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        基于NL模型的節(jié)假日綠色出行行為研究

        2017-03-09 02:06:25馬姝宇邵春福
        山東科學(xué) 2017年1期
        關(guān)鍵詞:小汽車行者參數(shù)估計(jì)

        馬姝宇, 邵春福

        (北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院,北京 100044)

        【交通運(yùn)輸】

        基于NL模型的節(jié)假日綠色出行行為研究

        馬姝宇, 邵春福

        (北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院,北京 100044)

        針對(duì)節(jié)假日出行行為的特殊性,利用2014年北京市節(jié)假日出行行為調(diào)查數(shù)據(jù),構(gòu)建了節(jié)假日綠色出行行為NestedLogit模型。通過篩選影響節(jié)假日綠色出行行為選擇的顯著因素,建立了節(jié)假日綠色出行行為NL模型的層次結(jié)構(gòu),分析了模型的參數(shù)估計(jì)結(jié)果。研究結(jié)果表明,是否擁有小汽車、是否擁有自行車、居住方式、出行目的、出行距離和出行費(fèi)用是影響節(jié)假日出行方式選擇的主要因素,是否擁有小汽車、是否有同伴和出行目是影響節(jié)假日綠色出行選擇的主要因素。

        綠色出行;NL模型;出行行為;節(jié)假日

        隨著生活水平的提高,人們?cè)絹碓絻A向于在節(jié)假日期間出行,但是節(jié)假日交通因需求集中、流量大和時(shí)空限制小等特點(diǎn)導(dǎo)致了擁堵問題日益嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者在節(jié)假日出行方面進(jìn)行了大量研究。Shailes等[1]利用BinaryLogit模型研究了節(jié)假日出行者的交通擁堵避讓行為;王博彬等[2]利用NestedLogit模型研究了在節(jié)假日出行中出行者對(duì)出行鏈復(fù)雜度和出行方式的選擇行為;左忠義等[3]利用大量的實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)分析了節(jié)假日出行者的行為特征對(duì)交通的影響。

        與此同時(shí),綠色出行對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展的重要性日益受到重視。自1994年ChrisBradshaw首次提出綠色交通體系的概念以來[4],國(guó)內(nèi)外關(guān)于綠色交通的研究文獻(xiàn)迅速涌現(xiàn)。Carlsson-Kanyama等[5]基于可持續(xù)交通研究了不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)群體的出行能源消耗;劉雪梅[6]利用結(jié)構(gòu)方程模型研究了城市居民綠色出行選擇行為;王蘊(yùn)琦[7]利用Q方法研究了不同類型出行者對(duì)綠色出行的態(tài)度和行為。

        目前,大多數(shù)研究將綠色交通和節(jié)假日出行分開考慮,將二者結(jié)合的研究相對(duì)較少。鑒于此,本文以NL模型的相關(guān)理論為基礎(chǔ),利用2014年國(guó)慶期間北京市節(jié)假日出行行為調(diào)查數(shù)據(jù),分析節(jié)假日綠色出行行為,為緩解節(jié)假日交通擁堵和評(píng)價(jià)節(jié)假日交通管理政策提供理論依據(jù)。

        1 NL模型基礎(chǔ)

        隨機(jī)效用理論認(rèn)為效用是一個(gè)隨機(jī)變量[8],效用函數(shù)U通常由確定項(xiàng)V和隨機(jī)項(xiàng)ε兩部分組成,同時(shí)假設(shè)確定項(xiàng)和隨機(jī)項(xiàng)兩者之間呈線性關(guān)系[9]。在出行行為研究中,隨機(jī)效用理論認(rèn)為出行者在選擇出行交通方式的過程中,傾向于選擇效用最大的方案,即最能滿足自身出行需求的方案[10]。

        因此,出行者n選擇交通方式i的效用Uin可以表示為:

        Uin=Vin+εin,

        (1)

        其中,Vin為出行者n選擇交通方式i的效用函數(shù)中的確定項(xiàng);εin為出行者n選擇交通方式i的效用函數(shù)中的隨機(jī)項(xiàng)。

        出行者n選擇交通方式i的概率Pin可以表示為:

        (2)

        2 研究方法

        MNL(MultinominalLogitModel)模型沒有考慮各選擇方案之間的相互關(guān)系,存在非相關(guān)選擇方案互相獨(dú)立性(ⅡA特性)[11]。NL模型是一種改進(jìn)的Logit模型,考慮了各選擇枝之間的關(guān)聯(lián)性,克服了MNL模型的ⅡA特性。因此,NL模型更貼合實(shí)際,適合于出行方式選擇中某幾種交通方式存在類似性的情況。NL模型相比MNL模型層次結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,所以參數(shù)的確定過程也更加復(fù)雜[12]。

        2.1 建立選擇樹

        根據(jù)選擇的復(fù)雜程度,按照類似性原則,將選擇方案分為若干層次[13]。為研究節(jié)假日綠色出行行為,將選擇方案分為2個(gè)層次。上層是出行者對(duì)節(jié)假日綠色出行的選擇。從綠色出行的內(nèi)涵出發(fā),將慢行交通這類零碳排放的出行方式和公共交通、軌道交通這類運(yùn)力大、人均排放量較低的出行方式定義為綠色出行,將小汽車出行定義為非綠色出行[14]。下層是出行者對(duì)節(jié)假日出行方式的選擇,包含慢行交通、公交、地鐵和小汽車4種出行方式。其中,慢行交通由步行和自行車組成。

        本文確定的NL模型層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 NL模型層次結(jié)構(gòu)Fig.1 The hierarchical structure of Nested Logit model

        設(shè)Mn是出行者n的上層選擇方案?jìng)€(gè)數(shù),Rmn是出行者n結(jié)合上層的下層選擇方案的個(gè)數(shù),由條件概率公式可得[15-16]:

        (3)

        (4)

        (5)

        (6)

        (7)

        2.2 確定效用函數(shù)

        效用函數(shù)的具體表達(dá)形式有很多種。其中,應(yīng)用最廣泛的是線性函數(shù)[17]。假設(shè)Vin與特征變量Xin呈線性關(guān)系,則:

        (8)

        2.3 參數(shù)估計(jì)

        采用極大似然估計(jì)法對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)估計(jì)[18]。假設(shè)當(dāng)出行者n選擇方案(rm)時(shí)δ(rm)n=1,否則δ(rm)n=0。則似然函數(shù)L*的形式為:

        (9)

        對(duì)該函數(shù)的兩邊取對(duì)數(shù),可以得到:

        (10)

        當(dāng)式(10)取最大值時(shí),即可求得待估計(jì)參數(shù)。

        3 節(jié)假日綠色出行行為NL模型構(gòu)建

        3.1 數(shù)據(jù)來源

        數(shù)據(jù)來源于2014年國(guó)慶期間進(jìn)行的北京市節(jié)假日出行行為調(diào)查,經(jīng)過簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理,共獲得413條有效的節(jié)假日出行行為數(shù)據(jù)。調(diào)查內(nèi)容包括出行者特性(出行者性別、年齡、職業(yè)、收入、是否擁有小汽車、是否擁有自行車)、出行特性(出行距離、出行目的)和交通方式服務(wù)水平(出行時(shí)間、出行費(fèi)用)。調(diào)查內(nèi)容包含5種出行方式,分別為步行、自行車、公交車、地鐵和小汽車。其中,由于選擇步行出行的出行者數(shù)量較少(不足總?cè)藬?shù)的3%),考慮到在節(jié)假日出行中步行和自行車的性質(zhì)相似,因此將兩者合并為慢行交通出行。調(diào)查數(shù)據(jù)中各出行方式所占比例如表1所示。

        表1 出行方式比例

        3.2 模型變量定義

        根據(jù)出行行為NL模型的層次結(jié)構(gòu)特點(diǎn),選擇出行者特性、出行特征和交通服務(wù)水平作為出行者選擇的影響因素[19]。剔除不顯著的因素,將顯著影響節(jié)假日綠色出行選擇的因素,如是否擁有小汽車、是否有同伴和出行目的歸入上層模型,將顯著影響節(jié)假日出行方式選擇的因素,如是否擁有小汽車、是否擁有自行車、居住方式、出行目的、出行距離和出行費(fèi)用歸入下層模型。NL模型中相關(guān)變量的定義如表2所示。

        表2 變量定義表

        3.3 模型參數(shù)估計(jì)結(jié)果與分析

        將公交車作為參照水平,其他方式與其進(jìn)行對(duì)比。利用SPSS軟件對(duì)下層節(jié)假日出行方式選擇模型進(jìn)行模擬,得到的參數(shù)估計(jì)結(jié)果如表3所示。

        表3 節(jié)假日出行方式選擇模型參數(shù)估計(jì)結(jié)果

        表3中的模型參數(shù)估計(jì)結(jié)果表明,是否擁有小汽車、是否擁有自行車、居住方式、出行目的、出行距離和出行費(fèi)用對(duì)節(jié)假日出行方式選擇有顯著影響。

        (1)擁有交通工具會(huì)為出行者帶來便捷,因此擁有小汽車和自行車的人在節(jié)假日出行中選擇小汽車和自行車的概率更大。

        (2)居住方式是影響節(jié)假日出行方式選擇的重要因素。居住在宿舍的人更傾向于選擇慢行交通出行,與家人同住的人更傾向于選擇地鐵出行。

        (3)出行目的也是影響節(jié)假日出行方式選擇的重要因素。出行目的是逛街購(gòu)物的人選擇地鐵出行的概率高。

        (4)慢行交通受距離限制明顯,多服務(wù)于節(jié)假日短途出行。地鐵和小汽車在較長(zhǎng)距離出行中優(yōu)勢(shì)更大。同時(shí),節(jié)假日期間選擇地鐵和小汽車出行所支付的費(fèi)用更高。

        表4 節(jié)假日綠色出行方式選擇模型參數(shù)估計(jì)結(jié)果

        表4中的模型參數(shù)估計(jì)結(jié)果表明,是否擁有小汽車、是否擁有同伴和出行目的對(duì)節(jié)假日綠色出行方式選擇有顯著影響。

        (1)小汽車舒適性更高,因此擁有小汽車和有同伴的出行者在節(jié)假日出行中,更傾向于選擇非綠色交通方式出行。

        (2)出行目的是影響綠色出行選擇的重要因素。出行目的為逛街購(gòu)物的人選擇綠色出行的概率更大。

        3.4 模型檢驗(yàn)

        表5 節(jié)假日綠色出行行為NL模型擬合信息表

        4 結(jié)論

        利用NL模型和2014年北京市節(jié)假日出行行為調(diào)查數(shù)據(jù),考慮出行者特性、出行特征和交通服務(wù)水平等影響因素,構(gòu)建了北京市節(jié)假日綠色出行行為NL模型,并進(jìn)行了參數(shù)估計(jì)。研究得到的主要結(jié)論如下:

        (1)變量定義過程中發(fā)現(xiàn)性別、年齡、職業(yè)等出行者特性對(duì)節(jié)假日綠色出行行為影響均不顯著,考慮節(jié)假日出行與日常出行相比多為彈性大的休閑活動(dòng),因此其與日常出行行為的顯著影響因素存在差異。研究結(jié)果能為節(jié)假日綠色出行行為的相關(guān)研究提供理論方法。

        (2)NL模型可以克服MNL模型的局限性,能夠較好地?cái)M合調(diào)查數(shù)據(jù),適用于節(jié)假日綠色出行方式選擇研究。

        研究仍存在調(diào)查數(shù)據(jù)不全面、失衡等不足。下一步將增加樣本量并結(jié)合結(jié)構(gòu)方程模型建立SEM-Logit整合模型,深入研究變量?jī)?nèi)在關(guān)系,進(jìn)一步提高模型的解釋能力和精度。

        [1]SHAILESA,SENIORML,ANDREWBP.Tourists'travelbehaviourinresponsetocongestion:ThecaseofcartripstoCornwall,UnitedKingdom[J].JournalofTransportGeography,2001, 9(1):49-60.

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        DOI:10.3976/j.issn.1002-4026.2017.01.013

        StudyonholidaygreentravelbehaviorbasedonNestedLogitmodel

        MAShu-yu,SHAOChun-fu

        (SchoolofTrafficandTransportation,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)

        ∶Aimingattheparticularityofholidaytravelbehavior,usingthe2014surveydataofBeijingholidaytravelbehavior,thebehaviormodelofgreentravelonholidaywasconstructedbasedontheNestedLogitmodelingtheory.Thesignificantfactorstoaffecttravelchoicewerescreenedout,andthehierarchicalstructureofNestedLogitmodelonholidaygreentravelwasestablished.Then,theparameterestimationresultsoftheholidaytravelchoicemodelwereanalyzed.Theresultsshowthatwhetherpossessingacar,whetherpossessingabicycle,livingarrangement,travelpurpose,traveldistanceandtravelcostarethemajorfactorsaffectingthechoiceofholidaytravelmode.Andwhetherpossessingacar,whetherhavingcompanionsandtravelpurposeisthemajorfactoraffectingtheholidaygreentravelchoice.

        ∶greentravel;NestedLogitmodel;travelbehavior;holiday

        10.3976/j.issn.1002-4026.2017.01.012

        2016-06-11

        國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2012CB725403);國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(51338008);國(guó)家自然科學(xué)基金(51178032)

        馬姝宇(1992—),女,碩士,研究方向?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸規(guī)劃與管理。E-mail:mashuyu@bjtu.edu.cn

        U

        A

        1002-4026(2017)02-0076-06

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