考慮舒適度因素的出行價值模型

張衛(wèi)華，劉冉冉，顏 鵬，黃志鵬

(合肥工業(yè)大學 汽車與交通工程學院，安徽 合肥 230009)

0 引言

隨著我國城市化水平的高速增長，人們生活水平不斷提高，對衣、食、住、行也產(chǎn)生新要求。在交通方面，出行者除了考慮出行的時間和費用，對舒適度的要求也越來越高。更加符合當代出行者價值評判標準的出行價值模型，能更好地分析出行者的出行行為，以便對交通規(guī)劃和管理提供理論支撐。

一般的出行價值分析方法主要考慮行程時間價值，在行程時間價值方面，目前國內(nèi)外有較多研究。1965年Becker首次提出在出行行為分析中研究時間價值的思想，并提出基于微觀經(jīng)濟學的時間配置理論[1]。20世紀70年代后，非集計模型和效用最大化理論成為計算時間價值的主要方法，90年代后又逐步拓展到對時間價值影響因素和政策評價等方面的研究。Bank應(yīng)用二項Probit模型，計算出行時間價值分布[2]。我國學者對出行時間價值的研究始于20世紀80年代中期，較多采用生產(chǎn)法、收入法等傳統(tǒng)計算方法。時間價值即指由于時間的推移而產(chǎn)生效益增值量和由于時間的非生產(chǎn)性消耗造成的效益損失量的貨幣表現(xiàn)[3]。通常認為：個人所節(jié)約的時間價值的大小，與他為了節(jié)約時間而愿意支付的費用相等[4]。

影響出行價值的因素很多，如時間、費用、安全、舒適、便捷等，以往關(guān)于出行價值的研究多主要考慮時間和費用兩個因素[5-6]，隨著出行者對出行質(zhì)量的要求不斷提高，出行的舒適程度、行程時間可靠性等對出行行為的影響越發(fā)明顯。在出行舒適度研究方面，主要是在研究出行方式選擇時，將舒適度作為影響因素進行定性考慮[7-8]。由于舒適度是一種主觀感受，難以直接測量，因此針對舒適度的量化研究較少[9-11]。在定量研究主觀感受方面，韓艷等使用意愿調(diào)查法研究了景區(qū)游客擁擠感知，構(gòu)建了基于排序logit的擁擠感知度模型，對研究出行舒適度價值有一定參考意義[12-13]。

本研究在研究出行價值模型中，在時間、費用兩個因素的基礎(chǔ)上，增加對舒適度的考量，構(gòu)造考慮舒適度的出行價值模型，采用排序選擇模型來分析出行舒適度，進而構(gòu)造考慮行程時間、出行費用和舒適度的出行價值模型，從定量分析的角度討論舒適度對出行行為的影響，對交通管理與交通規(guī)劃有一定的參考意義[14]。

1 出行價值模型

在分析出行者的一次出行行為時，通常考慮的價值因素包括行程時間和出行費用[15]。在進行出行價值模型的構(gòu)建過程中，采用與時間價值等同的貨幣價值來表示總體費用，如王濤基于工資法提出了一種出行時間價值的計算模型[16]。這類方法與經(jīng)濟領(lǐng)域中廣義成本的構(gòu)建類似，其共性是把時間價值與出行費用相互轉(zhuǎn)換，形成一種同單位量級的價值，從而進行統(tǒng)一計算。因此借鑒廣義成本的概念，考慮行程時間價值、出行費用價值和舒適度價值3種因素，出行者一次出行的總價值c可表示為：

c=u1ω1c1+u2ω2c2+u3ω3c3,

(1)

式中，c1為行程時間價值；c2為出行費用價值；c3為舒適度價值；u1，u2，u3分別為行程時間、出行費用、舒適度3種因素的價值系數(shù)，且滿足u1+u2+u3=1；ω1，ω2，ω3分別為每種因素對應(yīng)的約束參數(shù)，用于單位變換。考慮到人們出行習慣，把出行時間價值換算為以min為尺度的量，這里取行程時間價值約束參數(shù)ω1=1/60(s-1)；出行費用價值約束參數(shù)ω2=1；舒適度價值約束參數(shù)ω3=1。

行程時間價值采用預(yù)期行程時間vt0與實際行程時間t差值表示，即c1=t0-t；出行費用價值采用預(yù)期出行費用m0與實際出行費用m差值表示，即c2=m0-m；舒適度價值采用實際舒適度f與預(yù)期舒適度f0差值表示，即c3=f-f0。

出行者對于行程時間、出行費用和舒適度3種價值大小在很大程度上是一種主觀的判斷，因此采用主觀賦權(quán)評估法，使用最常用的層次分析法(AHP)來確定3種出行感知價值的價值系數(shù)。AHP方法主要是通過專家打分的方法將各要素之間相互比較，根據(jù)兩兩之間的重要程度賦予分值(1～9分)，重要的一方獲得相應(yīng)的分數(shù)，另一方獲得相應(yīng)分數(shù)的倒數(shù)。

根據(jù)表1對3種價值的單位價值進行判斷，從而構(gòu)造判斷矩陣，且當判斷矩陣滿足一致性檢驗指標時，可以得出每種因素的價值系數(shù)。

表1 判斷矩陣標度Tab.1 Judgment matrix scales

2 基于排序選擇模型的舒適度價值分析

2.1 舒適度價值模型構(gòu)建

本研究參考已有研究，采用如下出行舒適度定義：由于舒適性、方便性、安全性、自由性以及體力消耗等因素的綜合作用而使出行者在出行過程中感知到的舒適程度[17]。舒適度與行程時間和出行費用價值不同，出行舒適度難以直接測量，實際上是出行者對出行狀態(tài)的感受，可以當作一種出行服務(wù)的服務(wù)水平，因此可以通過意愿調(diào)查法調(diào)查出行者對不同出行方式、不同行程時間的舒適度認知。當離散選擇模型的主體的選擇是具有排序特征的時候，用序列1，2，3…來表示，這種選擇變量作為被解釋變量的模型被稱為排序選擇模型。實際觀察到樣本n(n=1，2，…，N)所選擇的選項(即被解釋變量Yn)是離散數(shù)據(jù)，在隨機效用理論中，通常將其效用Un分為隨機變化部分(概率項)εn和非隨機變化部分(固定項)Vn，并假設(shè)它們呈線性關(guān)系。

Un=Vn+εn。

(2)

通過舒適度分級，使舒適度具有排序特征，可以采用排序選擇模型對舒適度進行建模。分析出行者對出行舒適度的感知過程，可以發(fā)現(xiàn)出行方式的選擇結(jié)果并不是影響舒適度感知的唯一外因，如：出行者選擇步行作為出行方式，然而步行時間的長短會影響其對出行舒適度的感知，步行時間過長，會嚴重降低出行者的出行體驗。

因此，選擇性別、年齡、出行方式和行程時間4個因素作為舒適度選擇的影響變量，則效用函數(shù)的固定項為：

(3)

式中，Xnk(k=1，2，3，…，K)分別為性別、年齡、出行方式、行程時間等多種影響變量；ak(k=1，2，3，…，K)為各個影響變量的系數(shù)，屬于待估參數(shù)。

根據(jù)排序選擇模型基本理論，當研究對象面臨的多個選擇結(jié)果(即被解釋變量Yn)之間存在著一定的排序特征，研究對象會優(yōu)先選擇其中某一個，若用概率表示，即選擇該結(jié)果的概率最大。以舒適程度作為被解釋變量，將舒適度分為J個等級，當Yn=1時，表示出行者在該情況下出行感受到的舒適度最低；當Yn=J時，表示出行者面臨該種狀況出行其感受到的舒適度最高。眾所周知，出行方式和行程時間會影響出行者對舒適度的感受程度，并且通常認為個體屬性對主觀感受有一定的影響，因此在考慮出行方式和行程時間的基礎(chǔ)上，為簡化分析，只加入個體屬性中的性別、年齡兩個影響較大的因素，將上述4個因素作為舒適度選擇的影響變量，按照常用的舒適度分級方法，將舒適度定義為1-9個等級，1表示最不舒適，9表示最舒適，選取合肥市某小區(qū)及該小區(qū)附近居民為調(diào)查對象，共回收有效問卷197份。則解釋變量Yn可表示為：

(4)

將性別、年齡、出行方式和行程時間4種影響因素按照相應(yīng)等級劃分，分析小汽車、公交車、自行車和步行4種出行方式的舒適度特征，可以設(shè)置模型影響變量如表2所示。

表2 排序選擇模型參數(shù)設(shè)置Tab.2 Parameter setting for ordered choice model

根據(jù)表2潛變量(效用函數(shù))表達式為：

(5)

式中,Xnk(k=1，2，…，14)為樣本n的第k個影響變量；ak(k=1，2，…，14)為樣本n的第k個影響變量系數(shù)。

2.2 模型標定

對排序選擇模型進行參數(shù)標定時需要針對每種變量設(shè)置對照組，對照變量的系數(shù)為0，以各類變量最后一個作為對照組，則a2=a6=a10=a14=0。對數(shù)據(jù)進行排序Logistic回歸(Ordered Logistic Regression)，得到參數(shù)初步標定結(jié)果如表3所示。

表3 排序Logistic回歸參數(shù)初步標定結(jié)果Tab.3 Preliminary calibrated values of ordered Logistic regression parameters

由表3可知，性別、年齡因素的P值較高，為不顯著因素，因此排除性別、年齡因素重新進行排序Logistic回歸，得到參數(shù)標定結(jié)果如表4所示。

表4 排序Logistic回歸參數(shù)標定結(jié)果Tab.4 Calibrated values of ordered Logistic regression parameters

由表4可以看出，擬合優(yōu)度McFaddenR2為0.298 0，似然比統(tǒng)計量為625.62，說明模型精確度較高[18]。出行方式和行程時間類型變量的相伴概率均小于0.05，說明此類變量對舒適度選擇結(jié)果具有顯著影響。

根據(jù)模型參數(shù)標定結(jié)果，可以計算出不同交通方式、不同行程時間對應(yīng)的舒適度選擇概率分布如圖1所示。

圖1 舒適度選擇概率分布Fig.1 Probability distribution of comfort selection

圖1(a)為選擇小汽車出行的舒適度分布，當行程時間為0～15 min時，小汽車出行的舒適度最高值為9，選擇比例約為0.6，行程時間為16～30 min時，舒適度9的選擇概率有所下降，其余舒適度選擇比例有所提高，這表示相較行程時間為0～15 min，行程時間為16～30 min的平均舒適度等級有所下降。

分析圖1(b)～(d)可知，公交車、自行車和步行具有類似的變化趨勢。這種變化趨勢說明，出行者的出行舒適度隨行程時間的增加有所降低，從舒適度的角度而言，出行者更傾向于短時間出行，因為這種出行所感受到的舒適度更高。

每種交通方式的4種行程時間區(qū)間對應(yīng)的舒適度期望值如表5所示，可以看出，出行者的出行舒適度隨行程時間的增加有所降低，從出行舒適度的角度而言，出行者更傾向于短時間的出行，因為這種出行感受到的舒適度價值更高。

表5 各交通方式不同行程時間區(qū)間的舒適度期望值Tab.5 Expected value of comfort for each travel time interval of each transport mode

采用相應(yīng)交通方式對應(yīng)行程時間下的舒適度期望值表示舒適度，出行者舒適度價值c3如式(6)所示，代入式(1)即可得到對應(yīng)的出行價值模型。

(6)

式中，cf, i, j為出行者選擇第i(i=1，2，3，4)種出行方式，第j(j=1，2，3，4)個行程時間對應(yīng)的舒適度價值；Y為舒適度等級，取值為1，2，…，9；PY為舒適度等級為Y時的概率，由舒適度概率分布得到；f0為出行者預(yù)期的舒適度。

3 實例分析

利用AHP層次分析法，根據(jù)表1對行程時間、出行費用和舒適度3種因素的單位價值進行判斷，構(gòu)造的判斷矩陣如表6所示。

表6 判斷矩陣Tab.6 Judgment matrix

根據(jù)計算，表6所給出的判斷矩陣一致性檢驗指標C.R.=0.046 2<0.1，滿足一致性要求，則u1=0.527 8，u2=0.332 5，u3=0.139 7。

選取合肥市某小區(qū)及附近居民為出行主體，出行起點為小區(qū)南門，出行終點為省圖書館。根據(jù)實際路網(wǎng)特征，選取馬鞍山路、九華山路、寧國路、蕪湖路合圍范圍內(nèi)的路網(wǎng)作為研究范圍，如圖2所示。

圖2 研究范圍路網(wǎng)Fig.2 Network of research scope

根據(jù)實際調(diào)查，OD點對之間不同交通方式的行程時間、出行費用和舒適度如表7所示。

表7 不同交通方式出行情況Tab.7 Travel condition of each transport mode

以公交車出行為參考，預(yù)期行程時間為880 s，預(yù)期出行費用2元，預(yù)期舒適度6.5，此時公交車出行價值為0。根據(jù)式(6)和式(1)可以計算各交通方式的出行價值，私家車出行價值為2.29，自行車出行價值為0.97，步行出行價值為-10.47，可以看出，私家車和自行車相較公交車而言出行價值更高，而步行相較公交車則更低。而不考慮舒適度的出行價值時，所計算得到的私家車出行價值為2.35，自行車出行價值為1.39，步行出行價值為-11.30。前者與后者相比，私家車的出行價值降低了0.06，下降比例為2.6%，而自行車的出行價值降低了0.42，下降比例為30.2%。由于私家車的舒適度高于自行車，考慮舒適度價值后，出行者選擇自行車的出行價值相比于選擇私家車的出行價值下降更多，因此，考慮舒適度的出行價值模型能夠反映各交通方式在舒適度方面帶來的出行價值差異。

4 結(jié)論

采用意愿調(diào)查法獲取不同交通方式的出行舒適度，并基于排序選擇模型對出行舒適度進行標定，從而構(gòu)建性和考慮行程時間、出行費用和舒適度的出行價值模型，并進行算例分析，得出以下結(jié)論：

(1)通過構(gòu)建出行者舒適度排序選擇模型可知，交通方式、行程時間變量對出行者的舒適度選擇具有顯著影響；

(2)出行者感受到的出行舒適度表現(xiàn)為與行程時間成反比，即行程時間增加則舒適度降低；

(3)基于對考慮與不考慮舒適度的出行價值模型的對比分析，以公交車出行價值為參考，當考慮舒適度因素時，自行車出行價值的下降幅度明顯高于私家車，可見考慮舒適度的出行價值模型能夠更好地反映不同出行方式的價值差異。

本研究在現(xiàn)有出行價值模型的基礎(chǔ)上，增加了對舒適度因素的考量，對舒適度這一主觀感受的量化過程，也為其他需要考慮主觀感受的研究提供了思路。但影響出行價值的因素并非只有時間、費用和舒適度三者，還可以包括安全、便捷等其他相關(guān)因素，這些因素可以納入后續(xù)研究的范圍。