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)

【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(guò)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(chē)、是否擁有自行車(chē)、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(chē)、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?lái)越傾向于在節(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(wèn)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(lái)[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(lèi)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(kāi)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(xiàn)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(guò)程中，傾向于選擇效用最大的方案，即最能滿(mǎn)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(méi)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(lèi)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(guò)程也更加復(fù)雜[12]。

2.1 建立選擇樹(shù)

根據(jù)選擇的復(fù)雜程度，按照類(lèi)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(lèi)零碳排放的出行方式和公共交通、軌道交通這類(lèi)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(chē)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(chē)4種出行方式。其中，慢行交通由步行和自行車(chē)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(xiàn)性函數(shù)[17]。假設(shè)Vin與特征變量Xin呈線(xiàn)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(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)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(guò)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(chē)、是否擁有自行車(chē))、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(chē)、公交車(chē)、地鐵和小汽車(chē)。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(chē)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(chē)、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(chē)、是否擁有自行車(chē)、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(chē)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(chē)、是否擁有自行車(chē)、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(lái)便捷，因此擁有小汽車(chē)和自行車(chē)的人在節(jié)假日出行中選擇小汽車(chē)和自行車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)、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(chē)舒適性更高，因此擁有小汽車(chē)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(guò)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．

[2]王博彬，邵春福，孫軼軒，等．多方式交通信息條件下節(jié)假日出行行為研究[J]．交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2014，14(1)：229-234．

[3]左忠義，張宏宇，雋海民．大連市風(fēng)景區(qū)節(jié)假日旅游交通特征分析[J]．大連交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31(3)： 28-32．

[4]秦茜，袁振洲，田鈞方．綠色交通理念下的慢行系統(tǒng)規(guī)劃方法研究[J]．規(guī)劃師，2012,28(增刊)：5-10．

[5]CARLSSON-KANYAMAA，LINDE′N(xiāo)AL．Travelpatternsandenvironmentaleffectsnowandinthefuture：Implicationsofdifferencesinenergyconsumptionamongsocio-economicgroups[J]．EcologicalEconomics，1999，30(3)：405-417．

[6]劉雪梅．基于綠色交通的城市居民出行方式選擇研究[D]．西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2015．

[7]王蘊(yùn)琦．城市居民綠色同行人群特征及行為轉(zhuǎn)變對(duì)策研究[D]．大連：大連理工大學(xué)，2014．

[8]陳林．基于Logit模型的成渝通道交通選擇行為研究[D]．成都：西南交通大學(xué)，2013．

[9]歐舟．城市居民出行行為及特征研究[D]．長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2012．

[10]張麗．基于出行鏈的通勤出行行為研究[D]．成都：西南交通大學(xué)，2011．

[11]薛蘭．寒地城市冬季居民出行方式劃分研究[D]．西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2015．

[12]皇甫佳群，周康，孫明潔．基于NL模型的交通方式劃分[J]．山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，19(3)：39-43．

[13]欒琨，雋志才，宗芳．通勤者出行方式與出行鏈選擇行為研究[J]．公路交通科技，2010，27(6)：107-111．

[14]王光榮．天津市發(fā)展低碳交通的綜合戰(zhàn)略[J]．天津經(jīng)濟(jì)，2010(9)：19-21．

[15]王文憲，陳釘鈞，呂紅霞，等．基于NestedLogit模型的鐵路旅客客運(yùn)產(chǎn)品選擇研究[J]．交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2015，15(4)：140-146．

[16]關(guān)宏志．非集計(jì)模型――交通行為分析的工具[M]．北京：人民交通出版社，2004．

[17]宋成舉，張亞平．基于巢式Logit模型的城市交通結(jié)構(gòu)演化建模與仿真[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版)，2015，39(2)：305-310．

[18]陳秋香．NestedLogit模型在交通出行方式選擇中的應(yīng)用[J]．甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，25(2)：133-136．

[19]姚麗亞，關(guān)宏志，嚴(yán)海．公交票價(jià)比對(duì)公交結(jié)構(gòu)的影響及方式選擇模型[J]．北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，33(8)：834-837．

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