城市組團(tuán)間居民出行方式選擇決策方法

任其亮，張麗莉，吳玲玲

(重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400074)

0 引 言

組團(tuán)式空間結(jié)構(gòu)已成為國(guó)內(nèi)大城市擴(kuò)張的重要發(fā)展趨勢(shì)，組團(tuán)式空間結(jié)構(gòu)互動(dòng)關(guān)聯(lián)常通過(guò)組團(tuán)間居民出行來(lái)實(shí)現(xiàn)。受地理?xiàng)l件等客觀因素制約，組團(tuán)間出行常需跨江河、越湖泊、翻山嶺，因此組團(tuán)間出行一般距離較遠(yuǎn)、出行路徑較少，出行方式多以機(jī)動(dòng)化為主。此外，現(xiàn)階段組團(tuán)內(nèi)部無(wú)法完全滿足居民的生產(chǎn)生活需要，大部分居民職住分離，使得組團(tuán)間出行量大且潮汐交通現(xiàn)象顯著。以上特點(diǎn)導(dǎo)致組團(tuán)間出行交通問(wèn)題突出，阻礙了組團(tuán)城市發(fā)展。研究城市組團(tuán)間居民的出行方式選擇決策對(duì)調(diào)整和優(yōu)化組團(tuán)間通道交通結(jié)構(gòu)意義重大。

目前對(duì)出行方式選擇決策研究主要是基于期望效用理論：C.A.KL?CKNER等[1]以Logit模型為基礎(chǔ)研究了城市交通設(shè)施、出行時(shí)間、出行花費(fèi)等因素對(duì)不同屬性消費(fèi)者私家車出行的影響；胡曉健等[2]深入研究了差異化交通出行選擇行為、基于停車收費(fèi)的軌道交通停車換乘行為及擁堵收費(fèi)影響下的交通出行方式選擇，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的交通需求管理對(duì)策；姚恩建等[3]分析了公共交通出行費(fèi)用對(duì)通勤走廊出行結(jié)構(gòu)的影響，并基于有車出行者和無(wú)車出行者構(gòu)建了出行方式選擇NL模型；陳月霞等[4]將潛變量模型預(yù)測(cè)后的潛變量代入多項(xiàng)Logit模型，構(gòu)建了帶低碳出行心理變量的混合選擇模型；芮海田等[5]基于非集計(jì)理論，以個(gè)人特征和出行特征為影響因素，建立了出行者中長(zhǎng)距離出行方式選擇行為測(cè)量模型；向紅艷等[6]將出行者的城際間短途出行分為市內(nèi)出行和城際出行兩個(gè)階段，針對(duì)居民城際出行方式選擇行為建立了巢式Logit模型。

以上研究都以出行者是“理性人”為前提，但實(shí)際上出行者做出行方式?jīng)Q策時(shí)往往表現(xiàn)出有限理性的特征。針對(duì)這一問(wèn)題，很多學(xué)者開始將前景理論用于出行決策問(wèn)題研究：GAO Song等[7]利用前景理論研究了出行者出行路徑選擇行為，參考點(diǎn)選取了最短、最長(zhǎng)及平均出行時(shí)間，并認(rèn)為參考點(diǎn)的選取要基于出行者個(gè)體；YANG Jufen等[8]基于累積前景理論構(gòu)建了數(shù)值結(jié)果與現(xiàn)實(shí)路網(wǎng)基本一致的路徑選擇模型；田麗君等[9]證明了出行者決策行為受出行場(chǎng)景影響，不同出行場(chǎng)景有不同的出行方式選擇。一方面，這些研究大多是針對(duì)出行路徑選擇，對(duì)出行方式選擇研究甚少；另一方面，這些研究雖考慮到出行者有限理性行為因素，但在現(xiàn)實(shí)組團(tuán)間出行方式選擇過(guò)程中，組團(tuán)間交通環(huán)境突變和隨機(jī)性對(duì)出行者選擇決策影響也很大。

城市組團(tuán)間出行交通環(huán)境波動(dòng)較大，出行者對(duì)各屬性期望是動(dòng)態(tài)變化的，這會(huì)影響出行方式選擇結(jié)果。筆者在上述研究支撐下，針對(duì)出行者在城市組團(tuán)間出行中對(duì)各屬性的動(dòng)態(tài)期望要求這一心理特征進(jìn)行研究，構(gòu)建基于前景理論的組團(tuán)間居民出行方式選擇決策方法模型。

1 出行機(jī)理分析

1.1 出行階段劃分

傳統(tǒng)區(qū)域出行研究一般將出發(fā)地所屬地域作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，目的地所屬地域作為另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后兩節(jié)點(diǎn)之間一概而論進(jìn)行研究。對(duì)于組團(tuán)城市來(lái)說(shuō)，城市雖被隔離為各個(gè)分組團(tuán)，但一般組團(tuán)間距離不會(huì)太大，在組團(tuán)內(nèi)部出行所占比例并不比在組團(tuán)之間小。且各組團(tuán)及組團(tuán)間交通系統(tǒng)構(gòu)成豐富多樣，交通基礎(chǔ)建設(shè)參差不一，交通功能狀態(tài)有所差異。首先，組團(tuán)內(nèi)部與組團(tuán)之間交通環(huán)境相差甚大，一般組團(tuán)中心交通量最大，交通構(gòu)成最復(fù)雜，交通干擾也最為嚴(yán)重，隨著與組團(tuán)中心距離增大，交通量和交通干擾會(huì)減少，交通構(gòu)成也會(huì)隨之趨于簡(jiǎn)單。組團(tuán)之間通道在高峰期極易擁堵，相對(duì)組團(tuán)內(nèi)部交通環(huán)境而言及其不穩(wěn)定。按傳統(tǒng)方法將出發(fā)地和目的地所屬組團(tuán)作為節(jié)點(diǎn)，忽視了組團(tuán)內(nèi)部出行影響明顯是不可行的。除了組團(tuán)內(nèi)部與組團(tuán)之間交通環(huán)境相差較大，各組團(tuán)功能結(jié)構(gòu)的不同也會(huì)導(dǎo)致交通環(huán)境存在差異。因此，兩個(gè)組團(tuán)之間的出行應(yīng)分為3個(gè)階段(圖1)：第1階段為出發(fā)點(diǎn)組團(tuán)內(nèi)部的出行；第2階段為兩組團(tuán)之間通道上的出行；第3階段為目的地組團(tuán)內(nèi)部的出行。依次類推，多組團(tuán)之間出行也可進(jìn)行相似劃分。

圖1 出行階段劃分Fig. 1 Travel stage division

1.2 出行相關(guān)問(wèn)題描述

組團(tuán)間通常是中長(zhǎng)距離出行，客運(yùn)交通方式以私人小汽車、出租車、班車、公共汽車、軌道交通等機(jī)動(dòng)化出行為主[10]。出租車快速、舒適、靈活，可實(shí)現(xiàn)“門到門”服務(wù)，缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，旅客通過(guò)能力小、能源消耗大，不利于城市環(huán)保。私人小汽車特點(diǎn)與出租車基本相似，不同的是私家車更加快捷方便，但使用和維護(hù)成本比較高，受是否有停車場(chǎng)地限制，使用者往往為高收入者。公共汽車和軌道交通屬于公共交通，經(jīng)濟(jì)性好，運(yùn)營(yíng)線路、時(shí)間固定，運(yùn)輸量大、環(huán)境污染少，應(yīng)成為現(xiàn)代大城市的主導(dǎo)交通方式。其中軌道交通運(yùn)力大、土地資源占用少、能源消耗低、準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)更為顯著，且舒適性也強(qiáng)于公交車，但建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本較高。

城市組團(tuán)間出行居民對(duì)出行方式的選擇行為比較復(fù)雜，要受到出行主體特性(出行者年齡、性別、職業(yè)、 收入、家庭情況等)、出行特性(出行目的、一天之中出行的時(shí)間等)及出行方式特性(出行時(shí)間、費(fèi)用、可用性、舒適性、方便性、安全性、可靠性)等多種因素影響。其中，出行方式特性是通過(guò)個(gè)人主觀感受表現(xiàn)出來(lái)的，它是出行者選擇某種交通方式的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。比如，在城市組團(tuán)間出行中，收入高的出行者時(shí)間觀念也強(qiáng)、對(duì)舒適性要求也高，因此常會(huì)選擇小汽車出行；收入越低的出行者越在意經(jīng)濟(jì)性，選擇公共交通出行的可能性就越大?？傮w而言，組團(tuán)間出行中，出行者往往會(huì)針對(duì)出行目的，從自身?xiàng)l件出發(fā)，權(quán)衡各種交通方式特點(diǎn)，選擇最符合自身心理需求的出行方式，這與其他出行并無(wú)太大區(qū)別。不同的是城市組團(tuán)間出行是由幾個(gè)階段構(gòu)成的一個(gè)出行過(guò)程，出行者會(huì)根據(jù)不同階段交通環(huán)境改變調(diào)整自己對(duì)各屬性心理期望要求，從而選擇出行方式。

2 出行方式?jīng)Q策指標(biāo)

出行者選擇出行方式時(shí)，會(huì)根據(jù)自身?xiàng)l件權(quán)衡各交通方式特點(diǎn)，在能完成出行目的前提下，總希望能獲得性價(jià)比高及相對(duì)舒適、快速、便捷的服務(wù)。也就是說(shuō)，出行方式?jīng)Q策是出行目的及出行者特性固定的前提下，出行者對(duì)各交通方式服務(wù)屬性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)后選擇自己最滿意的方式[11]。為準(zhǔn)確反映影響城市組團(tuán)間居民出行方式選擇因素但又不使問(wèn)題復(fù)雜化，應(yīng)選居民組團(tuán)間出行進(jìn)行交通方式選擇時(shí)最在意的屬性為決策指標(biāo)，故筆者選取經(jīng)濟(jì)性、快速性、舒適性、便捷性、可靠性5個(gè)屬性作為決策指標(biāo)，如表1。

表1 各屬性界定Table 1 Definition of each attribute

3 居民出行方式選擇決策方法

3.1 權(quán)重確定

層次分析法主要是出行者從自身情況出發(fā)，根據(jù)判斷標(biāo)度(表2)依次對(duì)各要素進(jìn)行兩兩比較，建立判斷矩陣M=(beh)，然后計(jì)算各要素的優(yōu)先級(jí)向量[12]。優(yōu)先級(jí)向量計(jì)算方法如下：

表2 判斷標(biāo)度Table 2 Judgment scale

1)判斷矩陣為a×a矩陣，計(jì)算矩陣各行元素乘積的a次方根，如式(1)、(2)：

(1)

(2)

2)將以上計(jì)算結(jié)果正交化得所求優(yōu)先級(jí)向量，如式(3)：

(3)

得到優(yōu)先級(jí)向量后要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，通過(guò)檢驗(yàn)的判斷矩陣才是合理的，其檢驗(yàn)方法如下：

1)計(jì)算判斷矩陣的最大特征根λmax，如式(4)：

(4)

2)計(jì)算平均隨機(jī)性指標(biāo)CR。若CR<0.1，則一致性較好，其判斷矩陣可接受，各優(yōu)先級(jí)向量即為各權(quán)重向量，如式(5)、(6)：

(5)

(6)

式中：RI由RI值表查得。

3.2 選取參照點(diǎn)和確定決策矩陣

各屬性值表達(dá)方式如下：

3.3 建立前景決策矩陣

灰色型隨機(jī)變量計(jì)算如式(7)、(8)：

(7)

(8)

語(yǔ)言型變量如式(9)、(10)：

(9)

(10)

(11)

計(jì)算各階段各出行方式屬性值相對(duì)于參照點(diǎn)的階段收益或階段損失，并建立益損決策矩陣。

灰色型隨機(jī)變量如式(12)：

(12)

語(yǔ)言型變量如式(13)：

(13)

(14)

針對(duì)各屬性前景，根據(jù)益損決策矩陣計(jì)算各階段的出行方式，并根據(jù)累計(jì)前景理論建立起前景決策矩陣，如式(15)：

(15)

式中：α、β分別為收益和損失區(qū)域價(jià)值冪函數(shù)的凹凸程度，文中α=β=0；θ為決策者的損失規(guī)避程度，文中θ=2.25。

3.4 計(jì)算前景值

根據(jù)加權(quán)原則，計(jì)算各方式前景值。

1)計(jì)算每個(gè)方式各時(shí)期的前景值Utl(Ai)，如式(16)：

(16)

2)計(jì)算各方式的綜合前景值U(Ai)，如式(17)：

(17)

根據(jù)綜合前景值U(Ai)大小將各出行方式排序，綜合前景值越大的方式越符合出行者期望[13]。

4 案例分析

重慶是典型的組團(tuán)城市，組團(tuán)間出行已成為當(dāng)?shù)鼐用窆ぷ魃畋夭豢缮俚囊徊糠?。重慶南岸區(qū)與渝中區(qū)組團(tuán)功能明顯，其中南岸區(qū)七公里至渝中區(qū)解放碑交通便利，出行可選擇方式眾多，且七公里附近小區(qū)聚集便于調(diào)查。故筆者以重慶南岸區(qū)七公里至渝中區(qū)解放碑組團(tuán)間出行為例，對(duì)以上算法模型進(jìn)行說(shuō)明。

筆者將SP與RP調(diào)查方法結(jié)合，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查獲取數(shù)據(jù)，共發(fā)放問(wèn)卷400份，回收有效問(wèn)卷328份，問(wèn)卷回收率達(dá)82%，并根據(jù)收入水平和出行目的進(jìn)行分層。這里僅針對(duì)中高收入(有私家車)、出行目的為休閑娛樂(lè)的出行者進(jìn)行建模計(jì)算。對(duì)于這一層次出行者，從南岸區(qū)七公里到渝北區(qū)解放碑主要有輕軌、出租車、公交車、私家車這4種可選擇的出行方式，如圖2。為便于后期計(jì)算，將中高收入、出行目的為休閑娛樂(lè)出行者調(diào)查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，如表3。

圖2 各方式路線Fig. 2 Survey results of travel mode

表3 出行方式調(diào)查結(jié)果Table 3 Travel mode survey results

先使用層次分析法確定權(quán)重向量。讓出行者(被調(diào)查者)對(duì)經(jīng)濟(jì)性、快速性、舒適性、便捷性、可靠性進(jìn)行兩兩比較、進(jìn)行打分，為使結(jié)果更客觀可靠，選取中位數(shù)作為最終分值。并利用式(1)～(3)得到各優(yōu)先級(jí)向量，如表4。

表4 各要素之間對(duì)比結(jié)果Table 4 Comparison results between various elements

進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，如式(18)～(20)：

(18)

(19)

(20)

由此可知，判斷矩陣具有一致性，權(quán)重結(jié)果可接受，所以經(jīng)濟(jì)性C1、快速性C2、舒適性C3、便捷性C4、可靠性C5的權(quán)重向量為ω=(0.043 9, 0.172 4, 0.106 3, 0.222 3, 0.455 1)。同理，計(jì)算出各階段(t1,t2,t3)的權(quán)重向量為ωt=(1/3, 1/3, 1/3)。

整理綜合被調(diào)查者對(duì)各階段(t1,t2,t3)針對(duì)(C1,C2,C3,C4,C5)各指標(biāo)屬性的期望，將多數(shù)人(80%)期望合并得到一個(gè)范圍內(nèi)從而得到期望向量，如式(21)：

(20)

被調(diào)查者根據(jù)已掌握實(shí)際信息給出各方式在各階段針對(duì)各屬性的評(píng)價(jià)值。例如：選擇輕軌出行，80%人群在南岸區(qū)內(nèi)部的費(fèi)用大概為1.5～2.0元，所以t1階段C1=[1.5, 2.0]；花費(fèi)時(shí)間為19～25 min，故C2=[19, 25]；輕軌運(yùn)行平穩(wěn)、溫度合適、空氣較清新、但不一定有座位，80%人群對(duì)C3的評(píng)價(jià)值在[MP, MG]范圍內(nèi)；從出發(fā)點(diǎn)到輕軌站及輕軌站到目的地需走一段路程，并需要買票、過(guò)安檢、換乘，不是非常方便，80%人群對(duì)C4評(píng)價(jià)值在[VP, M]之內(nèi)；輕軌發(fā)車間隔短且能準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)，80%人群對(duì)C5的評(píng)價(jià)值在[G, VG]之內(nèi)。同理，給出所有階段不同出行方式的評(píng)價(jià)值如表5～7。

表5 t1階段評(píng)價(jià)值Table 5 Evaluation values of t1 stage

表6 t2階段評(píng)價(jià)值Table 6 Evaluation values of t2 stage

表7 t3階段評(píng)價(jià)值Table 7 Evaluation values of t3 stage

各階段參照點(diǎn)向量規(guī)范化的結(jié)果如式(21)～(23)：

O1=([0.39,0.71],[0.7,0.9],{(0.71,0.50),(0.86,0.50)},{(0.71,0.33),(0.86,0.33),(1.00,0.33)},{(0.86,0.50),(1.0,0.5)})

(21)

O2=([0.44，0.89]，[0.71，1]，{(0.57，0.25)，(0.71,0.25),(0.86，0.25)，(1.00，0.25)}，{(0.71，0.33)，(0.86，0.33)，(1.00，0.33)}，{(0.71，0.50)，(0.86，0.50)})

(22)

O3=([0.35,0.78],[0.64,0.91],{(0.71,0.33),(0.86,0.33),(1.00,0.33)},{(0.71,0.33),(0.86,0.33),(1.00,0.33)},{(0.71,0.33),(0.86,0.33),(1.00,0.33)})

(23)

各階段評(píng)價(jià)值決策矩陣規(guī)范化結(jié)果如式(24)～(26)：

(24)

(25)

(26)

由此可得益損決策矩陣如式(27)：

(27)

由此可得前景決策矩陣如式(28)：

(28)

則得到各方式的綜合前景值結(jié)果如式(29)：

(29)

則各方式排序結(jié)果為：A4>A1>A2>A3。即對(duì)于中高收入層人員而言，由南岸區(qū)七公里到渝中區(qū)解放碑的出行目的是為休閑娛樂(lè)，私家車是最讓他們滿意的出行方式，其次是輕軌，然后是出租車，最后才是公交車，這與調(diào)查結(jié)果相符。

5 結(jié) 語(yǔ)

筆者針對(duì)城市組團(tuán)間出行方式多屬性決策問(wèn)題，給出了一種考慮出行者動(dòng)態(tài)期望的出行方式選擇決策分析方法。并將這種方法用于實(shí)例，得到的結(jié)果與現(xiàn)實(shí)相符。

該方法充分反映出組團(tuán)間出行者選擇出行方式時(shí)的有限理性心理行為特征，可用于研究組團(tuán)間居民出行方式選擇行為，提高研究結(jié)果的真實(shí)性和有效性。這對(duì)于合理分擔(dān)各交通方式、調(diào)整和優(yōu)化交通結(jié)構(gòu)、提高運(yùn)輸效率，進(jìn)而改善組團(tuán)城市交通環(huán)境具有重要意義。