干宏程

（上海理工大學(xué)超網(wǎng)絡(luò)研究中心，上海 200093）

先進(jìn)出行者信息系統(tǒng)（ATIS）的誘導(dǎo)效果最終取決于駕駛員對(duì)信息作出的路徑選擇響應(yīng).探索ATIS影響下駕駛員路徑選擇行為，一直是智能交通（ITS）技術(shù)逐步應(yīng)用以來(lái)學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)和難題.研究人員試圖采用各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)手段獲取ATIS影響下的路徑選擇行為數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)行為數(shù)據(jù)的建模來(lái)分析ATIS對(duì)路徑選擇行為的影響，揭示ATIS信息對(duì)路徑選擇的影響機(jī)理，為更好地設(shè)計(jì)、運(yùn)行和評(píng)價(jià)ATIS提供理論依據(jù).由于駕駛員行為的高度復(fù)雜性、ATIS技術(shù)的多樣性、研究方法的不同、各地交通和人文差異，ATIS影響下路徑選擇行為的研究頗有難度，當(dāng)前還處于初級(jí)階段，完整的理論體系遠(yuǎn)未形成.

近幾年，國(guó)際上許多大城市和我國(guó)的上海、北京、廣州、寧波、杭州及蘇州等［1］順應(yīng)ITS的發(fā)展趨勢(shì)，在城市交通管理中采用了能以地圖（由發(fā)光元件組成的光帶）形式顯示道路網(wǎng)交通狀態(tài)的可變信息標(biāo)志，誘導(dǎo)交通流.本文稱這類發(fā)布圖狀路況信息的新型標(biāo)志為圖形式可變情報(bào)板（GRIP）.GRIP這一新技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用，為我國(guó)學(xué)者針對(duì)GRIP開(kāi)展ATIS信息影響下駕駛員路徑選擇行為的基礎(chǔ)性研究提供了很好的契機(jī).

開(kāi)展GRIP信息影響下路徑選擇行為研究的意義在于：

a.理論上，對(duì)于配置GRIP的交通網(wǎng)絡(luò)，提出GRIP信息影響下駕駛員路徑選擇模型是建立動(dòng)態(tài)交通網(wǎng)絡(luò)模型和動(dòng)態(tài)交通分配理論的一個(gè)重要前提.

b.實(shí)踐上，為GRIP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、誘導(dǎo)效益評(píng)價(jià)等提供技術(shù)支撐.例如，對(duì)于配置GRIP的交通網(wǎng)絡(luò)，在制定GRIP網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化方案、設(shè)計(jì)GRIP信息發(fā)布策略、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)路網(wǎng)交通流時(shí)空分布、評(píng)價(jià)GRIP系統(tǒng)效益，乃至進(jìn)行GRIP誘導(dǎo)與其它控制手段（如匝道控制、動(dòng)態(tài)限速）的集成時(shí)，需要運(yùn)用動(dòng)態(tài)交通網(wǎng)絡(luò)模型、交通分配和交通仿真等技術(shù)，以確保方案科學(xué)、經(jīng)濟(jì)，充分發(fā)揮ITS效益.GRIP信息影響下的路徑選擇模型是這些技術(shù)的核心.

目前，GRIP影響下路徑選擇行為已成為駕駛員對(duì)ATIS信息的響應(yīng)這一熱點(diǎn)研究領(lǐng)域的一個(gè)前沿方向.

1 研究綜述

縱觀國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)［2－45］，GRIP影響下路徑選擇行為的專題探索還很少，但是，針對(duì)常規(guī)ATIS信息（如可變情報(bào)板的文字信息和車(chē)載導(dǎo)航信息）的路徑選擇行為研究已經(jīng)不少.本文回顧GRIP相關(guān)的研究和常規(guī)ATIS信息相關(guān)的研究，探討以往研究的方法、技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展動(dòng)態(tài).

1.1 GRIP影響下路徑選擇行為的相關(guān)研究

國(guó)外的大多數(shù)研究主要是以優(yōu)化面板設(shè)計(jì)或考察駕駛員使用GRIP的感受為目的而開(kāi)展的感知試驗(yàn)和問(wèn)卷調(diào)查.例如，日本的Hirokazu和Mitsuru、Kazuyoshi和Tsuyoshi、德國(guó)的Sch?nfeld等、荷蘭的Alkim和Schenk、Dicke－Ogenia和Brookhuis、澳大利亞的Kloot、英國(guó)的Richards等的研究工作［2－8］.這些工作的研究手段主要有問(wèn)卷調(diào)查（紙質(zhì)、英特網(wǎng)）、計(jì)算機(jī)感知試驗(yàn)、虛擬駕車(chē)試驗(yàn)及實(shí)地調(diào)查等.上述研究均發(fā)現(xiàn)，駕駛員使用GRIP的次數(shù)越多，其對(duì)GRIP可理解性和有用性的評(píng)價(jià)越高，對(duì)GRIP的偏好也隨之增加.然而，學(xué)術(shù)界對(duì)GRIP影響下實(shí)際路徑選擇的調(diào)查和分析還很少，僅有日本的Hato等［9］的研究涉及了GRIP影響下實(shí)際路徑選擇的調(diào)查.至今，GRIP影響下路徑選擇行為建模的專題研究報(bào)道還很少.

國(guó)內(nèi)的研究主要集中在GRIP面板設(shè)計(jì)、GRIP布局、前置距離確定、交通狀態(tài)判別方法、監(jiān)控中心GRIP信息發(fā)布系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)等內(nèi)容上［1，26－30］，而GRIP影響下路徑選擇行為的專題報(bào)道不多.GRIP信息響應(yīng)行為數(shù)據(jù)的獲取手段主要是意向調(diào)查.干宏程等［31－32］針對(duì)上海城市快速路上實(shí)地存在的GRIP，利用問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)，建立了GRIP信息、駕駛員個(gè)體屬性、交通狀況等因素與路徑選擇概率之間關(guān)系的Logit模型.目前，尚未見(jiàn)到采用動(dòng)態(tài)路徑選擇模擬試驗(yàn)方法獲取GRIP信息響應(yīng)行為數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)報(bào)道.

1.2 針對(duì)常規(guī)ATIS信息的路徑選擇行為研究

行為數(shù)據(jù)獲取和行為數(shù)據(jù)分析是學(xué)術(shù)界探索工作的兩個(gè)重要方面.路徑選擇行為數(shù)據(jù)獲取方法主要分為實(shí)際行為調(diào)查和意向調(diào)查（SP Survey）兩類.由于駕駛員路徑選擇的實(shí)地試驗(yàn)和觀測(cè)存在諸如影響試驗(yàn)的不確定和不可控因素多、調(diào)查樣本量很有限、試驗(yàn)成本較高、試驗(yàn)周期長(zhǎng)、公民隱私限制等難點(diǎn)和困難，大多數(shù)研究都采用SP調(diào)查獲取行為數(shù)據(jù).SP方法的主要形式有3類：a.傳統(tǒng)的問(wèn)卷調(diào)查（紙質(zhì)、計(jì)算機(jī)、英特網(wǎng)）；b.由被試參與的路徑選擇計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)；c.駕駛模擬器（類似開(kāi)真車(chē)）.其中，問(wèn)卷調(diào)查和路徑選擇模擬試驗(yàn)是常用的方法，而駕駛模擬器主要用于交通安全和車(chē)輛工程方面問(wèn)題的研究，開(kāi)發(fā)成本昂貴，很少被使用.研究表明，路徑選擇動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)?zāi)軌驈浹a(bǔ)問(wèn)卷調(diào)查很難為被試提供生動(dòng)的虛擬出行情境、能提供的信息量有限等缺陷，可以提供較為逼真的虛擬出行情境，獲取與實(shí)際行為一致的行為數(shù)據(jù)［10］，是一個(gè)重要研究方向［10－18］.不同路徑選擇模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的主要差別在于系統(tǒng)所構(gòu)造的出行情境的細(xì)致和逼真程度，例如，路網(wǎng)交通狀態(tài)和交通信息是預(yù)先設(shè)定的（恒定或者取某種隨機(jī)規(guī)律）還是由交通流模型驅(qū)動(dòng)的、是否安排駕車(chē)任務(wù)（通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)操作）、出行情境人機(jī)界面的布局方式、人因工程的運(yùn)用程度等.出行情境設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到所采集行為數(shù)據(jù)的可靠性，從而影響行為數(shù)據(jù)的分析結(jié)果.路徑選擇行為數(shù)據(jù)的分析方法有描述性統(tǒng)計(jì)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、離散選擇建模、模糊邏輯推理、多智能模擬等.離散選擇建模屬于微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)范疇，以隨機(jī)效用理論為基礎(chǔ)，能夠得到表達(dá)交通信息、駕駛員個(gè)體屬性、交通狀況等因素與路徑選擇概率之間映射關(guān)系的概率模型，是發(fā)達(dá)國(guó)家學(xué)者常用的建模方法［19－25］.然而，以往探索工作中僅有少數(shù)研究在建模時(shí)考慮了“解釋變量影響程度在人群中的不均質(zhì)性（heterogeneity）”和（或）“同一被試多次觀測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性（correlation of repeated observations）”，以期更精細(xì)地解釋路徑選擇的決策機(jī)制.

國(guó)內(nèi)的研究主要采用問(wèn)卷（紙質(zhì)、計(jì)算機(jī)、英特網(wǎng)）調(diào)查，尚未見(jiàn)有采用動(dòng)態(tài)路徑選擇模擬試驗(yàn)獲取行為數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)報(bào)道，行為分析手段大多是簡(jiǎn)單的數(shù)理統(tǒng)計(jì)，離散選擇建模的相關(guān)報(bào)道不多.干宏程［33－34］探索了駕駛員在可變情報(bào)板同時(shí)提供快速路與地面普通道路行程時(shí)間條件下的路徑選擇行為，利用SP問(wèn)卷數(shù)據(jù)建立了路徑選擇Probit模型，模型中考慮了行程時(shí)間重要性在人群中的不均質(zhì)性.曾松和楊曉光等［35］利用SP問(wèn)卷數(shù)據(jù)估計(jì)了提供行程時(shí)間條件下路線選擇的Logit模型.另一方面，不少學(xué)者從宏觀網(wǎng)絡(luò)層面，運(yùn)用均衡分析、多智能、博弈論、交通流仿真、統(tǒng)計(jì)力學(xué)等手段，考察信息環(huán)境下交通系統(tǒng)的演化和交通效益.例如，黃海軍等［36－39］、高自友等［40－42］、安實(shí)等［43］、楊曉光等［44］、李克平等［45］的工作.這些研究的重點(diǎn)雖然不是GRIP的駕駛員路徑選擇行為調(diào)查和建模，但是，相關(guān)成果對(duì)ATIS設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)、評(píng)價(jià)等具有很好的指導(dǎo)和啟示意義.此外，這些研究（因側(cè)重點(diǎn)不在駕駛員個(gè)體行為建模上）本質(zhì)上是在假設(shè)出行者的信息響應(yīng)規(guī)則前提下進(jìn)行的，這從另一方面也顯示了駕駛員信息路徑選擇行為建模的重要性，建模研究成果與以往工作有很好的互補(bǔ)性.

2 以往研究的不足及今后研究的發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)外以建立GRIP影響下的路徑選擇模型為目的的專題探索還很少，且主要依賴SP問(wèn)卷調(diào)查獲取GRIP信息影響下的行為數(shù)據(jù)，因而尚未能夠充分地解析GRIP信息、駕駛員個(gè)體屬性、感知特性、交通狀況等因素與路徑選擇概率之間的映射關(guān)系.然而，常規(guī)ATIS信息影響下路徑選擇行為的探索已經(jīng)不少，相關(guān)成果值得借鑒.從國(guó)際趨勢(shì)看，考慮開(kāi)發(fā)成本和周期、試驗(yàn)難度、時(shí)間、數(shù)據(jù)可靠性、人力、物力等因素，采用由被試參與的路徑選擇模擬試驗(yàn)方法獲取GRIP影響下的路徑選擇行為數(shù)據(jù)，采用離散選擇建模分析GRIP對(duì)路徑選擇的影響，是探索GRIP信息影響下路徑選擇行為的一種有效的科學(xué)研究方法.

以往研究提出的ATIS信息影響下路徑選擇模擬試驗(yàn)方法，在出行情境構(gòu)造上幾乎都未采用基于網(wǎng)絡(luò)交通流模型的交通狀態(tài)和信息生成機(jī)制，并且很少?gòu)娜艘蚬こ探嵌葍?yōu)化出行情境人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，因而影響了出行情境的逼真性和行為數(shù)據(jù)的可靠性.少量研究（如Mahmassani等［14］的探索）雖然采用基于網(wǎng)絡(luò)交通流模型的模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，但是，網(wǎng)絡(luò)交通模型中的路段模型是改進(jìn)的線性Greenshield模型，而線性Greenshield模型從目前交通流理論的觀點(diǎn)看有較大局限性，在交通管理實(shí)踐中已很少使用.筆者的課題組認(rèn)為，交通狀態(tài)是交通信息的產(chǎn)生源，交通信息是被試出行途中接收到的重要外部刺激，確保交通狀態(tài)符合網(wǎng)絡(luò)交通流時(shí)空演化規(guī)律自然是開(kāi)發(fā)路徑選擇模擬試驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的.如今，網(wǎng)絡(luò)交通流模型已經(jīng)發(fā)展得較成熟，計(jì)算機(jī)速度很快，使用交通流模型生成符合網(wǎng)絡(luò)交通流時(shí)空演化規(guī)律的交通狀態(tài)，使得路徑選擇模擬試驗(yàn)系統(tǒng)為被試提供的出行情境更加自然和逼真，以確保獲取的行為數(shù)據(jù)更可靠，將是一個(gè)趨勢(shì).例如，在網(wǎng)絡(luò)交通流模型中，采用反映交通流理論先進(jìn)成果的高階流體模型（high－order continuum model）作為路段模型，更細(xì)致地刻畫(huà)停停走走、沖擊波等交通流非線性特征.

以往研究在進(jìn)行GRIP影響下路徑選擇行為的離散選擇建模時(shí)，尚未考慮解釋變量影響程度在人群中的不均質(zhì)性和（或）同一被試多次觀測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性.隨著微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)和離散選擇建模在交通科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的日漸增多和研究人員對(duì)學(xué)科交叉的日益重視，考慮不均質(zhì)性和觀測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性等問(wèn)題，更精細(xì)地考察GRIP信息、駕駛員個(gè)體屬性、感知特性、交通狀況等因素與路徑選擇概率之間的映射關(guān)系，從而更科學(xué)地解釋動(dòng)態(tài)路徑選擇的決策機(jī)制（例如，在模型中更好地體現(xiàn)駕駛員的學(xué)習(xí)效應(yīng)），將是學(xué)術(shù)研究的必然趨勢(shì)，也是ITS技術(shù)日益普及對(duì)學(xué)術(shù)界提出的必然要求.

由以上分析可知，從改進(jìn)行為數(shù)據(jù)獲取方法和提高行為建模質(zhì)量?jī)煞矫嫒胧?，探索用于獲取GRIP影響下路徑選擇行為數(shù)據(jù)的基于網(wǎng)絡(luò)交通流模型的動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)方法，建立考慮解釋變量影響的不均質(zhì)性和觀測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性的路徑選擇概率模型，更準(zhǔn)確地解析GRIP信息、個(gè)體屬性、感知特性、交通條件等因素與路徑選擇概率之間的映射關(guān)系，揭示GRIP對(duì)駕駛員路徑選擇的影響機(jī)理，是今后的一個(gè)趨勢(shì).

3 GRIP影響下?lián)衤沸袨檠芯康囊恍┬逻M(jìn)展

順應(yīng)以上趨勢(shì)，筆者的交通行為研究小組依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等課題開(kāi)展了多年的GRIP研究［1，26－28，31－32，46］，提出一種基于宏觀網(wǎng)絡(luò)交通流模型的、用于獲取GRIP影響下駕駛員路徑選擇行為數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)方法，初步開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的路徑選擇動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng).該試驗(yàn)系統(tǒng)彌補(bǔ)了以往絕大多數(shù)探索工作的不足，運(yùn)用交通流理論、人因工程、軟件工程等多學(xué)科知識(shí)，采用網(wǎng)絡(luò)交通流模型驅(qū)動(dòng)的路網(wǎng)交通狀態(tài)和信息生成機(jī)制生成模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的出行情境，設(shè)計(jì)出能夠呈現(xiàn)較逼真的交通狀況和GRIP信息的出行情境人機(jī)界面和路徑選擇模擬試驗(yàn)流程，增強(qiáng)被試的身臨其境感受，確保獲取的行為數(shù)據(jù)更可靠.網(wǎng)絡(luò)交通流模型采用經(jīng)典的高速道路網(wǎng)交通流仿真模型METANET［47］.運(yùn)用該系統(tǒng)開(kāi)展由被試參與的動(dòng)態(tài)路徑選擇模擬試驗(yàn)，可以獲取駕駛員個(gè)體屬性數(shù)據(jù)和信息響應(yīng)行為數(shù)據(jù).信息響應(yīng)行為數(shù)據(jù)包括駕駛員判讀－決策GRIP信息的時(shí)間和駕駛員對(duì)GRIP有用性和可理解性的評(píng)價(jià)等感知行為數(shù)據(jù)、駕駛員的路徑選擇決策等.這些行為數(shù)據(jù)為GRIP影響下?lián)衤沸袨槟Ｐ偷慕⑻峁┝嘶A(chǔ)數(shù)據(jù).

GRIP影響下路徑選擇動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，基于計(jì)算機(jī)Flash軟件、Access軟件開(kāi)發(fā)，使用腳本編程語(yǔ)言ActionScript 2.0和ASP編寫(xiě)實(shí)現(xiàn).系統(tǒng)利用Flash軟件制作各種圖像、動(dòng)畫(huà)、聲音素材，營(yíng)造出逼真的出行情境.出行情境人機(jī)界面的截屏如圖1所示.從所查閱的文獻(xiàn)看，該系統(tǒng)是國(guó)際上第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)交通流模型驅(qū)動(dòng)的、專門(mén)用于獲取GRIP影響下駕駛員路徑選擇行為數(shù)據(jù)的出行選擇模擬器（travel choice simulator）.

圖1 GRIP影響下路徑選擇動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的人機(jī)界面Fig.1 Human－computer interface for the dynamic simulation system of GRIP response

4 結(jié)束語(yǔ)

GRIP影響下的駕駛員路徑選擇行為是當(dāng)前順應(yīng)國(guó)際ITS發(fā)展趨勢(shì)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，是駕駛員對(duì)ATIS信息的響應(yīng)這一研究領(lǐng)域的一個(gè)前沿方向.本文從行為數(shù)據(jù)獲取和行為建模兩個(gè)重要方面回顧了該方向的研究成果，介紹了筆者研究團(tuán)隊(duì)在該研究方向上的一些最新進(jìn)展.希望本文能拋磚引玉，為研究人員開(kāi)展相關(guān)探索工作提供有益啟示和借鑒.

致謝：本文工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持.感謝美國(guó)西北大學(xué)Hani Mahmassani教授訪問(wèn)筆者單位期間給予的有益建議.感謝上海理工大學(xué)張寧教授對(duì)本文成果發(fā)表的支持.

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