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)交通運輸學(xué)院，北京 100044)

【交通運輸】

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)交通運輸學(xué)院，北京 100044)

針對節(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，人們越來越傾向于在節(jié)假日期間出行,但是節(jié)假日交通因需求集中、流量大和時空限制小等特點導(dǎo)致了擁堵問題日益嚴重。國內(nèi)外很多學(xué)者在節(jié)假日出行方面進行了大量研究。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]利用大量的實地調(diào)查數(shù)據(jù)分析了節(jié)假日出行者的行為特征對交通的影響。

與此同時，綠色出行對城市可持續(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]，國內(nèi)外關(guān)于綠色交通的研究文獻迅速涌現(xiàn)。Carlsson-Kanyama等[5]基于可持續(xù)交通研究了不同社會經(jīng)濟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；王蘊琦[7]利用Q方法研究了不同類型出行者對綠色出行的態(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)假日交通擁堵和評價節(jié)假日交通管理政策提供理論依據(jù)。

1 NL模型基礎(chǔ)

隨機效用理論認為效用是一個隨機變量[8],效用函數(shù)U通常由確定項V和隨機項ε兩部分組成，同時假設(shè)確定項和隨機項兩者之間呈線性關(guān)系[9]。在出行行為研究中，隨機效用理論認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；εin為出行者n選擇交通方式i的效用函數(shù)中的隨機項。

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)選擇方案互相獨立性(ⅡA特性)[11]。NL模型是一種改進的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個層次。上層是出行者對節(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的上層選擇方案個數(shù)，Rmn是出行者n結(jié)合上層的下層選擇方案的個數(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

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

(9)

對該函數(shù)的兩邊取對數(shù)，可以得到：

(10)

當(dāng)式(10)取最大值時，即可求得待估計參數(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年國慶期間進行的北京市節(jié)假日出行行為調(diào)查，經(jīng)過簡單數(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(出行時間、出行費用)。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，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)估計結(jié)果與分析

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

表3 節(jié)假日出行方式選擇模型參數(shù)估計結(jié)果

表3中的模型參數(shù)估計結(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、出行距離和出行費用對節(jié)假日出行方式選擇有顯著影響。

(1)擁有交通工具會為出行者帶來便捷，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距離出行中優(yōu)勢更大。同時，節(jié)假日期間選擇地鐵和小汽車出行所支付的費用更高。

表4 節(jié)假日綠色出行方式選擇模型參數(shù)估計結(jié)果

表4中的模型參數(shù)估計結(jié)果表明，是否擁有小汽車、是否擁有同伴和出行目的對節(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。出行目的為逛街購物的人選擇綠色出行的概率更大。

3.4 模型檢驗

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，并進行了參數(shù)估計。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，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，能夠較好地擬合調(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，深入研究變量內(nèi)在關(guān)系，進一步提高模型的解釋能力和精度。

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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

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(2012CB725403)；國家自然科學(xué)基金重點資助項目(51338008)；國家自然科學(xué)基金(51178032)

馬姝宇(1992—)，女，碩士，研究方向為交通運輸規(guī)劃與管理。E-mail：mashuyu@bjtu.edu.cn

U

A

1002-4026(2017)02-0076-06