李欣悅，孫云華*，艾云飛

(1.中交信息技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室有限公司，北京100028；2.中國(guó)交通通信信息中心，北京100011)

0 引言

機(jī)場(chǎng)是銜接多種運(yùn)輸方式的客、貨轉(zhuǎn)運(yùn)中心，決定著換乘旅客的出行成本和整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。但目前機(jī)場(chǎng)信息誘導(dǎo)系統(tǒng)不完善造成公共交通分擔(dān)率低、站臺(tái)排隊(duì)時(shí)間長(zhǎng)、機(jī)場(chǎng)高速擁堵等問(wèn)題，機(jī)場(chǎng)可采用VMS 為乘客提供站臺(tái)排隊(duì)和車(chē)輛到站時(shí)間等信息引導(dǎo)乘客做出最優(yōu)決策，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。因此研究不同類型出行信息對(duì)機(jī)場(chǎng)出站乘客交通方式選擇的影響對(duì)優(yōu)化樞紐信息誘導(dǎo)系統(tǒng)有重要意義。

當(dāng)前很多學(xué)者對(duì)交通信息如何影響人們交通方式的選擇行為進(jìn)行了研究。Mauro等[1]引入可能性理論模擬信息條件下駕駛員的動(dòng)態(tài)選擇行為。Paolo 等[2]研究了不同功能的ATIS(Advanced Traveler Information System)和慣性對(duì)旅行時(shí)間的影響，結(jié)果顯示，具有預(yù)測(cè)性信息的ATIS可以降低駕駛員的感知誤差。黃海軍等[3]發(fā)現(xiàn)單類別或單準(zhǔn)則模型可能會(huì)高估或低估ATIS的服務(wù)效益。侯現(xiàn)耀等[4]的研究表明，公交信息對(duì)乘客出行前行為的影響較為顯著，并且不同的公交信息對(duì)乘客出行行為的影響不同。現(xiàn)有文獻(xiàn)中關(guān)于出行信息對(duì)乘客交通行為影響的研究均是基于乘客在同一時(shí)間節(jié)點(diǎn)獲得所有信息的假設(shè)，但機(jī)場(chǎng)出站乘客在進(jìn)行交通方式選擇前利用手機(jī)查詢信息和接收到機(jī)場(chǎng)VMS 信息的時(shí)間節(jié)點(diǎn)不同，現(xiàn)有研究鮮有考慮不同類別出行信息條件下乘客的交通方式轉(zhuǎn)移問(wèn)題，以及將不同時(shí)段獲得信息數(shù)據(jù)的融合問(wèn)題。

本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，將乘客出行決策過(guò)程分為兩階段，建立多類出行信息條件下乘客出行方式選擇模型，利用全概率公式將出行信息融合，從新的視角分析多類出行信息對(duì)機(jī)場(chǎng)出站乘客交通方式選擇的影響，為改善機(jī)場(chǎng)信息系統(tǒng)提供理論支持。

1 多類信息條件下的機(jī)場(chǎng)出站乘客交通方式選擇模型

1.1 問(wèn)題描述

多類出行信息條件下機(jī)場(chǎng)出站乘客交通方式選擇分為兩階段：首先，機(jī)場(chǎng)出站乘客到達(dá)機(jī)場(chǎng)后根據(jù)個(gè)人興趣和需求，綜合考慮自身經(jīng)驗(yàn)或手機(jī)導(dǎo)航信息做出初步交通方式選擇，在這一階段，利用感知參數(shù)將自身經(jīng)驗(yàn)和手機(jī)導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建基于Mixed-Logit模型的乘客出行方式選擇模型；第2階段，乘客在機(jī)場(chǎng)內(nèi)部活動(dòng)時(shí)，若機(jī)場(chǎng)通過(guò)VMS向乘客提供更多出行信息，部分乘客受到出行信息的影響可能會(huì)改變之前的選擇，將之前獲取的信息與VMS 提供的信息融合，做出最終決策。具體流程如圖1所示。

圖1 多類出行信息條件下機(jī)場(chǎng)出站乘客交通方式選擇模型Fig.1 Selection model of airport outbound passenger traffic mode under condition of multiple types of travel information

為簡(jiǎn)化模型描述，作如下假設(shè)：

(1)所有乘客的目的地相同，即只存在一個(gè)OD 對(duì)；

(2)乘客有4 種交通方式可供選擇，軌道交通，機(jī)場(chǎng)巴士，巡游出租車(chē)，網(wǎng)約車(chē)；

(3)機(jī)場(chǎng)巴士、巡游出租車(chē)和網(wǎng)約車(chē)均需通過(guò)機(jī)場(chǎng)高速進(jìn)入市區(qū)，假設(shè)三者的路線相同；

(4)手機(jī)導(dǎo)航可以向乘客提供從機(jī)場(chǎng)到目的地各種交通方式所需要的旅行費(fèi)用、步行時(shí)間、發(fā)車(chē)間隔和車(chē)內(nèi)時(shí)間。

1.2 符號(hào)定義

模型變量和參數(shù)定義如表1所示。

表1 符號(hào)定義Table 1 Definition of symbols

1.3 乘客出行成本函數(shù)

根據(jù)現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，影響乘客交通方式選擇的因素主要是出行費(fèi)用和時(shí)間，但乘客對(duì)出行時(shí)間中包含的步行時(shí)間、等車(chē)時(shí)間和車(chē)內(nèi)時(shí)間敏感度不同[4]，除此之外，機(jī)場(chǎng)出站乘客與通勤出行乘客不同，大部分乘客攜帶行李，對(duì)車(chē)內(nèi)舒適度要求較高[9]，為提高預(yù)測(cè)精度，將出行費(fèi)用、步行時(shí)間、等車(chē)時(shí)間、車(chē)內(nèi)時(shí)間和車(chē)內(nèi)舒適度作為特性變量，根據(jù)軌道交通和機(jī)場(chǎng)巴士的容量約束計(jì)算這兩種交通方式的等車(chē)時(shí)間，即

根據(jù)排隊(duì)論公式[5]計(jì)算巡游出租車(chē)和網(wǎng)約車(chē)等車(chē)時(shí)間，即

式中：μk2為單位時(shí)間到達(dá)的乘客數(shù)；λk2為單位時(shí)間上車(chē)的乘客數(shù)。

利用BPR函數(shù)表示機(jī)場(chǎng)巴士、巡游出租車(chē)和網(wǎng)約車(chē)的路上擁堵時(shí)間，即

式中：C0為機(jī)場(chǎng)高速原有斷面流量；t0為自由流的行駛時(shí)間；C為機(jī)場(chǎng)高速的通行能力；a和b為模型待定參數(shù)；q3為選擇巡游出租車(chē)的乘客數(shù)；q4為選擇網(wǎng)約車(chē)的乘客數(shù)。

根據(jù)車(chē)內(nèi)乘客數(shù)與車(chē)內(nèi)容量的比值將車(chē)內(nèi)舒適度量化，即

式中：Lk2為軌道交通座位數(shù)。

1.4 機(jī)場(chǎng)出站乘客初始交通方式選擇模型

機(jī)場(chǎng)出站乘客交通方式選擇的主要影響因素是乘客個(gè)人屬性和出行方式屬性，Mixed-Logit 模型可以通過(guò)待估參數(shù)向量的不同分布狀況表現(xiàn)不同屬性乘客的喜好特點(diǎn)，因此本文利用Mixed-Logit模型描述乘客初步交通方式選擇情況。出行方式屬性包括乘客到達(dá)機(jī)場(chǎng)時(shí)根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)或手機(jī)導(dǎo)航獲得各種交通方式的費(fèi)用、步行時(shí)間和路上時(shí)間信息，根據(jù)這些影響因子構(gòu)建各交通方式效用函數(shù)為

交通方式k的感知效用函數(shù)為

根據(jù)Mixed-Logit公式得到乘客初步交通方式選擇結(jié)果為

Mixed-Logit 模型的選擇概率可以看作Logit模型選擇概率的加權(quán)平均值，權(quán)重由分布密度函數(shù)決定，向量β1為效用函數(shù)中的待估參數(shù)向量，ρ1為密度函數(shù)的未知特征參數(shù)，θ1為感知參數(shù)。

1.5 VMS信息條件下機(jī)場(chǎng)出站乘客交通方式轉(zhuǎn)移模型

乘客在第1階段做出初始交通方式選擇后，若提供VMS，則乘客首先需要確定是否改變之前的方式選擇，若改變，需確定乘客向其他交通方式轉(zhuǎn)移的概率，機(jī)場(chǎng)出站乘客交通方式轉(zhuǎn)移過(guò)程如圖2所示。以初步交通方式選擇為軌道交通出行的乘客為例，從圖2可以發(fā)現(xiàn)，乘客第2階段的方式轉(zhuǎn)移是雙層結(jié)構(gòu)，對(duì)于選擇軌道交通的乘客而言，機(jī)場(chǎng)巴士、巡游出租車(chē)和網(wǎng)約車(chē)存在相似特征，故乘客在第1 階段沒(méi)有選擇這3 種方式。由于傳統(tǒng)多項(xiàng)Logit 模型具有非相關(guān)選擇方案的相互獨(dú)立特性(IIA 特性)，故選擇方案重合部分較多時(shí)，應(yīng)選擇巢式Logit模型研究出行方式轉(zhuǎn)移行為。

圖2 機(jī)場(chǎng)出站乘客交通方式轉(zhuǎn)移過(guò)程Fig.2 Transfer process of airport outbound passenger traffic mode

假設(shè)VMS 向乘客提供站臺(tái)等車(chē)時(shí)間、高速擁堵時(shí)間和車(chē)上擁擠度信息，根據(jù)這些因素構(gòu)建基于VMS信息的效用函數(shù)為

式中：Xn為VMS 提供的影響因素變量向量，為高速擁堵時(shí)間；βn為Xn所對(duì)應(yīng)的待估參數(shù)向量，為待估參數(shù)。

在機(jī)場(chǎng)設(shè)置VMS向乘客提供機(jī)場(chǎng)高速擁堵時(shí)間、各站臺(tái)等車(chē)時(shí)間和車(chē)內(nèi)擁擠度信息，將其作為影響因子構(gòu)建選擇枝的效用函數(shù)為

式中：i為選擇枝，i=1 為軌道交通，i=2 為機(jī)場(chǎng)巴士，i=3 為巡游出租車(chē)，i=4 為網(wǎng)約車(chē)。

乘客選擇虛擬選擇枝的概率為

結(jié)合式(9)～式(14)，得到各選擇枝的選擇概率為

根據(jù)全概率公式計(jì)算發(fā)生交通方式轉(zhuǎn)移后各交通方式分擔(dān)率為

2 算法

多類出行信息條件下機(jī)場(chǎng)出站乘客交通方式選擇第1階段運(yùn)用Mix-Logit模型，第2階段利用巢式Logit 模型計(jì)算乘客交通方式轉(zhuǎn)移概率。因此，求解該模型首先需要將蒙特卡洛方法和連續(xù)平均法[6](MSA)結(jié)合，產(chǎn)生初始交通方式選擇結(jié)果；然后，改進(jìn)連續(xù)平均法求解巢式Logit模型；最后利用全概率公式將兩階段數(shù)據(jù)融合，得到各交通方式分擔(dān)率。算法求解框架如圖3所示。

圖3 算法框架Fig.3 Algorithm framework

3 算例

3.1 算例背景及參數(shù)賦值

算例以首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)T2 航站樓為起點(diǎn)，東直門(mén)為終點(diǎn)，假設(shè)乘客總數(shù)為500人，可選4種交通方式成本如表2所示。經(jīng)調(diào)查，巡游出租車(chē)和網(wǎng)約車(chē)的平均費(fèi)用分別為66 元和63 元，載客量為1.5 人·車(chē)-1，則每位乘客需要支付的費(fèi)用分別為44 元和42 元。參考文獻(xiàn)[7]，乘客對(duì)時(shí)間和費(fèi)用的感知價(jià)值參數(shù)假設(shè)如表3所示。

表2 不同交通方式所需的時(shí)間及費(fèi)用Table 2 Time and cost for different traffic mode

表3 乘客特性變量參數(shù)Table 3 Parameter of passenger characteristic variables

軌道交通和機(jī)場(chǎng)巴士容量有限，當(dāng)選擇軌道交通和機(jī)場(chǎng)巴士的人數(shù)超過(guò)車(chē)內(nèi)容量時(shí)，部分乘客需要等待下一輛車(chē)，假設(shè)軌道交通到達(dá)T2 航站樓時(shí)車(chē)內(nèi)有200人，定員922人，座位數(shù)為216，機(jī)場(chǎng)巴士定員50 人。根據(jù)文獻(xiàn)[8]?？稍O(shè)BPR 函數(shù)中a=0.71，b=1.5，C=3600 pcu·h-1。根據(jù)調(diào)查，得到乘客在站內(nèi)等待巡游出租車(chē)和網(wǎng)上排隊(duì)約車(chē)的時(shí)間分別為

不同VMS的信息內(nèi)容如表4所示。

表4 不同VMS信息內(nèi)容Table 4 Information content of different VMS

3.2 參數(shù)敏感度分析

乘客對(duì)實(shí)際旅行時(shí)間的感知情況主要由信息的質(zhì)量決定，信息質(zhì)量越高，乘客對(duì)實(shí)際旅行時(shí)間的感知越準(zhǔn)確，感知參數(shù)越大[2]。根據(jù)模型和算法計(jì)算得到不同出行信息條件下乘客的交通方式選擇和系統(tǒng)運(yùn)行效率隨信息質(zhì)量變化的情況，如圖4和圖5所示。

從圖4 可以看出，提供VMS4信息的情況下選擇巡游出租車(chē)和網(wǎng)約車(chē)的乘客數(shù)最少，隨著θ1和θ2的增加，選擇巡游出租車(chē)和網(wǎng)約車(chē)的乘客數(shù)逐漸減少。根據(jù)以上分析可知，當(dāng)信息質(zhì)量足夠高時(shí)，等車(chē)時(shí)間、路上擁堵時(shí)間和車(chē)上擁擠度信息結(jié)合的情況下，公共交通分擔(dān)率最高，與無(wú)VMS信息的情況相比，公共交通利用率提高了3%。

圖4 不同信息條件下乘客交通方式選擇隨信息質(zhì)量變化情況Fig.4 Changes of passenger traffic mode selection with information quality under different information conditions

圖5 對(duì)比有無(wú)VMS 信息的情況發(fā)現(xiàn)，提供VMS信息的情況下乘客出行時(shí)間少于未提供VMS信息的情況。當(dāng)θ1=1，θ2=1時(shí)，提供VMS1的情況下乘客的平均步行時(shí)間最短，與無(wú)VMS 信息的情況對(duì)比，步行時(shí)間縮短了15.5%。提供VMS4的情況下乘客平均等車(chē)時(shí)間和旅行時(shí)間最短，相比于無(wú)VMS的情況等車(chē)時(shí)間縮短了17.9%，總旅行時(shí)間縮短了13.8%。提供VMS2的情況下路上擁堵時(shí)間最短，與無(wú)VMS信息的情況相比縮短了16.1%。根據(jù)以上分析可知，當(dāng)信息質(zhì)量足夠高時(shí)，等車(chē)時(shí)間、路上擁堵時(shí)間和車(chē)上擁擠度信息結(jié)合可以使乘客等車(chē)時(shí)間和旅行時(shí)間最短，有效緩解站臺(tái)擁堵，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

圖5 不同信息條件下乘客出行時(shí)間隨信息質(zhì)量變化情況Fig.5 Changes of passenger travel time with information quality under different information conditions

3.3 道路擁擠程度分析

從圖6可以發(fā)現(xiàn)，提供VMS2、VMS3和VMS4信息的情況下，隨著道路擁堵?tīng)顩r變化各交通方式分擔(dān)率變化較大，隨著路上擁堵?tīng)顩r加劇，選擇軌道交通的乘客數(shù)逐漸增多，選擇機(jī)場(chǎng)巴士、巡游出租車(chē)和網(wǎng)約車(chē)的乘客數(shù)逐漸減少。由此可見(jiàn)，道路擁堵信息的提供有利于提高軌道交通分擔(dān)率，且道路擁堵越嚴(yán)重，道路擁堵信息對(duì)乘客交通方式選擇的影響越大。

圖6 不同信息條件下各交通方式分擔(dān)率隨道路擁堵?tīng)顩r的變化情況Fig.6 Change of traffic sharing rate with road congestion under different information conditions

3.4 交通需求敏感度分析

從圖7 可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)VMS 情況下，軌道交通分擔(dān)率最高，機(jī)場(chǎng)巴士分擔(dān)率最低。獲得VMS 信息的情況下，當(dāng)交通需求低于500 人時(shí)，機(jī)場(chǎng)巴士分擔(dān)率隨交通需求的增加逐漸增加；交通需求量超過(guò)500 人時(shí)，機(jī)場(chǎng)巴士分擔(dān)率隨需求量的增加而減少。根據(jù)以上分析發(fā)現(xiàn)，交通需求較小的情況下提供VMS信息有利于提高機(jī)場(chǎng)巴士利用率。

圖7 不同信息條件下各交通方式分擔(dān)率隨交通需求的變化情況Fig.7 Change of share rate of different traffic modes with traffic demand under different information conditions

4 結(jié)論

本文構(gòu)建多類出行信息條件下機(jī)場(chǎng)出站乘客交通方式選擇模型研究4 類出行信息對(duì)乘客交通方式選擇的影響，并對(duì)感知參數(shù)、道路擁擠度和交通需求進(jìn)行敏感度分析。結(jié)果表明，提供等車(chē)時(shí)間、道路擁堵時(shí)間和車(chē)內(nèi)擁擠度信息的情況下，站臺(tái)擁堵時(shí)間最短，系統(tǒng)運(yùn)行效率最高。道路擁堵越嚴(yán)重，路上擁堵時(shí)間信息的提供對(duì)乘客的交通方式選擇影響越大，建議提供準(zhǔn)確的道路擁堵時(shí)間，引導(dǎo)乘客選擇公共交通出行，緩解道路交通壓力。交通需求較小的情況下，提供VMS 信息有利于提高機(jī)場(chǎng)巴士利用率，但是機(jī)場(chǎng)巴士發(fā)車(chē)間隔大，在交通需求較大的情況下，乘客因等車(chē)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而放棄選擇機(jī)場(chǎng)巴士出行，因此提供等車(chē)時(shí)間和道路擁堵時(shí)間信息，并縮短機(jī)場(chǎng)巴士發(fā)車(chē)間隔有利于吸引乘客選擇機(jī)場(chǎng)巴士，對(duì)提高機(jī)場(chǎng)巴士利用率有重要意義。