城市青年公共交通出行者出行體能消耗定量測度及分析*

洪鑫，孟令云，安健，郭子渝

（1.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044；2.北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044；3.北京交通發(fā)展研究中心，北京 100073）

城市青年公共交通出行者出行體能消耗定量測度及分析*

洪鑫1，孟令云2，安健3，郭子渝1

（1.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044；2.北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044；3.北京交通發(fā)展研究中心，北京 100073）

出行者出行過程中的體能消耗對(duì)其出行選擇行為具有重要影響。文中綜合考慮交通方式、性別、乘車姿勢、負(fù)重情況及擁擠程度，利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法確定16種試驗(yàn)場景，隨機(jī)抽取20名被試驗(yàn)人員（青年），選擇北京居民出行具有代表性的OD即西直門—清河，使用Polar心律儀對(duì)出行者出行體能消耗進(jìn)行定量測度，通過分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出不同因素與出行體能消耗之間的定性關(guān)系，為研究出行選擇行為理論和方法提供支撐，并為改善公交服務(wù)質(zhì)量和優(yōu)化城市出行結(jié)構(gòu)提供參考依據(jù)。

城市交通；公共交通；體能消耗；青年；出行選擇行為

出行者在出行過程中需不斷消耗體能以維持基本的生理代謝并使活動(dòng)持續(xù)進(jìn)行。當(dāng)體能消耗達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)感到疲勞、局部不適等，這一感受必然驅(qū)使其回避高體能消耗方案，而選擇更為輕松、舒適的出行方案。因此，出行者在出行過程中隱含的生理因素對(duì)其出行選擇行為具有重要影響。

自20世紀(jì)80年代初開始，交通運(yùn)輸領(lǐng)域開始重視對(duì)出行者生理、心理狀態(tài)的研究，并認(rèn)識(shí)到其對(duì)出行選擇行為具有重要影響。最初國外專家主要研究車輛振動(dòng)、行駛條件及駕駛姿勢等因素對(duì)駕駛員身體疲勞程度及心理緊張程度的影響。隨著研究的深入與技術(shù)的發(fā)展，人們開始關(guān)注同為交通參與者的乘客在交通出行過程中的疲勞程度、體能消耗及主觀感受。上述研究雖然涉及到出行行為主體生理、心理狀態(tài)對(duì)其出行行為的影響，但研究對(duì)象多是駕駛員，有關(guān)乘客的研究較少。雖有一些學(xué)者提出考慮時(shí)間、成本及體能消耗三者的出行選擇行為，但研究其出行過程中體能消耗定量測度及不同因素對(duì)出行體能消耗影響的相關(guān)文獻(xiàn)并不多見。該文選取北京居民具有代表性的出行OD，測定不同出行狀態(tài)下出行者體能消耗，分析不同因素對(duì)其體能消耗的影響，為出行選擇行為理論和方法研究及改善公交服務(wù)質(zhì)量提供依據(jù)，使城市綜合交通系統(tǒng)更加以人為本。

1 出行者出行體能消耗定量測度

1.1試驗(yàn)方法

在OD相同的情況下，選取影響出行者出行體能消耗（下文簡稱“能耗”）且便于試驗(yàn)實(shí)際操作控制的典型因素，綜合考慮出行方式、性別、負(fù)重情況、乘車姿勢及擁擠程度5種因素，利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，將性別、負(fù)重情況、乘車姿勢、擁擠程度4個(gè)因素放進(jìn)L8（27）正交表中，將設(shè)計(jì)出來的場景均用公交和地鐵兩種不同出行方式進(jìn)行試驗(yàn)，得到16種試驗(yàn)場景。招募被試驗(yàn)人員，要求其按要求完成相應(yīng)試驗(yàn)場景的出行能耗測定。收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析各影響因素與出行者單位分鐘出行能耗之間的關(guān)系，結(jié)合出行時(shí)間，分析各影響因素與出行者總出行能耗之間的關(guān)系。

1.2試驗(yàn)對(duì)象

選擇北京居民具有代表性的出行OD即西直門—清河，以632路公共汽車（西直門至清河北區(qū)段）和地鐵13號(hào)線（西直門至西二旗區(qū)段）作為開展試驗(yàn)的基本線路。通過預(yù)試驗(yàn)實(shí)地考察，選擇周一至周五10：00—12：00及14：00—16：00作為出行狀態(tài)為不擁擠時(shí)的試驗(yàn)時(shí)間、18：00—20：00作為出行狀態(tài)為擁擠時(shí)的試驗(yàn)時(shí)間。在北京地區(qū)從青年出行群體中隨機(jī)抽取20名被試驗(yàn)人員（參考既有的相關(guān)研究，確定試驗(yàn)樣本量為20），其中男性10人、女性10人，其各項(xiàng)生理指數(shù)均在正常范圍內(nèi)（見表1）。

表1　被試驗(yàn)人員的基本信息

1.3試驗(yàn)過程

試驗(yàn)中，被試驗(yàn)人員佩戴Polar心率儀的心率信號(hào)發(fā)生裝置，嚴(yán)格按照試驗(yàn)要求，在指定時(shí)間內(nèi)完成各試驗(yàn)場景的能耗測定，并填寫試驗(yàn)記錄表格。每種試驗(yàn)場景分別進(jìn)行10次獨(dú)立試驗(yàn)，其中男女被試驗(yàn)人員各有8種試驗(yàn)場景。共收集到200余條試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

被試驗(yàn)人員是從青年出行群體中隨機(jī)抽取的，具有一定的容量和代表性，可以由樣本來了解總體，每種試驗(yàn)場景下各試驗(yàn)人員的平均能耗（見表2）可反映城市青年交通出行者在該出行狀態(tài)下的平均能耗水平。

表2　各試驗(yàn)場景下的數(shù)據(jù)范圍及平均體能消耗

對(duì)被試驗(yàn)人員進(jìn)行編號(hào)，其中ID1～10為女性被試驗(yàn)者，ID11～20為男性被試驗(yàn)者。圖1～4為試驗(yàn)結(jié)果。

圖1　不同女性被試驗(yàn)者的試驗(yàn)結(jié)果

圖2　不同男性被試驗(yàn)者的試驗(yàn)結(jié)果

從表2及圖1～4可看出：試驗(yàn)場景9～16的能耗平均值普遍高于試驗(yàn)場景1～8，前者約為后者的1.28倍，這兩種試驗(yàn)場景的最大區(qū)別在于性別，可見男性出行者的出行能耗普遍高于女性出行者。試驗(yàn)場景1～4與試驗(yàn)場景5～8的能耗差別不大，說明對(duì)于女性被試驗(yàn)者，公交出行與地鐵出行需要的能耗基本相同；但試驗(yàn)場景9～12與試驗(yàn)場景13～16的能耗差別較大，說明對(duì)于男性被試驗(yàn)者，地鐵出行帶來的能耗比公交出行高。將試驗(yàn)場景1、2與3、4對(duì)比，5、6與7、8對(duì)比，9、10與11、12對(duì)比，13、14與15、16對(duì)比，前者的能耗均比后者的低，說明出行者乘車姿勢為坐著時(shí)的出行能耗比站立時(shí)的低，且男性試驗(yàn)者的差異更顯著。

圖3　不同試驗(yàn)場景下女性被試驗(yàn)者的試驗(yàn)結(jié)果

圖4　不同試驗(yàn)場景下男性被試驗(yàn)者的試驗(yàn)結(jié)果

考慮上述影響出行者出行能耗的因素制定因子水平表（見表3），利用極差分析法對(duì)被試驗(yàn)人員單位分鐘出行體能消耗進(jìn)行分析，結(jié)果見表4。

表3　因子水平表

表4　極差分析結(jié)果

為進(jìn)一步確定各因子的顯著性水平，利用SPSS對(duì)被試驗(yàn)人員單位分鐘出行能耗進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表5。

表5　顯著性分析結(jié)果

確定顯著性水平α為0.05，若影響因素的顯著性概率p值大于α，則認(rèn)為其對(duì)觀測變量沒有顯著影響；反之，則認(rèn)為其對(duì)觀測變量有顯著影響。從表5可見，交通方式、負(fù)重情況和擁擠程度對(duì)單位分鐘出行能耗沒有顯著影響，乘車姿勢和性別對(duì)其有顯著影響。

同理，對(duì)各因素對(duì)被試驗(yàn)人員出行總能耗進(jìn)行顯著性分析，發(fā)現(xiàn)負(fù)重情況對(duì)出行總能耗沒有顯著影響，交通方式、性別、乘車姿勢及擁擠程度對(duì)其有顯著性影響，各因素影響程度的主次順序?yàn)榻煌ǚ绞健⒊塑囎藙荨⑿詣e、擁擠程度、負(fù)重情況。交通方式的影響程度明顯提高，主要是由于出行者選擇不同交通方式的出行時(shí)間有很大差異，造成出行總能耗差異較大。

此外，分別對(duì)出行者身高及體重與出行能耗進(jìn)行相關(guān)分析，所得相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值均小于0.3，說明身高及體重與出行者出行能耗沒有相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)論

（1）同一試驗(yàn)者在不同試驗(yàn)場景中的出行體能消耗差異較大，不同試驗(yàn)者在同一試驗(yàn)場景中的出行體能消耗差異也較大，說明出行狀態(tài)及出行者自身?xiàng)l件都會(huì)對(duì)出行體能消耗產(chǎn)生一定影響。

（2）對(duì)于女性出行者，地鐵出行與公交出行的單位分鐘體能消耗差別不大；對(duì)于男性出行者，地鐵出行的單位分鐘體能消耗比公交出行的高。

（3）男性出行者出行體能消耗普遍高于女性出行者。

（4）出行者乘車姿勢為坐著時(shí)的體能消耗普遍低于乘車姿勢為站立時(shí)。

（5）綜合考慮交通方式、負(fù)重情況、乘車姿勢及擁擠程度4種影響出行體能消耗因素的最優(yōu)水平，確定公交、無負(fù)重、坐著、不擁擠為最優(yōu)出行狀態(tài)，該出行狀態(tài)下的單位分鐘體能消耗最低。

（6）從出行者單位分鐘出行體能消耗角度分析，交通方式、負(fù)重情況和擁擠程度對(duì)其沒有顯著影響，乘車姿勢和性別對(duì)其有顯著影響，各因素影響程度的主次順序?yàn)槌塑囎藙荨⑿詣e、交通方式、負(fù)重情況、擁擠程度。

（7）從出行者出行總體能消耗角度分析，負(fù)重情況對(duì)其沒有顯著影響，交通方式、性別、乘車姿勢及擁擠程度對(duì)其有顯著影響，各因素影響程度的主次順序?yàn)榻煌ǚ绞健⒊塑囎藙荨⑿詣e、擁擠程度、負(fù)重情況。與各因素對(duì)單位分鐘出行體能消耗的顯著性比較，交通方式的顯著性明顯增加，主要是因?yàn)檫x擇不同交通方式的出行時(shí)間有很大差異，造成出行總體能消耗差異很大。

（8）出行者身高及體重與出行者單位分鐘出行體能消耗之間沒有相關(guān)性。

上述研究可為建立考慮體能消耗的交通出行方式選擇模型，提高出行方式選擇預(yù)測精度奠定基礎(chǔ)，同時(shí)可為公共交通分擔(dān)率隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)、服務(wù)供給、外界環(huán)境等因素的演化規(guī)律提供微觀理論解釋，并為相關(guān)政策（如公交票制票價(jià)、道路擁堵收費(fèi)、機(jī)動(dòng)車保有與使用政策及停車收費(fèi)等）的論證與制定提供科學(xué)依據(jù)。

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U491.2

A

1671-2668（2016）05-0049-04

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（71571012；71501014）；北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（9144032）

2016-02-23