基于網約車背景的居民出行方式選擇模型

張 婭,李 佳,周 舸

(1.東北林業大學交通學院，黑龍江 哈爾濱 150040; 2.黑龍江省交通運輸廳，黑龍江 哈爾濱 150081)

1 概述

網約車是互聯網時代傳統打車的升級,在打車難、用戶體驗差、出租車空駛率高以及環境污染嚴重的今天起著緩解這一系列問題的積極作用。隨著城市機動化出行需求的增加,以及資本市場的補貼,網約車已經成為城市交通體系中不可或缺的部分。由于網約車中包含私家車,且專車與順風車概念模糊,網約車的運營在社會上引發廣泛爭議[1]。

無論是在國內還是在國外,網約車從一開始就備受爭議。法國、日本、比利時等國家的一些城市甚至不允許網上軟叫車提供本地出租車服務。但在倫敦和紐約,私家車主及其運營車輛向交通局申請營業執照后可提供網約車服務。在印度,所有網約車不能巡游攬客。目前,許多城市都在逐漸完善網約車的管理制度,大多數情況下都由政府部門將網約車與傳統出租車進行分類管理。

網約車研究的重點方向包括選擇的出行方式以及對交通運行的影響,對此的現有研究相對較少[2]。因此,本文為分析目前網約車的市場地位,以網約車在出行方式中占比為出發點。為了分析網約車對居民出行方式的影響,針對居民的出行方式在2016年11月、2017年3月進行了兩次問卷調查,結合哈爾濱市交通運行監測數據,將網約車對居民出行方式的影響進行量化。

2 基于網約車背景的居民出行方式選擇模型

2.1 模型的選擇

居民在出行過程中,伴隨著出行時間成本、出行經濟成本以及時間損失造成的成本費用的產生。出行時間成本即居民花費在出行過程中的時間;出行經濟成本即居民在出行過程中所花費的金錢成本;時間損失費即在預計時間沒能到達目的地,因而產生的時間損失所值費用,早到或晚到都會有一定的時間損失費用。

基于差異化用戶選擇理論建立數學模型,分析短期情況下,不同的城市交通以及居民的出行選擇受到專車和快車的影響[3]。模型研究了網約車吸引力與居民出行方式之間的關系;乘客與司機的數量受到乘客的候車時間以及司機的單位時間收入的影響;乘客的候車時間以及司機的盈利情況會對居民的出行選擇以及成為網約車司機的意愿產生一定的影響,將進一步影響網約車的乘客數量與司機數量。通過對算例的分析,揭示網約車出行對居民的積極影響和消極影響[4]。

2.2 模型的構建

假設在單個出行高峰時段A市有N個居民有出行需求,由于薪酬和出行目的的差異,居民的時間價值β服從f(β)[5]分布,且存在一定的差異。

若居民選擇私家車出行,出行費用為τc,出行時間為tc,則出行成本為:

Cc(β)=τc+βtc

(1)

若居民選擇公共交通出行，公共交通費為τb,出行時間為tb,則公共交通出行的成本為：

Cb(β)=τb+βtb

(2)

一般來說，私家車出行時間少于公共交通出行時間，即tcτb。假設所有居民選擇出行成本最低的方式，比較式(1)和式(2)，得到臨界時間價值β0：

(3)

當時間價值大于β0時，居民選擇私家車出行；當時間價值小于β0時，居民選擇乘坐公共交通出行。假設居民根據高峰期的出行需求購置私家車，在出現網約車以前，有車居民的數量為：

(4)

無車居民的數量為：

(5)

假設所有的網約車司機都是兼職，司機可以通過非工作時間提供網約車服務，達到降低出行成本(或增加盈利)的目的，在單個出行高峰時段內平均服務n小時。假設在n小時內有Nd個網約車司機提供服務，有Nr個居民具有網約車需求，司機提供服務平均每次得到pd的收入，則pdNr/Nd為每個司機在高峰時段內的平均收入。網約車司機的金錢成本為cn，花費時間n小時，故高峰時段的網約車服務所得的平均凈成本為：

(6)

若居民乘坐網約車出行，則居民需支付網約車費用pr以及出行時間成本βtr，tr為出行時間，則乘坐網約車的出行成本為：

Cr=pr+βtr

(7)

一般來說，pd不等于pr。若pd>pr，則網約車平臺補貼pd-pr；若pdtc，且tr為Nr/Nd的增函數。假設tr滿足：

tr=tc+γNr/Nd

(8)

其中，γ為參數，γ>0。

網約車興起以后的短時間內，居民持有的車輛數不變，原私家車主(β≥β0)可以選擇私家車出行、提供網約車服務、乘坐網約車出行，原乘坐公共交通工具的居民(β<β0)，可以繼續選擇乘坐公共交通工具出行，也可以乘坐網約車出行。假設所有居民均選擇出行成本最小的出行方式，則有車居民和無車居民的出行方式選擇如表1,表2所示。

表1 有車居民(β≥β0)的出行模式選擇

表2 無車居民(β<β0)的出行模式選擇

其中：

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

當系統達到平衡狀態時，每個居民不再有動機改變出行方式，故式(9)～式(18)需同時滿足。

其中Fi(i=1,…,5)分別代表在系統平衡狀態下的私家車用戶出行數量、乘坐網約車出行的有車居民的數量、提供網約車服務的司機數量、乘坐網約車出行的無車居民的數量、乘坐公共交通出行的用戶數量，由式(13)～式(18)定義。由式(9)～式(12)，βcr，βrb，βcd和βrd是X的函數；由式(13)～式(18)，F(X)又是βcr，βrb，βcd和βrd的函數。當系統達到平衡狀態時，應同時滿足式(9)～式(18)。固定點問題的解即為居民在平衡狀態下的出行方式的選擇。滿足X=F(X)的解X″在可行域Ω上，其中：

通過求解固定點問題，得到居民在平衡狀態下選擇的出行方式，并計算出高峰時段私家車的總里程。

假設在出行高峰時段，車輛的平均速度υ，私家車出行的平均里程約tcυ，而n小時內網約車始終保持行駛狀態，故網約車的平均里程為nυ。網約車出現以后，私家車的總里程為：T=nυNd+tcυNc。

在網約車出現前，所有有車居民的車輛僅為自己所用，故出行高峰期總的行駛里程為：T0=tcυN1。

3 城市居民出行方式選擇計算

3.1 居民出行方式選擇計算

根據調查數據，2016年廣州市共有約1 000萬居民通勤。時間價值服從均值為30元/h，標準差為80的對數正態分布。該市居民選擇私家車出行的平均時間成本為1.5 h，平均經濟成本為30元；乘坐公共交通工具出行的平均時間成本為1.2 h，平均經濟成本為6元。基于該模型，可以計算出沒有網約車時，有約632.1萬人選擇公共交通工具的出行方式，時間價值小于β0；約367.9萬人選擇私家車的出行方式，時間價值大于β0，其中β0=42元/h。

在網約車的背景下，居民通過非工作時間段使用私家車提供網約車服務，單個高峰時長約為2 h，平均經濟成本為30元/h。網約車乘客的平均經濟成本為18元/次，司機的平均收入為30元/次 (平臺補貼12元)。乘客的等車時間：tr=tc+0.01Nr/Nd。

表3 均衡狀態下不同出行方式的居民的時間價值區間

3.2 對比分析

計算在網約車的背景下，不同出行方式居民的總出行時間，該市私家車單個高峰時段內行駛的總里程達到了567.60萬km，是沒有網約車的情形下145.50萬km的近4倍，該算例中，網約車較為嚴重地影響了城市交通系統。將城市居民的總出行時間進行比較，無車居民乘坐網約車出行與乘坐公共交通出行相比，單次高峰時段節約出行時間0.464 1 h，網約車司機單次高峰時段的行駛時間增加1.5 h，因為乘坐網約車出行，2.4萬有車居民增加0.035 9 h的等車時間。以上數據表明，通過對有無網約車的情形進行對比，居民出行總時間節省了1.4萬h，節省出行時間的居民占比33.7%。

4 結語

基于用戶均衡模型，分析了居民出行方式受到網約車的影響。城市道路交通因為網約車受到較為嚴重的影響；同時居民增加了新的出行方式，減少了居民的總出行時間，一部分居民的出行情況得到了緩解。不同城市的居民收入水平、公共交通服務水平、私家車保有量等方面存在一定的差異，因此不同城市網約車的出現對出行方式會產生不同的影響[6]。通過模型，不同城市可以根據自身的特點對網約車帶來的影響進行評估和預測，為監管網約車提供相應的決策與措施。