基于前景理論與模糊綜合評價的出行方式選擇

石修路

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基于前景理論與模糊綜合評價的出行方式選擇

石修路

（西南交通大學，交通運輸與物流學院，成都 610031）

為了改進現有出行方式選擇模型，提高出行預測精準度，本文以前景理論與模糊綜合評價為基礎建立了居民出行方式選擇模型。論文從居民的選擇心理入手，確定了影響居民出行方式選擇的五個因素并以此建立評價體系。在通過模糊綜合評價對前一次出行過程進行總結的基礎上，結合居民選擇忠誠度和出行目的的多元化，以前景理論為主要方法建立費用函數，并將前一次出行費用作為參照點進行各出行方式前景值比算，從而確定當前出行方式。文章最后通過一個具體算例進行實證分析，結果表明：所建模型相對于現有的出行方式選擇模型在預測精度上有著明顯提高，且更為符合城市居民的出行習慣。

交通工程；出行方式選擇；前景理論；模糊綜合評價；忠誠度

0 引 言

居民出行行為研究是交通運輸規劃與管理的重要課題之一，它對于優化城市客運結構、制定相關政策以及緩解交通擁堵有著極其重要的意義[1]。目前針對我國城市居民出行方式選擇的研究主要以集計、非集計、前景理論等方法為主，其中殷煥煥等[2]通過構建非集計模型，證實了出行方式的選擇與個人屬性、家庭屬性和出行屬性間有著穩定聯系，通過引導調控可控因素能優化交通結構；萬霞等[3]則以出行方式選擇機制分析為基礎，確定了影響出行方式選擇的動態因素，并建立了以多項Logit模型為基礎的動態選擇模型；楊勵雅、趙鵬軍[4]在考慮偏好差異與備選方案相關性的基礎上，通過構建配對巢式Logit模型對居民出行方式選擇進行了分析刻畫；張薇[1]、米均[5]立足于前景理論，分別在雙目標條件下、單目標條件下進行出行方式前景值計算，從而確定出行方式。雖然目前有關出行方式選擇的研究在一定程度上刻畫了居民日常出行行為，但是在出行目的多元化的現狀下，出行經驗對出行行為的具體影響仍需要進一步研究。

本論文以前景理論與模糊綜合評價為基礎，針對現有研究成果的不足，突出了已有出行經驗對出行方式選擇的影響，并在綜合評價的基礎上，結合居民選擇行為忠誠度[6]進行出行方式初步判定，根據判定結果有選擇的進行出行方式前景值計算。在構建前景理論目標函數時，為了真實刻畫居民出行行為，將出行目的歸納為剛性出行與彈性出行，并針對不同目的建立相應函數。通過實證分析可知本文所建模型相對于已有研究成果更為符合居民實際選擇過程，具有一定研究意義與價值。

1 理論基礎

本文主要研究對象為城市居民，根據居民選擇行為忠誠度概念可知：在一定時間范圍內，居民選擇行為具有偏好的一致性，即對令自己滿意的選項存在主觀惰性。在此基礎上構建模型邏輯結構，如圖1所示。當居民完成第-1次出行后會對出行行為做出評價，其結果將作為第次出行的先驗信息。如果評價結果為“滿意”，則繼續選擇原出行方式出行；如果評價結果為“不滿意”，則會在排除原出行方式的前提下重新計算備選集合中各出行方式前景值并進一步判定。當備選出行方式前景值均小于0時，仍選擇原出行方式出行，否則在前景值大于0的備選集合中選擇前景值最大的出行方式出行。

圖1 邏輯結構圖

2 綜合評價模型

在評價體系構建過程中，評價指標的選擇將直接影響評價結果的合理性[7]。為了最大限度地刻畫居民出行情況，同時保證評價過程的簡便性，本文選取舒適性、可靠性、安全性、時效性以及費用等五個評價指標建立滿意度評價體系，具體結構如圖2所示。

圖2 滿意度評價體系

根據所選指標進行單因素評判，構建模糊關系矩陣如下所示：

在已知模糊評價矩陣的基礎上，對矩陣與權重向量進行合成運算，可得評判向量結果與評價結果如下：

3 前景理論模型

3.1 廣義感知費用

在居民進行出行方式選擇過程中，可通過構建廣義費用函數衡量不同出行方式的優劣。根據居民實際出行過程可知廣義費用函數由以下幾部分組成：出行資金成本、出行時間成本、懲罰成本以及擁擠附加成本。其中出行資金成本由單次出行資金與換乘資金組成；出行時間成本包含走行時間、等待時間、換乘時間以及乘車時間；懲罰成本則根據出行目的的不同構建剛性出行懲罰函數與彈性出行懲罰函數；擁擠附加成本即為擁擠狀態對居民出行所造成的額外成本費用。具體模型如下所示：

3.2 參照點選擇

由于本文結合居民選擇行為忠誠度概念進行模型邏輯架構，即僅當居民對前次出行不滿意時前景模型方能發揮作用。故選取前次出行總費用作為模型參照點，具體函數如下：

確定參照點后，為了進一步計算各出行方式前景值，需對感知費用進行“收益”與“損失”判定。即當感知費用小于參照點時為“收益”，當感知費用大于參照點時為“損失”，判定函數如下：

本研究顯示農村患者需拔除的患牙較多，且大多是殘根殘冠，問卷調查也顯示農村和城市患者在刷牙頻率、使用牙線、是否曾行口腔檢查方面差異存在統計學意義(P＜0.05)，在調查過程中了解到曾看過牙醫的農村患者即使進行口腔治療，也是因為牙齒疼痛難忍或是缺牙無法飲食而被動就診，這可能與農村患者經濟較為困難、口腔疾病的就診意識不高、很多鄉鎮基本沒有口腔醫療服務設施、基層醫療機構專業人員的治療水平和觀念比較落后有一定關系［24］。需要加強防治口腔疾病能力的建設，同時提高和加強基層口腔專業人員的意識和技術水平。

3.3 價值函數

出行者從備選集合中選擇出行方式時，需對各出行方式進行評價，計算各種備選出行方式的價值大小[8]。本文主要針對感知費用進行價值計算，公式如下：

3.4 概率權重函數

概率權重函數著重體現主觀概率是客觀概率的非線性函數，有著低估高概率事件、高估小概率事件的特點。根據Tversky和Kahneman的研究[10]得出概率權重公式如下所示：

3.5 前景值計算

本文構建了廣義感知費用函數，并選擇前次出行費用為參照點，故出行方式前景值計算時以各方式費用前景為主，計算模型如下：

如式（15）所示，在計算各出行方式前景值后，仍需要選擇前景值最大的出行方式進行驗證。若最大前景值小于0，則說明備選方式中沒有優于原出行方式的選項，故繼續選擇原出行方式出行；若最大前景值不小于0，則說明備選方式中存在優于原出行方式的選項，且選擇最大前景值所對應的出行方式出行。

4 算例分析

假定城市中某居民需要從起點O前往終點D，有四種出行方式可供選擇，分別為公交出行、自駕出行、出租車出行以及地鐵出行，出行方式結構如圖3所示。

圖3 出行方式結構

由公式（2）可得評判向量=（0.122 2，0.189 2，0.247 5，0.278 7，0.162 4），由公式（3）可知評價結果為“不滿意”。

已知居民對前次出行過程不滿意，故需要在排除方式1的前提下進行各出行方式前景值計算。方式2自駕出行其費用為15元，出行時長可靠度為0.97，選擇方式2出行時需要5 min走行時間，且出行過程中有70%的概率20 min到達終點，有30%的概率25 min到達終點，因為是自駕出行不存在空間擁擠問題，故擁擠時長等均為空；方式3出租車出行與方式2參數大體相同，其出行費用因不包含停車費10元，出行時長可靠度為0.97，選擇方式3出行需要10 min走行時間與5 min打車時間，且出行過程中有 60%的概率20 min到達終點，有40%的概率25 min到達終點，同樣不存在空間擁擠問題，故擁擠時長等亦為空；方式4地鐵出行，其費用為5元包含換乘1次的成本，地鐵運行時長固定故可靠度取1、時長為15 min，選擇方式4出行需要8 min走行時間，2 min候車時間與3 min換乘時間，因地鐵空間有限且經常發生擁擠，故需要量化擁擠所帶來的附加成本[11,12]。由small經驗結果[13]可知：早到成本系數小于出行成本系數，且出行成本系數小于晚到成本系數。但當出行目的為彈性時，早到和晚到對居民所帶來的損失具有一致性，且都高于出行成本、低于晚到成本，故成本系數分別取值0.6、1.0、1.2、1.5。

為了驗證出行目的是否會直接影響出行方式的選擇，構建兩個情景加以區分。情景1：居民7:30從起點出發通勤，被明確要求8:00到達終點，已知前次出行方式為方式1，出行費用為4元，出行總時長為35 min，且擁擠成本轉換系數為0.15，擁擠程度為6人/m2，擁擠時長10 min；情景2：居民7:30從起點出發購物，被要求7:50~ 8:00到達終點，已知前次出行方式為方式1，出行費用為4元，出行總時長為35 min，且擁擠成本轉換系數為0.15，擁擠程度為6人/m2，擁擠時長10 min。

分析可知，當居民進行通勤出行時，往往側重于出行時長穩定可靠的出行方式，相對于公交、自駕、出租車，地鐵雖然會因為擁擠而產生附加費用，但是較高的可靠性足以使其在情景1中脫穎而出；相對于通勤，購物出行在出行時長方面有著較大的彈性，因此居民在出行過程中側重的是自身感受，自駕出行相對于公交、地鐵、出租車有著較高的舒適性，因此為最佳出行方式。由此可知，出行目的的不同會直接影響出行方式的選擇。事實證明通過對前次出行進行評價并結合出行目的差異化進行出行方式的選擇更為接近真實出行情況，因此本文模型在出行方式預測方面有著較高的準確性與適用性。

5 結 論

為了提高出行預測精準度，本文以前景理論與模糊綜合評價為基礎，根據居民選擇行為忠誠度概念進行了模型邏輯構建。在對前次出行進行評價的基礎上，結合居民出行目的的差異化進行前景值計算，并以此作為出行方式選擇依據。通過算例分析可知，出行目的不同會直接影響出行方式的選擇，而本文模型相對于已有的研究成果更為注重不同出行目的下的出行方式選擇，相比較而言，有著較高的準確性與適用性。

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（中文編輯：李愈，英文審改：孫湛博）

Travel Mode Choice Based on Prospect Theory and Fuzzy Comprehensive Evaluation

SHI Xiu-lu

（School of Transportation and Logistics，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China）

The paper uses prospect theory and fuzzy comprehensive evaluation to model the mode choice behavior of everyday travelers. Five influential factors and the corresponding evaluation system are first established based on the psychology of choice. By evaluating the trip making behavior through fuzzy comprehensive evaluation, the cost function is set up based on prospect theory to capture traveler’s loyalty of choice. The travel cost is then used as a reference point to compare with the prospect result of each travel mode. The proposed method is tested using a numeric example. The results show that the proposed model has significant improvements in prediction accuracy, and it is more in line with the travel habits of urban residents.

traffic engineering; travel mode choice; prospect theory; fuzzy comprehensive evaluation; loyalty

1672-4747（2018）03-0119-06

U491

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2018.03.018

2017-04-10

石修路（1992—），男，安徽淮北人，碩士研究生，研究方向為運輸信息化。

石修路. 基于前景理論與模糊綜合評價的出行方式選擇[J]. 交通運輸工程與信息學報, 2018, 16（3）: 119-124.