. 1 Muhinomial Logit模型 城市交通系统中有很多服务因素(包括走行时 其 中 间、费用、距离、发车频率等)供出行者选择,出行者 个人属性(如:年龄、性别、职业、收入等)不同则出 行选择不同.对于本文研究的城市交通系统,我们 主要考虑车种、走行时间和价格因素.为便于描 述,先给出如下符号和定义: ∑ (1)M——出行方式集合; (2)L——交通系统提供的服务因素集合; (3)A——出行者个人属性集合. 则出行选择模型如下: ∑ P = (i,J∈M) (1) =  ,z:I ∈ (3) 模型中,n表示出行者, ,. 表示出行者选择的出行 方式;效用函数 是关于交通系统可提供服务因素 :(其中k表示系统的第k个服务因素变量)和出行 者个人属性z (其中s表示出行者的第s个属性)的 线性函数; 是系统中第k个服务因素的待定系数, y 是出行者第s个个人属性的待定系数;常量 可通 过计算拟合得到.式(3)表明不同的出行者对系统可 提供的不同的服务因素有不同响应. 该模型的求解可采用模拟仿真方法进行, McFadden j对过去三十年出行需求分析问题求解 = + m ∈ + y Z ∈ 2 维普资讯 http://www.cqvip.com

82 交通运输系统工程与信息 2007年12月 进行了回顾.显然,模型求解的关键是确定 、 、 抽比=∑ ∑, In( ) =等系数. ∑ ∑xqIn\厶e x唧2 Maximum Likelihood函数 由于城市交通系统的高度动态性,本文假定城 p(v/ i ) ](5) 需要说明的是: ①对给定的观测值,L(0)饲0的函数,最大 似然估计的原理是选择使观测值 , ,…, 出 市居民选择出行所有可能出现的情况中,已经出现 的情况具有最大概率.为了对模型中 、 、 等 现的“概率”达到最大的 作为0的估计; 参数进行估计,本文采用最大似然估计法,该方法 ②最大似然估计具有不变性,即若 是 的 最早多用于遗传学,可用来求一个样本集的概率密 最大似然估计,则g(0)的最大似然估计为g( ). 度函数的参数,下面先给出定义. 定义 设总体X的密度函数为f( ,0),0是 3 实例分析 参数或参数向量,X ,X ,…,X 是该总体的样本, 甘肃省会兰州市是全省的政治、经济、文化中 对给定的一组观测值 , ,…, ,其联合密度是 心和规模最大的城市,地处黄河上游、甘肃中部及 0的函数,又称似然函数,记为 我国陆域版图几何中心,兰州是我国内地通往宁、 (0)=L(0, ,…, ) 青、新、藏等少数民族地区的交通要道,也是新亚欧 =n ( ),0∈@ 大陆桥通往中亚、西亚和欧洲的国际大通道和陆路 口岸.全市总面积1.32万平方公里,其中市区面 其中 @为参数集,若存在 : ( 一, )∈ 积1 631.6平方公里.地势呈东北高、西北低,地形 @,使 ( )≥L(0),0∈@就称 ( 一, )是0 呈东西狭长带状盆地特征(如图1所示),黄河穿城 的最大似然估计值,而 (X 一,X )是0的最大 而过,东西最长153公里,南北最宽130公里.全市 似然估计量. 户籍总人口30.95万人.现辖城关、七里河、安宁、 考虑式(1)一(3)模型,定义本文问题似然函数 西固、红古五区和永登、榆中、皋兰三县,有49个 如下: 乡,34个镇、40个街道办事处,362个社区居委会. 首先定义决策变量为 随着城乡居民生活水平的提高,居民消费热点 f1, 如果选择 , ∈M or ∈L or J∈A 主要有住房、汽车、通讯、电脑、空调等.近年来市 ~一l0, 其它 区完成北滨河路东段、南滨河路西段、农民巷等12 ( )=n.n,( ) (4) 条道路拓建改造,城市道路扩建长度17公里、扩建 对(4)式取对数,并整理得出最大似然估计模 面积54万平方米,并建成金轮广场和火车站广场. 型为 图1 兰州市城市道路交通网络示意图 Fig.1 The simplified urban traffic network of Lanzhou city 为了解兰州市居民出行情况,我们对该城市A 年数据).本文的样本分割采用单变量方式进行, 区(如图2所示)居民出行情况进行了调查(2005 依调查数据主要包括:出行者性别、年龄、职业、驾 维普资讯 http://www.cqvip.com 第6期 城市居民出行选择预测模型及实证研究 表1不同出行模式出行者属性选择表 83 照拥有情况、出行模式选择、出行次数等,参数取值 如下i Table 1 The choice of trip maker’S attributes for the diferent travel mode 出行方式集合A={小轿车,公交车,专 线车}; 表1中数据说明对选用小轿车的出行者,主要 考虑走行时间和出行费用属性,依此类推.根据表 1中出行者的出行模式及属性选择,我们考虑对以 下参数进行估计: 图2兰州市A区城市交通网络不意图 Fig.2 The urban trafic network of area A of Lanzhou cifty 系统所提供服务因素的走形时间待定系数 。; 系统所提供服务因素的出行费用待定系数l8 ; 交通系统提供的服务因素集合L={走形时 间,出行费用,等待时间}; 出行者个人属性集合A:{性别,年龄,职业, 出行次数}. 定义出行者个人属性函数时根据出行模式的 不同考虑不同属性,具体属性选择情况见表1. 出行者的个人属性性别的待定系数), ; 出行者的个人属性职业的待定系数),:; 出行者的个人属性性别的待定系数), . 通过对本文算法设计计算机模拟仿真程序,经 过4次迭代,问题收敛,该问题的拟合结果见表2. 表2 Multlnomial Logit模型拟合结果 Table 2 The fitting result of the Multinomial Logit model 从表2的拟合结果可见,在本文观测数据集情 定义的集合 和集合L)及居民的个人属性(文中 况下,走行时间变化一个单位时间将会导致概率为 0.014 282的出行者的出行产生变化,出行费用变 化一个单位将会导致概率为0.071 433的出行者 的出行产生变化,而出行次数对居民的出行行为几 定义的集合A),从各种角度(决策变量 中J.的 不同取值)针对任意不同需求(对集合 ,,J,A的 不同取值)进行数据拟合计算,本文为了说明问题, 只给出了一个简单拟合结果. 乎没有影响.不难看出,拟合结果可作为城市交通 管理部门进行交通控制和相关政策制订的参考依 4 结束语 可持续发展城市的目标是努力形成一个使人、 车和路真正协调的系统,该系统能最大限度地发挥 据.如实例兰州市A区情况而言,可通过对票价、 发车时刻、发车频率等的调整引导市民出行,改善 交通拥堵状况,缓解城市交通压力. 应用本文模型,可对不同城市的居民出行调查 现有交通基础设施的潜力,提高效率、缓解拥挤、改 进安全、节约能源、保护环境,这也正是目前解决交 通问题最重要的措施之一.本文从城市居民出行 数据,根据城市交通系统可提供的服务因素(文中 维普资讯 http://www.cqvip.com 交通运输系统工程与信息 2oo7年12月 需求角度出发,对出行者出行选择进行了建模,并 以中国西北部城市兰州市A区为实例,通过计算 机模拟仿真计算得到了该区人员出行行为的分析 结果,希望这些结果对兰州市城市交通部门制定适 宜的政策引导居民出行,从而不断缓解城市交通问 题能起到一些借鉴作用. 参考文献: [1]Linda K,Nozick,Hector Borderas and Arnim H,Mey・ burg.Evaluation of travel demand measures and pro・ grams:a data envelopment analysis approach[J].Trans・ oprtafion Research Part A:Policy and Practice,1998,32 (5):331—343. [2]seraj Y,Abed,Abdullba O,Ba・Fail and Sajjad M,Jas・ imuddin.An econometric analysis of international air trav・ el demand in Saudi Arabia[J].Journal of Air Trnasport Management,2001,7(3):143—148, [3] Recker W W.A bridge between travel demand modeling nad activity・based travel analysis[J].Transoprtation Re・ search Part B:Methodological,2001,35(5):481—506. [4]Tommy Ggrling,Daniel Eek,Peter Loukopoulos,Satoshi Fujii,Olof Johansson・Stemnan,Ryuichi Kitamura,Ram Pendyala and Bertil Vilhelmson.A conceptual analysis of the impact of travel demand management on private Calf use[J].Transport Policy,2002,9(1):59—70. [5]Martijn Brons,Eric Pels,Peter Nijkamp and Piet Ri・ etveld.Price elsaticities of demand for passenger air trav・ el:a meta—naalysis[J].Journal of Air Transport Manage— ment,2002,8(3):165—175. [6] Satoshi Fujii and Tommy G ̄ling,Application of atittude hteory for improved predictive accuracy of stated prefer— ence methdos in rtavel demand analysis[J],Transportation Research Part A:Policy and Practice.2003,37(4):389— 402. [7]Carey Goh and Rob Law,Incorporating the orugh sets the— ory into tarvel demand analysis[J],Tourism Management, 2oo3.24(5):5l1—517. [8]Feng X,Zhang J,Fujiwara A and Senbil M.Evaluating environmentally sustainable urban and transport policies for a developign ciyt based on a travel demand model with feedback mechanisms[J].Journal of hte Eastern Asia So. ciety ofr Transportation Studies(forthcoming),2007. 1 9 J Robert Cervero.Built enviornments and mode choice:to. ward a normative framework[J].Transportation Reesarch Part D:Transoprt and Enviornment,2002,7(4):265— 284. 一 [10] 黄海军.交通行为建模——问题与机会[J].交通运 输系统工程与信息,2002,2(1):24—29.[HUANG Hai-jun.Modeling travel behavior-problems and opportu・ niites[J].Journal of Trnasoprtation Systems Engineerign and Information Technology,2002,2(1):42—29.] [11]Department for Transoprt,2004.Transoprt Trends:2003 [R]. [12]陈大伟,李旭宏,于世军,朱彦东.我国城市开发区 客运交通需求预测方法研究[J].交通运输系统工 程与信息,2004,4(1):80—83.[CHEN Da.wei,LI Xu- h0ng,YU Shi—j衄,ZHU Yan—dong.Method study of pas— senger trafiqc demands forecastign for urban intersection o111"country[J].Journal of Transportation Systems Engi・ neerign and Information Technology,2004,4(1):80— 83.] [13] 彭唬,陆化普.基于空间分析的城市密度对交通需 求的影响分析[J].交通运输系统工程与信息, 2007,7(4):90—95,[PENG Hu,LU Hua・pu.Using GIS spatila analysis to survey the relationship between urban density and travel demand--a case study of dalian and shenyagn[J],Journal of Transportation Systems Engineer— ing and Ifnormaiton Technology,2007,7(4):90—95.] [14] McFadden D,Disaggregate behaviorla travel demands rum side:a 30.year re.strospective[R],Paper presented the International Association for Travel Behavior(IATBR) Conference,Gold Coast,Queensland,Australia,2000:2 —7 

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