周家中

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢　430063)

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出行鏈視角下城市軌道交通接駁方式聯(lián)合選擇模型

周家中

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢430063)

摘要：以城市軌道交通出行方式鏈為例，針對(duì)城市軌道交通兩端的接駁方式，構(gòu)建基于交叉巢式Logit(CNL)模型的城市軌道交通出行鏈聯(lián)合選擇模型。模型從出行全過程角度，將軌道交通兩端的接駁方式納入一個(gè)模型里進(jìn)行聯(lián)合選擇。模型選取出行者社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征，發(fā)生端出行特征，到達(dá)端出行特征三類特征變量，建立聯(lián)合概率模型，對(duì)特征變量進(jìn)行標(biāo)定。模型結(jié)論顯示：(1)以到達(dá)客流為主的城市軌道交通站點(diǎn)對(duì)于交通接駁便捷程度的敏感性更高；(2)公交接駁方式轉(zhuǎn)化為小汽車接駁的可能性更高。對(duì)于揭示城軌接駁規(guī)律，優(yōu)化軌道接駁系統(tǒng)具有實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；出行鏈；接駁方式；聯(lián)合選擇模型

1城市軌道交通出行方式鏈分析

出行鏈?zhǔn)且幌盗谐鲂蟹绞降膹?fù)雜組合，因此出行鏈與其中各次出行的方式選擇是一項(xiàng)復(fù)雜的出行決策過程。1979年Adler和Ben-Akiva[1]采用MNL模型對(duì)出行鏈的出行方式選擇進(jìn)行了開創(chuàng)性研究。Strathman和Dueker[2]，Bhat[3]， Hensher和Reyes[4]， Guo和Wilson[5]等人主要圍繞出行鏈與出行方式間的相互關(guān)系問題進(jìn)行了研究，2007年Ye， Pendyala和 Gottardi[6]研究認(rèn)為出行鏈模式?jīng)Q定了出行方式的選擇。國內(nèi)對(duì)于城市軌道交通出行方式鏈的研究較少，2011年同濟(jì)大學(xué)史晟和楊超[7]基于出行方式鏈分析了城市軌道交通客流。2012年上海市綜合交通所董治國[8]研究建立了上海軌道交通出行方式鏈模型。

一次城市軌道交通出行過程實(shí)際上是以出行鏈的形式存在。出行者從出行起始點(diǎn)(O點(diǎn))使用接駁方式到達(dá)附近的軌道交通站，乘坐軌道交通到達(dá)出行目的地附近的軌道交通站，再使用接駁方式到達(dá)最終的出行目的地(D點(diǎn))。城市軌道交通出行過程如圖1所示。

圖1　城市軌道交通出行方式鏈

城市軌道交通出行者會(huì)對(duì)出行全過程做出決策，把出發(fā)端和到達(dá)端的出行接駁方式選擇納入統(tǒng)一考慮。因此，建立針對(duì)出發(fā)端和到達(dá)端的出行接駁方式的聯(lián)合選擇模型能夠有效反映出行決策過程，提高模型準(zhǔn)確性。已有研究缺乏對(duì)于城市軌道交通出行鏈的出發(fā)端和到達(dá)端的出行接駁方式的聯(lián)合選擇研究。

因此基于廣義極值模型(Generalized Extreme Value， GEV)[9]，建立交叉巢式Logit(Cross Nested Logit，CNL)[10]模型，對(duì)出行鏈視角下城市軌道交通接駁方式聯(lián)合選擇問題進(jìn)行了研究，為研究城市軌道交通出行全過程規(guī)律提供了理論依據(jù)，同時(shí)對(duì)優(yōu)化城市軌道交通接駁系統(tǒng)具有實(shí)際意義。

2交叉巢式Logit(CNL)模型建立

2.1模型結(jié)構(gòu)

根據(jù)某市地鐵1號(hào)線的城市軌道交通出行接駁方式調(diào)查數(shù)據(jù)(收回調(diào)查問卷1745份，其中有效問卷1604份)，把城市軌道交通出行鏈中的接駁方式劃分為3種出行方式：慢行交通(步行、非機(jī)動(dòng)車)、道路公交、小汽車(私人小汽車、出租車)。以不同的到達(dá)端接駁方式對(duì)應(yīng)的發(fā)生端接駁方式的組合構(gòu)成了模型的選擇肢集合，如圖2、圖3，表1、表2所示。

圖2　城市軌道交通出行方式鏈模型結(jié)構(gòu)

圖3　城市軌道交通出行方式鏈出行鏈組合分布

聯(lián)合選擇肢C1C2C3C4分層NestANestANestANestA、B發(fā)生端接駁方式慢行交通道路公交小汽車道路公交到達(dá)端接駁方式慢行交通慢行交通慢行交通道路公交聯(lián)合選擇肢C5C6C7C8C9分層NestA、BNestA、BNestBNestBNestB發(fā)生端接駁方式慢行交通小汽車小汽車慢行交通道路公交到達(dá)端接駁方式道路公交道路公交小汽車小汽車小汽車

表2　城市軌道交通出行方式鏈出行鏈組合分布頻率

2.2模型特征變量

模型所涉及的特征變量可分為三類，分別為：出行者社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征，如：年齡、職業(yè)、學(xué)歷、月收入和自行車、小汽車擁有情況等；發(fā)生端和到達(dá)端接駁出行特征，如：出行距離、出行時(shí)耗和出行費(fèi)用(表3)。

表3　模型特征變量定義

2.3效用函數(shù)公式

城市軌道交通出行者n選擇發(fā)生端和到達(dá)端接駁方式組合(ci)的必要條件是選擇集合中ci對(duì)出行者的總效用最大，即

(1)

(2)

其中，Ucin、Vcin、εcin分別為出行者n的聯(lián)合選擇肢(ci)的總效用，固定效用和隨機(jī)效用。

固定效用為出行者的社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征(Seci)、發(fā)生端接駁出行特征(Itripci)和到達(dá)端接駁出行特征(Jtripci)的函數(shù)，其表達(dá)式一般為線性函數(shù)

(3)

其中，Xcinl為出行者n的第i個(gè)聯(lián)合選擇肢的第l個(gè)變量值；βl為待標(biāo)參數(shù)。為簡化表達(dá)，后文表達(dá)效用及概率的符號(hào)下標(biāo)中均省略代表出行者的符號(hào)n。

2.4聯(lián)合概率模型建立

廣義極值模型能獲取固定形式的選擇概率表達(dá)式，交叉巢式Logit模型繼承了這一優(yōu)越性。假設(shè)每個(gè)聯(lián)合選擇肢的效用隨機(jī)項(xiàng)εcin均服從標(biāo)準(zhǔn)Gumbel分布，則I的聯(lián)合選擇肢的聯(lián)合累積分布函數(shù)為[10]

(4)

按照廣義極值模型理論，推導(dǎo)城市軌道交通出行者選擇第ci種聯(lián)合選擇肢的概率Pci為

(5)

3模型求解與標(biāo)定

令：Uci為聯(lián)合選擇肢ci的總效用；Um為分層m的總效用。

以分層NestA中的6個(gè)聯(lián)合選擇肢c1～c6為例，對(duì)聯(lián)合選擇肢的選擇概率Pci的求解過程進(jìn)行闡述，步驟如下[10]。

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

步驟4，確定Nest A總效用UA的效用固定項(xiàng)VA

(12)

步驟5，標(biāo)定特征變量參數(shù)值和模型分配參數(shù)。

運(yùn)用BIOGEME[11-12]求解，得出參數(shù)標(biāo)定值及t檢驗(yàn)值如表4所示、模型分配參數(shù)如表5所示。

表4　模型參數(shù)標(biāo)定結(jié)果

表5　模型分配參數(shù)

表4中模型的擬合優(yōu)度σ2為0.253，精度符合要求。發(fā)生端與到達(dá)端的出行時(shí)耗、出行費(fèi)用參數(shù)值均為負(fù)，與效用選擇最大化理論一致；年齡對(duì)方式選擇的影響不顯著，職業(yè)和收入對(duì)出行的軌道出行鏈聯(lián)合選擇肢的影響較大，選擇小汽車接駁方式的收入高的出行者可能性會(huì)更大。

表4中還有一點(diǎn)值得指出的是，模型標(biāo)定系數(shù)中到達(dá)端的標(biāo)定系數(shù)的絕對(duì)值要大于發(fā)生端的，這說明了出行者對(duì)于到達(dá)端的出行時(shí)耗與出行費(fèi)用比發(fā)生端更加敏感，出行者更傾向于選擇到達(dá)端更為便利的出行方式組合。

表5中的模型分配參數(shù)表示下層選擇項(xiàng)對(duì)上層選擇項(xiàng)的影響程度，其值越大顯示影響越大。從模型參數(shù)值可以看出：對(duì)于選擇項(xiàng)4、5、6，到達(dá)端為公交接駁出行的聯(lián)合選擇肢與到達(dá)端為小汽車接駁出行的相關(guān)性更強(qiáng)，說明公交接駁出行同時(shí)存在轉(zhuǎn)化為小汽車接駁出行的可能。

4結(jié)論與建議

通過研究出行鏈視角下城市軌道交通接駁方式聯(lián)合選擇模型，主要揭示出以下結(jié)論。

(1)在出行鏈視角下，出行者在統(tǒng)一決策軌道交通兩端接駁出行方式選擇時(shí)，更傾向于選擇到達(dá)端更為便捷的接駁方式組合，即出行者對(duì)于到達(dá)端的接駁方式的便利程度比出發(fā)端接駁更加敏感，因此建議到達(dá)客流量比例較大的軌道交通站點(diǎn)應(yīng)當(dāng)尤其注意優(yōu)化接駁系統(tǒng)。

(2)軌道交通的慢行交通接駁、公交接駁和小汽車接駁3種接駁方式中，公交接駁方式轉(zhuǎn)化為小汽車接駁的可能性更高，因此建議軌道交通站點(diǎn)接駁系統(tǒng)應(yīng)注重慢行交通接駁和公交接駁系統(tǒng)的建設(shè)。

對(duì)于揭示城市軌道交通出發(fā)端和到達(dá)端的接駁規(guī)律，指導(dǎo)優(yōu)化城市軌道交通站點(diǎn)的接駁系統(tǒng)具有實(shí)際意義。

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[1]Adler T， Ben-Akiva M. A theoretical and empirical model of trip chaining behavior[J]. Transportation Research Part B， 1979(13):243-257.

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[12]Ben-Akiva M， Lennan S R. Discrete choice analysis: theory and application to travel demand[M]. Cambridge， Massachusetts: MIT Press， 1985.

Joint Selection Model of Urban Rail Transit Access Modes Based on Trip Chain

ZHOU Jia-zhong

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.， Ltd.， Wuhan 430063， China)

Abstract：In this paper， the joint selection model of Cross Nested Logit of access modes to Urban Rail Transit (URT) based on trip chain is built， and the selection of both-end access mode to URT is employed in the model in perspective of the whole process of trip. Three characteristic variables of travelers’ socio-economic characteristics， the origin trip characteristics and the destination trip characteristics are included in the model， the joint probability model is established， and the characteristic variables are then calibrated. The results show that URT with high proportion of arrival passengers has a higher degree of sensitivity to the convenience of transport connections， and the access mode of the bus is more likely to shift to that of the car. This study reveals the pattern of access modes to URT， and is practical to optimize transport connection system of URT．

Key words：Urban rail transit; Trip chain; Access modes; Joint selection model

中圖分類號(hào)：U491.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.04.002

文章編號(hào)：1004-2954(2016)04-0004-04

作者簡介：周家中(1987—)，男，工程師，工學(xué)博士，E-mail：zhoujiazhong0916@163.com。

收稿日期：2015-08-10； 修回日期：2015-08-28