劉 葉，吳 戈*，周 強(qiáng)

(1.蘇州大學(xué)軌道交通學(xué)院，江蘇蘇州215131；2.碧桂園集團(tuán)，上海201620)

0 引言

公共自行車系統(tǒng)(Public Bicycle System,PBS)近20年在世界范圍內(nèi)得到快速發(fā)展.PBS具有便捷、健康、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，也有利于緩解日益嚴(yán)重的城市交通擁堵問題.

國內(nèi)外學(xué)者結(jié)合PBS使用情況分析了使用者的偏好與使用目的.例如，Shaheen等[1]研究了北美多個(gè)城市的PBS使用特征,指出公共交通服務(wù)水平較低的地區(qū)PBS使用比例更高.Fuller等[2]分析了加拿大蒙特利爾的PBS使用者偏好，發(fā)現(xiàn)高學(xué)歷的年輕人比例較大，居住區(qū)250 m范圍內(nèi)的站點(diǎn)使用率較高.朱瑋等[3]在上海閔行區(qū)的調(diào)查表明，僅20%的使用者借助PBS換乘公共交通，并指出PBS平均騎行距離實(shí)際上可能超過了“最后一公里”的范圍.周強(qiáng)等[4]利用多項(xiàng)Logit模型研究了包括PBS在內(nèi)的地鐵接駁方式選擇問題，證實(shí)除出行時(shí)間外，出行目的、個(gè)人屬性等對(duì)PBS接駁地鐵也有顯著的影響.

解決出行“最后一公里”問題，是國內(nèi)盛行的PBS定位.遵循這一定位，站點(diǎn)布局也首選公共交通車站[5].但如上所述，實(shí)際上市民可能并非主要將PBS作為公共交通的接駁手段使用，特別是在公交車站500 m覆蓋率達(dá)到90%以上的“公交都市”建成區(qū)，有必要進(jìn)一步明確PBS的定位和發(fā)展方向.

另一方面，運(yùn)用離散選擇模型研究包含PBS在內(nèi)的交通方式選擇問題時(shí)，由于PBS既可以作為主要交通方式單獨(dú)使用，又可以作為公共交通的末端接駁方式，不同使用模式之間存在相關(guān)性，運(yùn)用多項(xiàng)Logit模型或Nested Logit模型很難進(jìn)行正確的分析.

本文將公共自行車使用分為接駁地鐵、接駁常規(guī)公交和全程單獨(dú)使用3種模式，構(gòu)建Cross-Nested Logit模型.以蘇州市PBS為對(duì)象，定量分析公共自行車使用模式的影響因素，為正確定位PBS的作用提供有價(jià)值的參考.

1 Cross-Nested Logit模型

離散選擇模型[6]已被廣泛應(yīng)用于出行方式選擇問題的研究.針對(duì)多項(xiàng)Logit(MNL)模型的IIA特性，Nested Logit(NL)模型將選項(xiàng)分為不同的層次，但每個(gè)下層選項(xiàng)都被限定在唯一的上層選項(xiàng)中.而Cross-Nested Logit(CNL)模型[7]允許下層選項(xiàng)同時(shí)從屬于多個(gè)上層選項(xiàng)，通過分配系數(shù)α確定該選項(xiàng)隸屬不同上層選項(xiàng)的比例，更適用于PBS使用模式研究.圖1和圖2顯示了CNL模型與NL模型的區(qū)別(忽略PBS及各末端交通方式前后的步行).

圖1 NL模型結(jié)構(gòu)Fig.1 NL model structure

圖2 CNL模型結(jié)構(gòu)Fig.2 CNL model structure

在CNL模型中，下層選項(xiàng)i的選擇概率由上層選項(xiàng)m的選擇概率和在選定m的條件下選擇i的條件概率兩部分組成.由于選項(xiàng)i可以隸屬不同的上層選項(xiàng)，故：

其中，條件概率為

上層選項(xiàng)m的選擇概率為

式中：vm為上層選項(xiàng)m的效用函數(shù)；vi、vj為下層選擇項(xiàng)i、j的效用函數(shù)；λ為尺度參數(shù)，按照效用最大化原則，0＜λ＜1；αim為選項(xiàng)i在選項(xiàng)m中的分配系數(shù)，0≤αim≤1，且∑m αim=1，若αim=0，說明選項(xiàng)i不屬于m.

效用函數(shù)的變量選取主要考慮出行屬性和個(gè)人屬性2類因素.出行屬性以各種交通方式的使用時(shí)間(步行、騎行、候車及乘車時(shí)間)和出行目的等為主；個(gè)人屬性包括性別、年齡、收入、職業(yè)、受教育程度和使用PBS的頻率等.

2 數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文實(shí)證研究以蘇州市PBS為例，數(shù)據(jù)來源于2014年蘇州地鐵沿線的問卷調(diào)查[4].主要交通方式分為地鐵、常規(guī)公交(以下簡稱公交)和PBS；末端交通方式分為步行、公交、PBS和電動(dòng)車.本次調(diào)查共獲得問卷1 565份，其中適用于本文分析的有效問卷1 360份.各交通方式的選擇情況如表1所示.

表1 樣本構(gòu)成Table 1 Sample size by travel mode

本調(diào)查主要在各地鐵站及其附近的PBS站點(diǎn)和公交車站進(jìn)行，因此主要交通方式中地鐵占74.3%，公交占7.0%，全程使用PBS占18.7%.在總計(jì)621位PBS使用者中，接駁地鐵的為47.5%，接駁公交的為11.6%，單獨(dú)使用的為40.9%.327份乘坐公交的樣本中，作為主要方式的占29.1%，用于接駁地鐵的占70.9%.

調(diào)查數(shù)據(jù)中除了出行目的、PBS使用可能性及個(gè)人屬性等以外，還有被調(diào)查者實(shí)際所用交通方式的出行時(shí)間信息，但標(biāo)定CNL模型需要被調(diào)查者所有可使用交通方式的相關(guān)數(shù)據(jù).因此，本文假定各種交通方式的平均旅行速度，根據(jù)被調(diào)查者的實(shí)際使用時(shí)間計(jì)算其出行距離，再分別估算其他可用但未使用的交通方式的時(shí)間.

2.2 不同模式的公共自行車使用特征

(1)PBS使用率.

本次調(diào)查詢問了3種PBS模式的使用可能性,各模式的實(shí)際使用樣本數(shù)與可使用樣本數(shù)的分布如表2所示.騎行距離按12 km/h的平均騎行速度計(jì)算.

從表2可以看出，1 km以內(nèi)可使用與實(shí)際使用PBS的樣本量都很少,暗示1 km以內(nèi)主要是步行，PBS通常會(huì)超出“一公里”的騎行距離.

圖3描述了PBS使用率(=實(shí)際使用樣本/可使用樣本)隨騎行距離的變化.對(duì)4 km以內(nèi)的短距離出行，能利用PBS的出行者大部分都會(huì)單獨(dú)使用PBS完成出行；出行距離大于4 km后，單獨(dú)使用PBS的比例顯著下降，出行轉(zhuǎn)向以公共交通為主.PBS接駁地鐵大多發(fā)生在距地鐵站(2,5]km的范圍.盡管可以利用PBS接駁公交的樣本較多，但各距離段的實(shí)際接駁者均較少，說明在公交覆蓋率較高的地鐵沿線，人們可能并不傾向于使用PBS接駁公交.

表2 PBS實(shí)際使用樣本與可使用樣本的分布Table 2 Sample size by ridership mode

(2)騎行距離.

從表2統(tǒng)計(jì)得出，PBS全程單獨(dú)使用的平均騎行距離為3.3 km，接駁地鐵和公交的平均騎行距離約為2.8 km，但全程使用和接駁使用的騎行距離分布較為相似，如圖4所示，說明人們?cè)谑褂肞BS時(shí)可能主要考慮體力和時(shí)間上的可接受性.

(3)出行時(shí)間的影響.

如圖5所示，全程使用PBS的出行總時(shí)間在30 min(約6 km)以內(nèi)的占72%，接駁地鐵較多用于30～49 min的出行，接駁公交在30～39 min的出行中使用最多.接駁地鐵和公交的出行時(shí)間明顯高于全程使用，說明PBS的使用模式與出行時(shí)間有很大關(guān)系.本文將出行總時(shí)間分解到步行、候車、乘車、換乘、騎行各個(gè)環(huán)節(jié)，詳細(xì)探究出行時(shí)間的影響.

(4)出行目的.

如圖6所示，接駁地鐵比另兩種使用模式更多用于文娛和回家；接駁公交的騎行者中，上班和探親訪友的比例明顯高于其他模式；全程單獨(dú)使用則以購物目的為主.

圖3 實(shí)際使用樣本占可使用樣本的比例Fig.3 Ratio of actual to available samples

圖6 PBS使用模式與出行目的Fig.6 Percent of trip purpose by ridership mode

(5)個(gè)人屬性.

分析PBS不同使用模式中個(gè)人屬性的差異.以年齡為例，如圖7所示，接駁地鐵的騎行者中[18，35)歲的比例最高，占74.9%.總體上，[18，25)歲的年輕人更愿意用PBS接駁公共交通.而全程使用中，50歲以上的騎行者比例明顯高于接駁使用.

圖7 PBS使用模式與年齡Fig.7 Age distribution in ridership modes

3 CNL模型構(gòu)建及結(jié)果分析

3.1 模型結(jié)構(gòu)

在圖2的Cross-Nested Logit模型結(jié)構(gòu)中，作為末端交通方式，PBS可以同時(shí)從屬于3種主要方式.同樣，步行可以接駁地鐵和公交，但它是PBS唯一的接駁手段，可將兩者視為一體.公交車除可以換乘其他公交線路外，也可以接駁地鐵.調(diào)查中未觀測(cè)到電動(dòng)車單獨(dú)使用或接駁公交，故僅將其作為地鐵的接駁手段.

3.2 模型結(jié)果及分析

在CNL模型估計(jì)中，首先假設(shè)各交通方式的效用函數(shù)是公共交通乘車時(shí)間、PBS騎行時(shí)間等變量的線性函數(shù)，標(biāo)定得到模型1，如表3所示.模型尺度參數(shù)(0.064)以1%以上的顯著性水平介于0～1，表明圖2假設(shè)的模型結(jié)構(gòu)符合效用最大化原則.自由度調(diào)整后的McFadden決定系數(shù)Adj-ρ2為0.562，表明模型1的精度很高.

如前所述，分配系數(shù)揭示了末端方式在各主要方式中的使用比例，這種比例關(guān)系不同于表1所示的樣本比例，后者通常反映在效用函數(shù)的常數(shù)項(xiàng)中.因?yàn)閠檢驗(yàn)值均大于2.58，從統(tǒng)計(jì)意義上可以相信，PBS用于接駁地鐵和公交的比例分別為21.0%和16.0%，全程單獨(dú)使用的比例為63.0%.因此，有理由推測(cè)公共自行車可能實(shí)際上主要是全程單獨(dú)使用.同樣，步行接駁公交和地鐵的分配系數(shù)分別為78.1%和21.9%,暗示公交以步行接駁為主，而地鐵的接駁方式更多樣化.另一方面，公交接駁地鐵的分配系數(shù)僅為21.6%，說明公交(包括公交之間換乘)主要是作為全程出行方式使用的.

從時(shí)間變量來看，騎行時(shí)間對(duì)全程單獨(dú)使用PBS的負(fù)面影響遠(yuǎn)大于乘車時(shí)間對(duì)公共交通出行的影響，說明隨著出行距離的增大，選擇全程使用PBS的概率會(huì)更快地下降.由于步行是最基本的接駁手段，所以到車站的步行時(shí)間對(duì)乘坐地鐵或公交沒有顯著影響(本文不考慮小汽車出行)，但到PBS站點(diǎn)的步行時(shí)間卻對(duì)全程單獨(dú)使用有極顯著的負(fù)面影響，其程度甚至大大超過了騎行時(shí)間的影響，反映了站點(diǎn)密度對(duì)利用PBS的重要性.

根據(jù)圖3的分析，騎行距離(時(shí)間)對(duì)PBS使用模式的效用影響可能是非線性的，因此，本文將每1 km的騎行距離作為0-1變量分別逐次代入各模式的效用函數(shù)，得到圖8所示的參數(shù)值變化(t值小于1.96的參數(shù)值記為0).可以看出，小于1 km時(shí)，騎行距離僅對(duì)接駁地鐵有顯著的正效用，表明PBS有助于地鐵出行，但對(duì)接駁公交和全程單獨(dú)使用沒有明顯的影響.在(1,2]km范圍內(nèi)，PBS甚至對(duì)公交出行有顯著的負(fù)效用，示意可能與公交構(gòu)成某種競爭關(guān)系.當(dāng)?shù)杰囌镜尿T行距離為(4,5]km時(shí)，地鐵和公交在一定程度上都可以得到PBS的支持.就全程使用PBS而言，(2,4]km的出行距離顯然更有正面效果，大于4 km后全程使用PBS的概率則顯著降低.值得注意的是，騎行距離對(duì)PBS接駁地鐵或公交的參數(shù)絕對(duì)值(圖8左縱軸)遠(yuǎn)小于全程使用(右縱軸)，說明騎行距離對(duì)全程使用的影響更大.

表3 CNL模型結(jié)果Table 3 Results of CNL model

圖8 不同使用模式的騎行距離參數(shù)Fig.8 Parameter of riding distance by ridership mode

在模型1的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮以上有顯著效用的騎行距離段，得到模型2.比較最終似然值可知，模型的精度得到較顯著的提升.對(duì)比圖8，1 km以內(nèi)PBS接駁地鐵的正效用及其顯著性有所降低.同時(shí)，PBS接駁公交的分配系數(shù)進(jìn)一步降低，PBS全程單獨(dú)使用的比例提高到72.4%.

值得關(guān)注的是，兩個(gè)模型都表明，當(dāng)人們可以利用PBS接駁公共交通時(shí)，明顯有益于促進(jìn)選擇地鐵作為主要方式出行，卻對(duì)公交出行有抑制作用.因此，總的來看，公共自行車極可能與常規(guī)公交存在某種競爭關(guān)系，但對(duì)地鐵有一定的補(bǔ)充作用.

比較模型1和模型2，其他參數(shù)的估計(jì)值變化較小.從出行目的看，購物的人群較青睞于全程單獨(dú)使用PBS，回家的人群在一定程度上更多地使用PBS接駁地鐵.在模型標(biāo)定過程中，沒有發(fā)現(xiàn)“上班”對(duì)PBS使用模式的明顯傾向，這或許是因?yàn)椴⒎撬械耐ㄇ谡咴谏习嗤局校记『糜泻线m的PBS站點(diǎn)或可供借用的車輛，與其繞道去借用公共自行車，步行可能更節(jié)省時(shí)間.早高峰期間地鐵站附近公共自行車大量聚集或匱乏的現(xiàn)象是出行過于集中造成的.這也說明出行的時(shí)空不均衡性給PBS規(guī)劃和運(yùn)行管理帶來很大的困難，但過分偏重公共交通車站的站點(diǎn)布局不一定有利于PBS的合理分擔(dān)，反倒可能由于車輛的自然流動(dòng)不暢而降低PBS的使用效率.

在個(gè)人屬性方面，女性顯然更多地選擇全程單獨(dú)使用公共自行車，而不是去接駁擁擠的公共交通.自由職業(yè)、私營企業(yè)主及離退休等時(shí)間相對(duì)自由的人群，可能較多選擇PBS接駁地鐵.幾乎在所有變量中，經(jīng)常使用PBS(每周1次以上)的參數(shù)值及其顯著性都是最大的，表明這一人群極其傾向于全程單獨(dú)使用，同樣也暗示了公共自行車與公共交通之間的競爭關(guān)系.

4 結(jié)論

本文根據(jù)公共自行車的使用特點(diǎn)，將其分為接駁地鐵、接駁公交及全程單獨(dú)使用3種模式，并提出利用CNL模型分析各模式使用比例及其影響因素，以期更準(zhǔn)確地界定PBS與公共交通的關(guān)系.對(duì)蘇州市PBS的案例研究發(fā)現(xiàn)，公共自行車很大程度上傾向于在(1,4]km左右的出行中被全程單獨(dú)使用；可能較少用于接駁常規(guī)公交；在公交站2 km的范圍內(nèi)，公共自行車或許與常規(guī)公交存在競爭關(guān)系；對(duì)于地鐵出行，PBS主要在車站1 km范圍內(nèi)有一定的補(bǔ)充作用.

研究結(jié)果還證實(shí)，騎行時(shí)間對(duì)全程使用公共自行車的負(fù)面影響遠(yuǎn)大于乘車時(shí)間對(duì)公共交通的負(fù)面影響；到站點(diǎn)的步行時(shí)間對(duì)全程使用PBS也有極大的負(fù)效用，反映了站點(diǎn)密度的重要性.此外，出行目的、性別和職業(yè)屬性等對(duì)PBS使用模式都有不同程度的影響.

明確不同地區(qū)、不同人群的PBS使用模式，對(duì)科學(xué)規(guī)劃和布設(shè)PBS站點(diǎn)、提高PBS整體運(yùn)營及使用效率具有重要的意義.本文主要分析了地鐵沿線PBS使用模式的特點(diǎn)，今后如果有更多的研究能夠進(jìn)一步詳細(xì)確認(rèn)公共自行車作為獨(dú)立方式和接駁方式的使用范圍，那么其角色定位和發(fā)展方向也應(yīng)被重新考慮.

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