李 亞

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 運(yùn)輸管理學(xué)院，河南 鄭州 451460）

0 引言

隨著高速路網(wǎng)的不斷完善，鐵路出行旅客的備選乘車方案逐漸增多。作為出行過程中的決策主體，旅客具有主觀性、偏好性等多種難以測定的影響因素，因而旅客出行乘車方案選擇研究是一個(gè)包含多種影響因素的復(fù)雜問題。國內(nèi)外學(xué)者主要通過構(gòu)建非集計(jì)理論模型和參數(shù)標(biāo)定進(jìn)行量化分析旅客出行乘車方案選擇問題。例如，Wilson等[1]研究旅客出行所耗費(fèi)的時(shí)間及費(fèi)用對其選擇行為的影響；史峰等[2]對旅客群體進(jìn)行等級分類，并計(jì)算不同類旅客對具有不同綜合效用的列車的選擇概率；王爽等[3]構(gòu)建Logit模型計(jì)算鐵路出行旅客對直達(dá)與高頻換乘模式的選擇概率；葉玉玲等[4]通過分析旅客選擇行為機(jī)理及結(jié)果，提出客運(yùn)專線的列車票價(jià)和開行頻率的建議。

以上研究為旅客列車開行方案的優(yōu)化研究奠定了基礎(chǔ)。然而，由于多項(xiàng)Logit模型(Multinominal Logit Model，MNL)的不相干方案獨(dú)立性，其無法刻畫出發(fā)時(shí)間段或出行方式間的關(guān)聯(lián)[5]。自20世紀(jì)90年代，Nested Logit (NL)模型迅速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于在運(yùn)輸領(lǐng)域中具有階層關(guān)系的決策選擇過程。例如，David等[6]構(gòu)建NL模型分析出行個(gè)體在整個(gè)出行鏈中的交通方式選擇機(jī)理；陳團(tuán)生等[7]分析旅客的經(jīng)濟(jì)、時(shí)間因素及運(yùn)輸方式特性對Nested Logit模型中的運(yùn)輸方式與出行時(shí)間的影響；王文憲等[8]構(gòu)建了乘車方式與客運(yùn)產(chǎn)品聯(lián)合選擇的NL模型，并通過武漢—成都既有線數(shù)據(jù)量化分析了各類屬性變量對旅客客運(yùn)產(chǎn)品選擇行為機(jī)理。

出行時(shí)段與乘車方式均為鐵路出行旅客需要考慮的重要因素，且兩者之間聯(lián)系密切，為考慮出發(fā)時(shí)間與到達(dá)時(shí)間的方便性，時(shí)常將二者聯(lián)合起來綜合決策，但有關(guān)鐵路旅客出行時(shí)段與乘車方式的聯(lián)合選擇研究較少。以成渝鐵路(成都東—漢口)高速線路為研究對象，對旅客的乘車選擇偏好及選擇結(jié)果進(jìn)行問卷調(diào)查，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造旅客出行時(shí)段與乘車方式聯(lián)合選擇Nested Logit模型，最后通過參數(shù)標(biāo)定的方式量化分析乘車選擇行為的影響機(jī)理。

1 鐵路旅客出行特征分析

為分析鐵路出行旅客的出行時(shí)段和乘車方式選擇行為，對成都、重慶北、宜昌東、天門南、武漢等車站進(jìn)行調(diào)查，發(fā)放問卷950份，回收有效問卷837份，錄得837條RP樣本數(shù)據(jù)。其中，出行距離小于300 km的旅客數(shù)量N1= 209人，出行距離300 ～ 800 km的旅客數(shù)量N2= 287人，出行距離大于800 km的旅客數(shù)量N3= 341人，不同出行時(shí)段選擇各類乘車方式的旅客所占比率為在某個(gè)出行時(shí)段中選擇某種乘車方式的旅客數(shù)量與該出行距離下的旅客總數(shù)量的比值，其計(jì)算公式如下。

旅客出行時(shí)段與乘車方式選擇情況如表1所示。

由表1可知：①當(dāng)出行距離小于300 km時(shí)，由于短距離內(nèi)動(dòng)車組列車的速度優(yōu)勢并不明顯，旅客更傾向于價(jià)格較低的快速列車，且各類列車均能在3 h內(nèi)到達(dá)目的地，因而旅客在出行時(shí)段方面的選擇行為受時(shí)間的影響較小，出行較為均衡；②當(dāng)出行距離介于300 ～ 800 km之間時(shí)，由于動(dòng)車組列車的速度優(yōu)勢較為明顯，故選擇該類列車的旅客明顯增多，且多在7 : 00—15 : 00時(shí)段出行；③當(dāng)出行距離大于800 km時(shí)，旅客在選擇乘車方式及出行時(shí)段時(shí)，往往需要考慮列車運(yùn)行時(shí)間，動(dòng)車組列車在該距離的運(yùn)行時(shí)間為7 ～ 9 h，動(dòng)車組列車旅客大多偏好較早的時(shí)段，如7 : 00—11 : 00，快速列車在該距離的運(yùn)行時(shí)間為12 ～ 16 h，該類旅客更傾向于出行時(shí)段19 : 00—23 : 00，乘坐所謂的“夕發(fā)朝至”列車。

2 鐵路旅客出行選擇模型

2.1 選擇肢的劃分

鐵路旅客出行時(shí)段與乘車方式聯(lián)合選擇模型包括出行時(shí)段選擇肢與乘車方式選擇肢。

（1）出行時(shí)段選擇肢。對于絕大多數(shù)旅客而言，出行往往會(huì)避開晚間休息時(shí)間，將一天出行時(shí)段劃分為4個(gè)部分，分別為7 : 00—11 : 00，11 : 00—15 : 00，15 : 00—19 : 00，19 : 00—23 : 00。

表1 旅客出行時(shí)段與乘車方式選擇情況Tab.1 Travel time period and transport mode choice of passengers

（2）乘車方式選擇肢。在已投入運(yùn)營的滬漢蓉快速客運(yùn)通道中，動(dòng)車組列車、特快列車和快速列車是當(dāng)前最主要的3種列車，因而乘車方式選擇集合包含動(dòng)車組列車、特快列車和快速列車3個(gè)選擇肢。

2.2 模型結(jié)構(gòu)的確定

具有雙層結(jié)構(gòu)的NL模型包括乘車方式位于上層和出行時(shí)段位于上層2種不同類型。乘車方式位于上層的NL模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，出行時(shí)段位于上層的NL模型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

調(diào)查顯示，鐵路旅客在出行決策時(shí)，一般會(huì)首先選定出行的時(shí)間范圍，在此基礎(chǔ)上結(jié)合列車服務(wù)特性及個(gè)人偏好，對各種乘車方式進(jìn)行比選。因此，選擇出行時(shí)段位于上層的NL模型(出行時(shí)段—乘車方式聯(lián)合選擇模型)為模型基本結(jié)構(gòu)，研究鐵路旅客出行選擇行為。

圖1 乘車方式位于上層的NL模型結(jié)構(gòu)Fig.1 NL model structure with transport mode choice located in upper layer

圖2 出行時(shí)段位于上層的NL模型結(jié)構(gòu)Fig.2 NL model structure with travel time period located in upper layer

2.3 效用函數(shù)與選擇概率

假設(shè)Uci,n為旅客n選擇出行方案ci時(shí)產(chǎn)生的效用，根據(jù)隨機(jī)效用最大化理論，旅客n選擇出行方案的充要條件為Uci,n＞Ucj,n(cj∈I，cj≠ci)。其中，Uci,n由確定性系統(tǒng)項(xiàng)Vci,n和隨機(jī)效用誤差εci,n組成，可以表示為[9]

式中：Vci,n為效用函數(shù)，包括出行方案屬性變量和出行者特征變量的系統(tǒng)效用值；εci,n為隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)，用來描述無法觀察到的因素對出行方案效用的影響。

為便于參數(shù)標(biāo)定及結(jié)果分析，選擇線性函數(shù)作為效用函數(shù)Vci,n表達(dá)式，表示為

假定備選出行方案隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)εci,n均服從標(biāo)準(zhǔn)極值分布，則根據(jù)聯(lián)合累積分布函數(shù)可得，出行方案ci的被選概率P(ci)計(jì)算公式為

式中：P(t)為巢t的選擇概率為選擇巢t條件下第ci個(gè)出行方案的選擇概率；Vci為選擇第ci個(gè)乘車方案的效用；為選擇第cj個(gè)虛擬選擇肢的系統(tǒng)效用；Nt為出行時(shí)段巢t的選擇肢集合；Nm為動(dòng)車組、特快列車及快速列車備選方案集合；λ2為同時(shí)考慮上、下層效用的概率項(xiàng)方差相對應(yīng)的參數(shù)；λ1為只考慮下層效用的概率項(xiàng)方差相對應(yīng)的參數(shù)，通常取值為1；一般情況下，0＜λ2/λ1≤1，當(dāng)其取值為1時(shí)，模型退化為MNL模型。

3 鐵路旅客出行選擇模型參數(shù)標(biāo)定與結(jié)果分析

3.1 模型變量定義

鐵路旅客的出行時(shí)段和乘車方式選擇的影響因素類別包括旅客主體特性、出行特性及列車服務(wù)特性，其中旅客主體特性因素類別包括年齡、性別、費(fèi)用來源及月收入等具體因素，針對每個(gè)因素的取值范圍，可將其劃分為若干啞變量，各具體變量含義及取值如表2所示。

3.2 參數(shù)估計(jì)結(jié)果與分析

調(diào)用離散選擇模型分析軟件(BIOGEME)計(jì)算模型的參數(shù)，首先對下層(乘車方式選擇層)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，以動(dòng)車組列車為參照，對條件概率P(ci|t)模型的參數(shù)進(jìn)行回歸分析，乘車方式選擇層(下層)參數(shù)標(biāo)定結(jié)果如表3所示。

表2 NL模型的特型變量Tab.2 Characteristic variables of nested logit model

由統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)理論可知，若檢驗(yàn)值|t|＞1.65，且與系數(shù)值符號相同時(shí)，說明該因素對出行選擇行為產(chǎn)生影響的置信度為95%，系數(shù)值的絕對值反映了各個(gè)因素對旅客乘車選擇行為的影響程度。

表3 乘車方式選擇層(下層)參數(shù)標(biāo)定結(jié)果Tab.3 Parameter demarcating result of transport mode choice layer (lower layer)

表3中參數(shù)標(biāo)定結(jié)果表明，影響旅客乘車方式選擇的因素有出行費(fèi)用來源、月收入、出行目的及費(fèi)用消耗：①公費(fèi)出行旅客傾向于選擇動(dòng)車組，自費(fèi)出行旅客選擇傾向于特快列車和快速列車；②月收入小于2 000元的旅客不傾向于選擇動(dòng)車組和特快列車，而對于月收入超過2 000元的旅客，隨著月收入的增加，旅客選擇動(dòng)車組和特快列車的概率增加；③公商務(wù)出行旅客傾向于選擇動(dòng)車組，旅游上學(xué)務(wù)工類的旅客傾向于選擇特快列車和快速列車；④出行距離的增加，使得旅客選擇動(dòng)車組的增大；⑤隨著票價(jià)的提升，旅客選擇動(dòng)車組的概率減??；⑥對于旅客主體特性中的年齡段及性別變量，由于研究對象成渝高速鐵路成都—漢口段樣本調(diào)查及參數(shù)標(biāo)定結(jié)果顯示，2個(gè)變量的T檢驗(yàn)值均小于1.65，因而可認(rèn)為其對旅客乘車方式選擇無顯著影響。

可見，鐵路旅客乘車需求結(jié)構(gòu)會(huì)隨旅客類型發(fā)生較大的變化，對于公商務(wù)旅客較多的日常運(yùn)營階段，可以適當(dāng)增加動(dòng)車組比例，對于旅游探親、上學(xué)旅客較多的節(jié)假日運(yùn)營階段，可以適當(dāng)增加特快列車和快速列車比例。

出行時(shí)段選擇層(上層)模型參數(shù)標(biāo)定：以出行時(shí)段 1 (7 : 00—11 : 00) 為參照，對P(ci|t)模型的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，出行時(shí)段選擇層(上層)參數(shù)標(biāo)定結(jié)果如表4所示。對出行時(shí)段選擇層(上層)的影響變量

表4 出行時(shí)段選擇層(上層)參數(shù)標(biāo)定結(jié)果Tab.4 Parameter demarcating result of travel time period choice layer(upper layer)

表4中參數(shù)估計(jì)結(jié)果表明：①當(dāng)出行距離小于300 km時(shí)，旅客對于出行時(shí)段的選擇沒有明顯偏好；②當(dāng)出行距離300 ～ 800 km時(shí)，旅客傾向于選擇出行時(shí)段2、時(shí)段3，不傾向選擇出行時(shí)段4；③當(dāng)出行距離大于800 km時(shí)，旅客傾向于選擇出行時(shí)段4，不傾向選擇出行時(shí)段2、時(shí)段3；④當(dāng)列車運(yùn)行時(shí)間小于5 h時(shí)，旅客對于出行時(shí)段2、時(shí)段3的選擇沒有明顯偏好，不傾向選擇出行時(shí)段4；⑤當(dāng)列車運(yùn)行時(shí)間5 ～ 10 h時(shí)，旅客傾向于選擇出行時(shí)段2，不傾向選擇出行時(shí)段3、時(shí)段4；⑥當(dāng)列車運(yùn)行時(shí)間大于10 h時(shí)，旅客傾向于選擇出行時(shí)段4，不傾向選擇出行時(shí)段2、時(shí)段3。

可見，旅客出行時(shí)段選擇結(jié)果會(huì)隨出行距離及運(yùn)行時(shí)間發(fā)生較大的變化，這個(gè)影響對中長距離旅客而言尤為突出，因而在鐵路旅客列車運(yùn)行方案的制定與調(diào)整過程中，可將長途旅客列車安排在19 : 00—23 : 00、7 : 00—11 : 00 2個(gè)時(shí)段，將中途旅客列車安排在7 : 00—11 : 00、11 : 00—15 : 00 2個(gè)時(shí)段，短途旅客列車盡量不要安排在19 : 00—23 : 00時(shí)段。

4 結(jié)束語

旅客出行時(shí)段與乘車方式的選擇行為決定了各種交通方式的分擔(dān)率，是交通行為理論的核心問題。對鐵路旅客出行時(shí)段與乘車方式的聯(lián)合選擇行為進(jìn)行研究，可以較為準(zhǔn)確地描述鐵路旅客的出行選擇行為，有助于加強(qiáng)城市間覆蓋面日益廣闊的高速鐵路線網(wǎng)與城市內(nèi)部公共交通方式的銜接，進(jìn)一步加強(qiáng)長、短途列車分工合作，使各車次旅客列車的服務(wù)頻率盡可能地接近旅客出行的實(shí)際需要。研究旅客出行時(shí)段與乘車方式的聯(lián)合選擇行為是配合當(dāng)前城市綜合交通樞紐建設(shè)，有計(jì)劃地整合整個(gè)公共交通服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，應(yīng)進(jìn)一步結(jié)合不同等級客運(yùn)產(chǎn)品的選擇機(jī)理進(jìn)行研究，為旅客列車開行方案的制訂、調(diào)整及優(yōu)化提供參考。