（交通运输规划与管理专业论文）基于活动链特征分析的出行方式选择模型研究.pdf

摘要 论文题目 姓名 导师 学 校 摘要 基于活动链特征分析的出行方式选择模型研究 李萌 陈学武教授 东南大学 交通方式划分是传统“四阶段”交通需求预测的一个关键阶段，合理而有效地调整城市中各种交通方 式分担率以改变城市交通结构已经成为解决城市交通拥堵的一种有效方法。然而传统。四阶段”交通需求 预测方法在理论存在着重大缺陷，不能反映真实世界中的人同交通运输系统之间以及同社会经济环境之间 的互动关系由于基于活动的出行需求预测方法相比基于出行的交通需求预测方法更加合理，本文将对基 于活动链特征分析的出行方式选择模型展开研究 本文分析了传统“四阶段”交通需求预测方法的缺陷，同时引出基于活动的出行需求预测方法，详细 阐述了基于活动的出行需求预测理论以及基于活动的出行需求预测建模方法的基本思想然后以2 0 0 6 年4 月在上虞市开展的居民出行调查数据为基础，通过编写计算机程序对数据进行处理，然后对活动链和出行 方式链的分类统计特征进行分析，并对出行方式链与居民属性的相关性进行分析，最后根据居民活动链和 出行方式链特征分析的结论，选择合适的效用函数的形式、合理的模型结构、选择方案以及各方案的特性 变量，建立了基于活动链以及出行方式链的出行方式选择模型。以实际的标定和检验结果说明m n l 模型 的局限性和n l 模型的合理性，给出n l 模型中各选择方案的效用函数，并对n l 模型的特性变量进行了 解释。本文建立的基于活动链特征分析的出行方式选择模型，既把“活动链”作为一个属性变量纳入到模 型之中，又将出行方式以。链”的形式作为选择方案，不仅是对基于活动的出行需求预测理论在国内的发 展具有促进作用，而且给出行方式选择模型的研究开辟了新思路。 关键词：出行需求分析，基于活动的出行需求预测理论，活动链，出行方式链，m n l 模型，n l 模型，出 行方式选择 a b s t r a c t a b s t r a c t p a p e rt o p i c ：r e s e a r c ho nt r i pm o d ec h o i c em o d e lb a s e d o l la n a l y s i so f a c t i v i t yc h a i n n a m e ：l im e n g a d v i s e r ：p r o f c h e nx u a t v u u n i v e r s i t y ：s o u t h e a s tu n i v e r s i t y t r a f f i cm o d es p l i ti so n ek e ys t e po f t h et r a d i t i o n a lf o u r - s t e pt r a v e ld e m a n df o r e c a s t i n g c h a n g i n gt h eu r b a n t r a f f i cf r a m e w o r kb ya d j u s t i n gt h ed i v i s i o nd e g r e eo fe v e r yt r a f f i cm o d ei nr e a s o oa n de f f e c t i v e l yi so n ev a l i d m e t h o dt or e s o l v et h eu r b a nu a f 五ec o n g e s t i o n h o w e v e r , t h e r ea r ed i s a d v a n t a g e si nt h et r a d i t i o n a lf o u r - s t e pt r a v e l d e m a n df o r e c a s t i n g ，w h i c hc a n n o tr e f l e c tt h ed y n a m i cr e l a t i o n si nh u m a n , t r a n s p o r t a t i o ns y s t e ma n ds o c i a l e c o n o r a j cc o u d i o n t h er e s e a r c ho nt r i pm o d ec h o i c em o d e lb a s e do nt h ea n a l y s i so f a c t i v i t yc h a i nc h a r a c t e r i s t i c s w i l lb es h o w nb e c a u s et h eu i pd e m a n df o r e c a s t i n gm e t h o di sm o r er e a s o n a b l et h a nt h et r a d i t i o n a lt r i pd e m a n d f o r e c a s t i n g m e t h o d f i r s t l y , t h ea u t h o ra n a l y s e st h ed i s a d v a n t a g e so ft h et r a d i t i o n a lf o u r - s t e pt r a v e ld e m a n df o r e c a s t i n gm e t h o d , a n dd r a w so u tt h et r i pd e m a n df o r e c a s t i n gm e t h o db a s e do na c t i v i t ya tt h eg a n et i m e t h e i t h et r i pd e m a n d f o r e c a s t i n g t h e o r yb a s e do ra c t i v i t ya n dt h eb a s i ct h o u g i l to fm o d e l i n gi me x p a t i a t e d t a k i o n gt h ed a t aa st h e f o u n d a t i o n , w h i c hj si n v e s t i g a t e di ns h a n g y uc i t yi na p r i l2 6 t h ec l a s s i f i c a t i o ns t a t i s t i c sc h a r a c t e r i s t i c so f a c t i v i t yc h a i na n dt r i pm o d ec h a i na n dr e l a t i v i t yb e t w e e nt h et r i pm o d ec h a i na n dr e s i d e n t s a t t r i b u t e sb yc o m p i l e s c o m p u t e r p r o g r a m sa r ea n a l y s e d i nt h el a s t ，t h ea u t h o rg i y e st h et r i pm o d ec h o i c em o d e lb yc h o o s i n ga p p r o p r i a t e f o r mo f e f i e c t i v e n e s sf u n c t i o n , c o n f i g u r a t i o no f m o d e l ，a l t e r n a t i v e sa n dc h a r a c t e r i s t i c sv a r i a b l e s a c c o r d i n gt ot h e m o d e l w ec a ns e et h a tn lm o d e lj sm o r er e a s o n a b l et h a nm n lm o d e l t h e l le v e r ye f f e c t i v e n e s sf u n c t i o na n dt h e e x p l a n a t i o no fa l la l t e r n a t i y e sa r es h o w n i nt h i sm o d e l 。n o to n l yt h e “a c t i v i t yc h a i r ”i sc o n s i d e r e d b u ta l s ot h e t r i pm o d ei se x p r e s s e da s “c h a i n t h et r i pd e m a n df o r e c a s t i n gt h e o r yb a s e do na c t i v i t yi sp r o m o t e da n dt h en c v r r e s e a r c ht h o u g h ta h o u tt r i pm o d ec h o i e em o d e l i sc r e a t e dt h r o u g ht h er e s e a r c h k e yw o r d s ：t r i pd e m a n da n a l y s i s ，t r i pd e m a n df o r e c a s t i n gt h e o r yb a s e do na c t i v i t y , a c t i v i t yc h a i n ，t r i pm o d ec h a i n ， m n lm o d e l , n lm o d e l ，t r i pm o d ec h o i c e 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 童 翔 日 期：嘲 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文文件，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文文件的内容和 纸质论文的内容相一致。除6 在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：聃导师签名：c 姿龇日期：2 蛳 第一章绪论 1 1 论文研究的背景及意义 第一章绪论 城市的形成与演变离不开交通，城市的发展又促进了交通的发展，交通与城市是相互影响、不可分离 的有机整体城市交通规划通过对城市交通需求量发展的预测，为较长时期内城市的各项交通用地、交通 设施和项目的建设与发展提供综合布局与统筹规划，它是解决城市交通问题的基本措施j 交通运输业作为国民经济的基础产业，是一个国家政治，经济和文化等一切社会活动赖以顺利进行的 基础，交通运输业的发达程度是衡量一个国家社会经济发展所处阶段及其现代化程度的一个重要指标。在 我国，近年来随着国民经济的持续稳定发展和城市化进程的加快，城市的人口及空间规模不断扩大，工商 业活动与其它社会活动增多城市道路上服务车辆增加交通需求发生了前所未有的迅猛增长，再加之我 国人口稠密，交通设施原本落后，使交通供不应求的矛盾日益尖锐，导致了城市的交通拥挤、空气污染、 噪音增加等一系列问题，严重影响了人们的正常出行和经济、文化等系统的进一步发展。尤其在大城市， 交通拥挤以及由此引发的交通事故频繁，环境污染加剧，是我国面临的及其严重的。城市病”之一，已成 为国民经济进一步发展的瓶颈问题。因此，发展交通，采取适当措施缓解交通系统的供需矛盾，建立可持 续发展的交通环境，为国民经济的发展奠定坚实的基础，已经成为目前亟待解决的社会问题。 然而城市交通是城市社会活动、经济活动的纽带和动脉，在城市的各个功能区之间不断传递着客流、 货流和信息流，城市交通状况的好坏直接关系到居民的生活水准、城市的经济发展、城市的活力以及发展 潜力，城市交通设施则是城市交通的载体，是城市交通赖以正常运行的物质基础长期以来，特别是近些 年，中国各大城市交通供求不平衡的矛盾已经日益凸现如何适度地进行交通基础设旌的建设和有效地控 制、引导交通需求已经引起有关决策管理部门的关注。但是，目前交通基础设施的建设和交通需求的引导 基本上是孤立的两个系统，难以解答未来交通系统的供求平衡问题。事实上，交通供给不足便会压抑市民 的出行需求，造成市民的普遍不满，交通供给过剩则会带来城市资源的极大浪费，偏离决策管理部门合理 引导交通发展的初衷，甚至会引起新的交通混乱“j 。因此交通矛盾还需要通过交通需求管理来协调 城市交通系统的建设和管理都需要有科学的依据为了使交通建设的决策合理化与科学化，交通研究 者们用了几十年的时间开发和完善了以“四阶段模型”为核心的城市交通规划体系。四阶段模型通过再现 交通流在交通网络上的分布可以在事前预知建设方案完成后各路段上的交通负荷情况，从而为不同方案的 比选提供依据。对于部分和路段相关的交通管理措施，比如单向交通的实施，交叉口左转或右转禁行在 四阶段模型体系中也可以通过调整改变道路阻抗的方式来描述。但对于像公交票价调整、中心区停车收费、 或者实行弹性工作制等这样政策性的交通需求管理措施，从目前的已有的研究看，其事后的效果还不能被 四阶段模型所模拟 经过多年的应用，以四阶段模型为核心的传统规划方法的一些问题也逐渐暴嚣出来具体表现为：( 1 ) 不是根据人的实际出行过程进行建模，而是把它分成h 行发生、出行分布、方式选择和交通分配四步，然 后以交通小区为单位用集计的数据进行预测。而目前政府用于解决交通拥挤问题的相关政策，如上下班 时问错开、拥挤道路收费和公交优先等都是通过影响个人的行为来发挥作用的。因此从这方面来看，出行 预测应该直接以个人为单位进行建模，相应的参数估计也要用反映h 行者活动与出行安排特征的非集计的 数据进行。( 2 ) 传统的以时问和费用为基础的阻抗形式，在多数情况下并不是最重要的决定日或岗m 行行 为活动的因素，住房、车辆等不包括在出行成本内的社会经济因素在决定人们出行模式时发挥的作用越来 越大。( 3 ) 个人的m 行行为只是家庭行为的个方而，家庭的生活方式和各种属性也将影响人们出行特征。 而“四阶段”模犁忽略了这些重要属性对屑民出行的影响，仅以小区人口数、土地利用等宏观的变量作为 模型的参数：( 4 ) 弱化了四个步骤之间的联系，上一阶段的输出就是f 一阶段的输入，不能表现出下一阶 l 东南大学硕士学位论文 段对上一阶段的反馈作用 这是由。四阶段模型”自身的缺点决定的。四阶段模型”是在大规模基础设施建设的背景之下发展 起来的模型体系，它是以设施为中心的，其最终的目标是评价设施是否能容纳未来的交通需求，需求量的 多少是这套模型体系所关心的重点，人的交通需求是怎样发生的，其自身的社会经济状况，外界交通网络 与出行存在着什么样的互动关系，则不在这个模型系统的考虑范围之内，所以在“四阶段模型”的前三个 阶段，即包括交通发生、分布和方式选择的交通需求分析中，我们看到的只是利用统计学方法和一些简单 的数学模型找到以前和当下交通运作的规律，然后一厢情愿地认为这样的统计规律会延续到我们需要预测 的未来年，在这样一些模型中我们看到的只是数量上的统计模式，而不是真实世界中的人同交通运输系统 之间以及同社会经济环境之间的互动关系。这样一来，一旦将来城市的社会经济环境发生变化，甚至就是 交通运输系统本身发生变化，也会对人的选择行为发生影响，从而破坏“四阶段模型”所假定的那种会一 直延续到未来年的模式。而且在越来越强调通过交通政策缓解交通问题的今天，“四阶段模型”的局限性 也逐渐体现出来。交通政簟是直接对人发生作用的，通过对人的作用调节交通需求从而达到缓解或解决宏 观交通问题的目的。而“四阶段模型”则缺乏将政策变化纳入其中的机制 针对上述局限性，牛津大学的研究人员于2 0 世纪7 0 年代首次提出了基于活动的出行需求预测方 法，它以产生出行的直接来源卟人为单位进行预测，强调出行对活动的依赖性，研究活动影响之下的 出行行为。这套模型可以预测居民的出行方式、出行时间和目的地等信息，能够有效解决传统。四阶段” 法存在的问题。其基本思想可以总结为以下四点： ( 1 ) 出行的需求源于活动的需求，出行选择的决策是基于活动的( j o n e s 1 9 7 7 ) 1 3 ( 2 ) 人的行为受时空的限制( h a g 朗蛐d 1 9 7 0 ；j o n e s ，1 9 7 7 ) 要在不同时间和地点进行不同的活动， 并且去各个活动地点都要花费时问口1 4 1 ( 3 ) 家庭类型和生活方式都影响个人的活动和出行决策，许多决策都是家庭决策的一部分，并受家 庭中其它成员的限制( c h a p i n ，1 9 7 4 ；j o n e s ，1 9 8 3 ) 5 1 6 1 0 ( 4 ) 活动和出行决策是动态的，并且受过去和预期事件的影响( g o o d w i n 1 9 9 0 ) 哪司 基于活动的出行需求预测方法主要是从预测出行者交通需求的角度，考虑各项需求特征，如出行时间、 出行所采取的交通工具等用预测数据分析需求变化趋势，并且可以将预测得到的个人数据集成为大范围 的城市交通需求数据，从而为交通需求管理政策评价提供基础分析数据。而包括“四阶段”等模型在内的 传统的出行预测模型不能得到出行者针对各项管理措施的出行特征调整数据，因此更适合用于公交系统规 划、路网建设规划和道路流量预测等城市交通基础设施规划建设方面。从应用交通需求管理政策来调解交 通需求与供给矛盾的角度来说，基于活动的出行需求预测模型更加适合进行城市山行的特征预测。基于以 上原因，该方法从上世纪8 0 年代开始在美国和德国等地有了一定程度的发展，并片j 于实际预测。自从人 们认识到交通需求管理是解决城市交通供需矛盾的重要手段之一之后，基于活动的山行需求预测模型越来 越受到交通规划部fj 以及学者们的关注 虽然基于活动的出行需求预测模型是在国外发展起来的，但是由1 ：世界各国交通的发展具有阶段相似 性，结合发达国家的交通发展史，在我国开始进行这办面的研究具有前瞻性，我国也w 以借鉴这种办法来 预测居民的出行需求，为政府制定交通政策提供参考。尤其是在现代社会经济比较发达及高度信息化的条 件下，把以个人为单位的出行行为特征分析和研究区域或群体等特定集合体的交通需求预测分析进行有机 的结合，对居民的出行选择决策进行分析，建立基于活动的出行需求预测模型，客观分析交通需求的变化， 合理预测交通需求的交通运输规划、交通运输政策的制订以及政策的敏感性分析等提供决策依据通过实 施有效的交通需求管理政策达到缓和交通拥挤与改善环境质量的目的 目前，以活动为基础的出行需求预测理论还有很多问题未能解决，如何分析活动链中出行方式的一致 性与转换性特征、建立以链为单元的出行方式选择模型并分析政策影响下出行方式转移情况便是诸多有待 研究的问题之一。 2 第一章绪论 正是基于以上背景，本论文结合国家重点基础研究发展计划“9 7 3 ”计划课题( 2 0 0 6 c b 7 0 5 5 0 1 ) 城市 交通需求生成机理与瓶颈识别，对基于活动链特征分析的出行方式选择模型展开研究，从我国城市活动 链特征基础数据分析入手，研究出行方式选择模型，重点将以活动、出行链为单元的活动模型分析方法融 入以单个出行为单元的传统出行需求分析的交通方式选择阶段。论文的研究将对建立适合我国国情的基于 活动的出行方式选择模型、改进传统交通方式选择的需求预测方法、实现由传统方法向基于活动的方法逐 步过渡具有推动作用，具有较大的研究意义和价值 1 2 出行需求预测理论的发展 1 2 1 集计模型的发展与应用 城市交通需求是指城市中的个人、家庭、企业或者社会对人或物的空问移动( 即交通) 的需求。对交 通需求的研究是解决日益严重的城市交通供需不平衡问题的前提和关键，因此出行需求预测理论也是目前 交通规划领域中研究的重点课题。集计的出行需求预测模型从2 0 世纪5 0 年代开始在国外的大中城市得 到广泛的应用，6 0 年代始用于主要道路的基础设施投资决策，此后经过许多学者的研究和实践才开始出 现了非集计的出行需求预测模型 集计模型的代表模型是本文第一章提到的。四阶段”预测法( f o u r - s t e pp r o c e s s ) ，这种方法是交通运 输系统规划和出行需求预测的基本方法之一，它以一次出行为基本调查单位，以研究区域内的各交通小区 为分析单位，将预测过程分为出行生成、出行分布、方式划分和交通分配四个部分，最终把预测出的各小 区之间采用不同交通方式的出行交换量按照一定的规则分配到路网上，求出各条道路上的交通流量其中 四个阶段的预测内容分别为： ( 1 ) 出行生成模型：估计每个小区产生和吸引的交通量 ( 2 ) 出行分布模型：估计各个小区之间的出行交换量； ( 3 ) 方式划分模型：确定每种交通方式所承担的交通量的比重，也就是人或物的出行次数在不同交 通工具之同的分配和选择； ( 4 ) 交通分配模型：已知各小区之间的出行交通量，具体确定它们所选用的路线，把各个小区之间 的出行交换量分配到路网中【9 】 “四阶段”交通规划方法的基本思想于2 0 世纪5 0 年代起源于美国，2 0 世纪6 0 年代该交通规划方 法的系统思想和理论不断发展，同时由于计算机应用技术的普及和大批数学家对交通规划研究的热衷，致 使其在理论上逐步成熟起来，并在此基础上引进了系统工程的思想，形成、建立了凹步骤模型的理论框架。 从2 0 世纪6 0 年代到8 0 年代，“四阶段”模型框架中的具体模型形式发生了很大的变化在这期间，规划 人员的建模思路从单纯的数学计算发展到定量分析与定性研究相结合，“p q 阶段”模型中开始考虑社会发 展和政策变化给交通带来的影响，从而使预测的精度和模型的实用性都得到了很大的发展。经历了几1 年 的研究和改进这剃规划方法已经在世界各国得到了广泛的应用。2 0 世纪8 0 年代初期，“四阶段”方法引 入我国，并得到了全面的应用和发展 i o j 。 总的来说，集计模型促使了交通规划从之前的定性的经验分析跨越到定量分析，使交通规划的研究模 型化、精确化。其模型可以根据小区的集计属性，包括人u 、土地使用性质、以及各交通方式等的特征数 据，得到各种交通方式的分扭比例和路网巾的实际交通量。由于这种预测方法可以得到实际路网巾路段交 通量、确定其拥挤程度。并对城市交通系统进行窄问拥挤程度分析，因此其对城市交通规划，如路网结构 调整等工作有很大的帮助，使其在目前陶内外的城市交通规划巾应用相当广泛。同时，结合集计的出行预 测方法，近年来也开发出一些很好的规划软件。如t r a n s c a d 等 3 东南大学硕士学位论文 1 2 2 非集计模型的发展 随着国民经济的持续高速稳定发展和人民生活水平的不断提高，交通规划的研究也趋于多样化。传统 的“四阶段”预测法是为评价长期交通设施建设、改建规划而开发的方法，而对于探讨多种因素的影响效 果和短期的交通管理评价，由于其自变量的取舍有很大的局限性以及预测规划工作量大等原因，使得“四 阶段”预测法不适宜用来解决此类问题为满足这种新的需要，有必要开发新的更合适的方法来评价各种 政策效果等，非集计模型正是为了满足这样的客观要求而研究开发出来的。非集计模型是以实际产生交通 活动的个人为单位，对调查得到的数据不进行按交通小区统计等处理而直接用于建立模型，它能够准确地 描述个人或家庭的出行决策过程j 。从2 0 世纪6 0 年代非集计模型产生至今，非集计模型的理论方法和具 体模型得到了很大程度的发展。经过几十年的开发和应用，非集计模型已经包括m n l 、n l 、p r o b i t 、p c l 等多种基本模型l l ”。第四章中将对非集计模型的基本理论和几种主要的模型作详细介绍总体来说，与集 计模型相比，非集计模型有下列优点； ( 1 ) 非集计模型以明确的行为假说为基础，逻辑性强 ( 2 ) 可以用较少的样本标定出模型的系数，并且可以对所求得的参数采用统计学的方法进行检验 ( 3 ) 可以选用许多与个人决策相关的因素作为自变量，从而可以对多种交通规划及交通政策进行效 果评价 ( 4 ) 模型具有较好的时间转移性( 在某个时点标定的模型可以在其它时点应用) 和地区转移性( 用 某个城市的数据标定的模型可以在其它城市应用) j 非集计模型与集计模型的具体区别如下表1 1 所列： 表1 1 集计模型和非集计模型的对比 、 类别 嘉， 集计模型非集计模型 模型标定方法回归分析等极大似然估计等 计算工作量比较小比较大 适用范围标定模型用的小区任意 政策表现能力 小区平均值的变化各个自变量的变化 交通生成( 产生、吸引) ，了率 捕捉交通现象的方法交? 布 ，行目鼍地选择 交通宁划分出，弩划分 交通分配出行路线选择 调查单位单个出行 单个出行 分析甲| 位小区个人( 家庭或企业) 调查效率需要的样本多需要的样本少 凼变量小区统计值( 连续量) 个人选择结果( 离散量) 考虑个人届性的难度困难容易 1 2 3 基于活动的出行需求预测模型的发展 从2 0 世纪7 0 年代，非集计模型，即应用i v i n l 、n l 以及其他一些决策规则建立的基于活动的预测模 4 第一章绪论 型系统开始应用于出行需求预测领域这也是非集计模型应用于出行需求预测研究的理论前沿。由于预测 方法的不同，基于活动的出行需求预测分为两大类，计量经济学模型和混合仿真模型。第个完整的计量 经济学模型是1 9 7 8 年由r u i t e r 和b e n - a k i v a 在s a nf r a n c i s c o 地区开发的基于出行的m t c 系统【j “模型 发展的第二阶段是2 0 世纪8 0 年代到9 0 年代在荷兰开发的基于往返行程系统。之后，d a m m ( 1 9 8 3 ) ，i o t a m u r a ( 1 9 8 8 ) 和e t t e m a ( 1 9 9 6 ) 等学者先后开始研究描述出行者一日活动的模型i l ”。最终在1 9 9 5 到1 9 9 6 年。 由美国的b c n - a k i v a 和b o w m a n 等人开发了日活动计划系统，这也是目前计量经济学模型中较为先进的模 型系统1 7 j 。基于活动模型的另一分枝混合仿真模型也经历了三个发展阶段，分别为1 9 8 6 年由r e e k e r 等开发的s t a r c h i l d 系统，1 9 9 5 年舡，c 公司开发的a m o s ( a c t i v i t y - b a s e dm o d e l i n gs y s t e m ) 和 n c t h e d a n d s 开发的s m a s h ( s i m u l a t i o l lm o d e lo f a c t i v i t ys c h e d u l i n gh e u r i s t i c s ) 系统( e t t e m a 等，1 9 9 3 ： e t t e m a d i c k ，1 9 9 6 ) i jo j i “j 。近年来，t e x a s 大学a u s t i n 分校的c h a n d r ar b h a t 等研究人员开发了c e m d a p ( c o m p r e h e n s i v ee c o n o m e t r i cm i c r o - s i m u l a t o rf o rd a i l ya c t i v i t y - t r a v e lp a u e r u s ) 模型，该模型用计量经济学 和微观仿真综合方法来研究出行者日活动一出行模式。可见，经过多年的发展和应用，基于活动的预测模 型已经发展为规模庞大的模型体系 1 2 4 基于活动的交通需求方法与传统方法的比较 1 2 4 1 基于出行的交通需求预测方法的特点 基于出行的传统交通需求预测方法的特点是结构清晰，容易理解；输入参数较为简单，数据较易获取。 其最大的特点是较好考虑了土地利用与交通系统的相互作用适用于长期预测和大范围的城市与区域交通 发展规划，并有较为规范的操作流程与较为成熟的软件基础 基于出行的传统交通需求预测方法的局限性主要表现在哪： ( 1 ) 以单个出行为分析单元，单个出行之问相互独立，缺乏行为观念 如基于家的出行和非基于家的出行的建模相互独立，并没有考虑它们之间的联系：单个出行的分析之 间缺乏系统的组织，如基于家的主要出行与中途停驻点之间缺乏区分。单个出行被视为独立的部分导致出 行的分析缺乏行为理念。从行为角度分析，基于家的出行与非基于家的出行之问并非独立的，它们之间共 同组成人们活动的需要。相互衔接的出行之间相互影响，多个停驻点的出行链表现的越来越频繁 ( 2 ) 以小区为基础的集计分析难以反映个体的出行行为对建模的影响 出行者的交通行为受到出行者个人属性( 如性别、年龄、收入等) 、家庭属性等多种因素的影响。在 将数据集计处理时，由于集计方法的原因，这些信息将会产生变化，数据包含的许多信息有u r 能丢失，从 而导致集计后的数据与实际状态之间产生偏差。以小区为单位建立预测模型时必须以小区为单位推算山与 各个小区有关的参数。由于这些参数因小区划分的不同而不同，结果常导致区域范围小区出行产生和吸引 的总量通常互不一致。 1 2 4 2 基于活动的交通需求预测方法的特点 基于活动的交通需求方法在出行者整个活动日程背景内理解其出行行为，并建立模型通过模型分析 活动模式，从而分析活动所引起的出行量以及时空分布特征。其特点主要体现在： ( 1 ) 基于行为的分析方法，考虑由活动引起的多次出行之问的相互联系 基于活动的出行需求预测理论认为人们对出行的需求源于对行为活动的需求，而这些行为在时问与空 间上又是分散分布的。更进一步。这些方法还确定出某个人做出的一系列出行决定之问又是相互关联的。 基于活动的预测方法能够提供一个在理论与概念上都更令人信服的框架，并可在此框架下进行出行需求的 东南大学硕士学位论文 模型建立。基于活动的方法始终在时空制约下研究多次出行所形成的链，使得模型的时间维和空间维特征 更有说服力 ( 2 ) 采用非集计理论建立模型，并考虑引起活动和出行的个人、家庭等多种因素 基于话动的交通需求预测方法常采用非集计理论建立模型。多层次的模型结构反应出人们活动和决策 的层次结构，层次之间又是相互联系和相互影响的。基于活动的出行需求预测方法建模采用的离散的个体 数据，充分利用了调查数据的信息。而且考虑到家庭成员共同活动特征的影响，出行之间存在很强的关联 性。如小汽车拥有、居住地选择、生活方式选择等很多与出行有关的因素都是共同决策的结果。家庭的构 成、家庭成员的责任、家庭的经济收入等直接影响到家庭成员的出行安捧、出行次数、出行方式选择等 但基于活动的交通需求预测方法也存在其局限性。如基于活动的出行需求预测方法扩大了出行的分析 场景，增加了交通行为分析的难度；活动建模所需的数据信息量大，难以获取，增加了交通调查的难度和 数据分析、处理工作；由于基于活动的出行需求预测方法使用非集计模型，内在外在影响因素众多，模型 的建立和模型精度检验以及模型标定软件开发工作都有相当的难度，这也影响到活动模型的广泛应用 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外研究现状 2 0 世纪5 0 年代，国外首次提出并开始应用城市出行预测模型6 0 年代开始用于主要道路的基础设施 投资决策。最早的出行预测模型是一种只包含几个参数、用集计数据进行标定的简单模型称为集计模型， 是指将每个人的交通活动按交通小区进行统计处理、分析从而得到以交通小区为分析单位的模型f i 随 着交通管理政策的变化和实际预测问题的需要，复杂的模型逐步得到开发，非集计模型随之产生。非集计 模型是以实际发生交通活动的家庭或个人为单位，对调查得到的数据不按交通小区统计而直接用于建立模 型，该模型能够准确描述个人或家庭在出行时的选择过程”w l o g i t 模型是非集计模型的典型代表，1 9 5 9 年l u c e 首次对l o g i t 模型进行了理论研究” 2 0 1 1 9 7 4 年m c f a d d e n 对l o g i t 模型及其特性进行了完整论述， 逐步形成了非集计模型的理论体系，其中的模型包括m n l ( m u l t i n o m i a ll o g i tm o d e l ) 和n l ( n e s t e dl o g i t ) 等模型，m c f a d d e n 等人的研究带动了美国的m a n h e i m ，b e n a k i v a 和l e r m a n 等人的研究小组将非集计模 型推向了实用化阶段到了2 0 世纪7 0 年代后期，非集计模型的基本思想和方法开始用于实际预测，并于 8 0 年代得到改进。1 9 8 5 年，b e n - a k i v a 和l e r m a n 总结了以往经验。证明了非集计选择模型在交通系统规 划和预测中的可行性口“。此后，随着计算机技术和仿真算法的发展。出现了一些物理意义更丰富也更复杂 的非集计模型，如p r o b i t 模型，m i x e dl o g i t t ”l 、o g e v 模型( o r d e r e dg e n e r a l i z e de x t r e m ev a l u e ) ( s m a l l ， 1 9 8 9 ) 、p c l 模型( p a i r e d c o m b i n a t o r i a l i o g i t ) ( c h u ，1 9 8 1 ，1 9 8 9 ) “j 、m n p 模型( m u l t i n o m i a lp r o b i t ) ( b u n c h ， 1 9 9 1 ) 1 和c n l 模型( c r o s s - n e s t e di o g i t ) ( v o v s h a ，1 9 9 7 ) i j 等。m c f a d d e n 和t r a i n 于2 0 0 0 年证明了如 果采用合适的分布函数和变量，m i x e dl o g i t 可以在任何精度上趋近于任何一种随机效用模型【1 9 1 。2 0 0 0 年， 美国西北大学的k o p p e l m a n 等人通过用相同数据对p c l 、n l 和m n l 进行参数估计和预测，结粜表明 p c l 模型在预测的准确性方面要比后两个模型略好口】。 随着非集计模型的发展，2 0 世纪9 0 年代以后，很多学者开始将其应用于交通需求管理政策评价中， 并进行了一些理论研究和实践尝试。1 9 9 2 年，t o r l u e m k e 等人介绍了一种新的评价t d m 的方法，用出行 市场( t r a v e lm a r k e t ) 的概念按照居民出行的习惯推断出各种t d m 政策能够产生的期望弹性，对出行 进行分类，并将此方法应用于美国加利福尼亚州的圣地亚哥和萨克拉曼多两个城市以及华盛顿地区的交通 政策制定和规划的评价研究叶1 p “。1 9 9 3 年d a g a n g 和d e b o t a h 通过采集p l e a s a n t o n 和c a l i f o r n i a 等地实行 t d m 的数据，提出了一种评价城市郊区t d m 政策成本效益的非集计方法，通过输入给定工作地点的数据， 模型就能评价相关的1 8 项t d m 政策的效用。这对于管理部门正确估计将要执行的t d m 措施的成本和效 益非常有用i z “1 9 9 9 年w a l l a c e 等人研究了五种影响出行产生的t d m 政策：电信业务、可选择的工作计 6 第一章绪论 划、在线服务设施、价格政策和土地使用政策，用出行生成模型模拟了几种基于家和非基于家的出行应 用泊松和负二项回归方法对模型参数进行了估计，由此对这些政策的影响效果进行量化，但是这个模型没 有明确出行链的影响，对t d m 政策的描述还略显粗糙口“。2 0 0 0 年，w a l l a c e 等人研究了影响居民出行链 的因素，目的是确定是什么因素影响居民出行链中出行的数量，通过估计与t d m 有关的影响变量，评价 了t d m 对居民出行链的影响。他认为一条出行链中出行的数量与家庭特性、出行者特性、出行特性和城 市构成有关，并用负二项回归模型( n e g a t i v eb i n o n u a lr e g r e s s i o nm o d e l ) 进行了描述。同时他也分析了模型 的影响因素，并选择其中一些主要的变量预测了特定t d m 政策的影响效果及其对出行行为的影响口”。 2 0 0 2 年，l i q i a n g 等人通过分析日本福冈地区实行t d m 政策后工人的个人出行数据，统计分析了用不同 的出行方式进行上下班出行活动的规律和特点，从而得出影响工人出行方式选择的因素，用非集计l o g i t 模型对这些因素进行量化，从而得出当地实行的t d m 政策更适用于每天有两次出行的人，而对于每天出 行超过两次的还需要进一步研究唧j 可见，从上世纪8 0 年代至今，非集计方法不但逐步形成了自己的理论体系，还在模型种类、预测方 法上不断创新，而且已经逐渐开始用于简单的交通需求管理政策的仿真评价 在以非集计建模方法为基础的基于活动的出行需求预测理论方面，国外也做了大量的分析研究。最早 以基于活动的思想分析出行需求的是m i t c h e l l 和r a p k i n 1 9 5 4 年他们研究了出行和活动的关系，他们提出 研究出行行为应当在一个综合的框架之下进行【驯，奠定了基于活动出行研究的基础在此之后又有许多学 者进行了深入的研究和实践，如h a g e r s t t a n d ( 1 9 7 0 ) 开发了时间一地理( t i m e - g e o g r a p h i c ) 方法，描述了 出行者参与的各项活动在时空( t i m e - s p a c e ) 上的相互制约性：c h a p i n ( 1 9 7 4 ) 通过时空变量来标识行为模 式：f r i 酣，h a v e n s 和t h a l l ( 1 9 7 7 ) 提出了社会结构与活动的关系以及人们为何参与活动的问题【删。在此 基础上，1 9 8 3 年牛津大学的交通研究小组对于活动一出行行为进行了首次综合研究，给基于活动的出行 需求预测方法下了明确的定义，并进行了复杂出行行为建模的初步探索。2 0 世纪7 0 到8 0 年代基于活动的 出行需求预测模型开始用于实际预测。1 9 8 4 年p a s 发现工作地点、性别和家中儿童数量等人口统计因素对 活动和出行方式选择有很大影响，他研究了个人活动和出行决策的本质，使模型描述的选择过程更接近于 生活中的真实决策过程。1 9 9 5 年k i t a m u r a 等人又建立了基于时问和距离的活动效用计算方法h a m e d 、 m a n n e r i n g ( 1 9 9 3 ) 和b h a t ( 1 9 9 6 ) 找到了活动持续时间的模拟方法b h a t 和k o p p e l m a n ( 1 9 9 3 ) 通过考 察居民日出行模式的变化情况，提出活动模式生成系统的概念。近些年，研究人员开发了基于往返行程 ( t o u r - b a s e d ) 的需求预测模型，这种方法捕捉到了往返行程内不同出行间的相关关系，但是模型没有考虑 在家的活动与包含出行的活动以及一天中的多次往返行程间的相互作用。1 9 9 5 到1 9 9 6 年，b e n a k i v a 和 b o w m a n 提出了日活动安捧模型，把一天中所有的往返行程连接起来作为整体来考虑，解决了基于往返行 程模型存在的问题1 7 且l ”1 9 9 4 年，美国的b o w m a n 和m a r kb r a d l e y 等学者根据p o r t l a n d 地区的具体交通状 况建立了一个日活动计划预测系统。该系统可以对居民的出行频率、出行目的地、出行方式、出行起始一 终止时闻进行预测。 在活动目的地和方式选择的集成模型研究方面，国外学者对活动目的地和方式选择集进行了定义，分 别川集计和非集计方法建立了活动目的地和方式选择分析模型，研究了目的地选择的影响冈素，并针对发 展中国家特点进行了方式选择研究。b o w m a n ( 2 0 0 0 ) 朋i v l n l 模刑进行主要出行链和次要出行链中的目的 地选择和方式选择分析。选择集由4 8 个选择肢，包括8 个抽样的交通区和6 种交通方式。该文还对交通 小区的抽样方法和出行链中交通方式的定义进行了研究，并对主要出行链和次要出行链的模型标定结果进 行了对比分析p “。v i s e m 采用重力模型进行目的地选择，将活动链转化为出行链。月的地选择取决于f 1 的地小区的吸引度和起迄点小区之同的阻抗。根据不同类型的活动对阻抗的敏感度不同分别建模。方式选 择模型采刚i o g i t 模型，并以聚类人群为单位标定。与传统的方式模型相比v i s e m 考虑了出行链中方式的 转换性特征，将方式区分为可转换方式( 步行、小汽车搭乘、公交) 和不可转换方式( 小汽车、自行车) ”“。k i t a m u r a ( 1 9 9 8 ) 研究了活动发生时间段、活动持续时问、居住地点选择对于目的地选择的影响。研 究结果表明，时问越晚，对地点选择的约束越明显；活动持续时问越长，出行者选择远距离活动地点的概 率越大；对非家为基点的出行目的地选择而言，影响地点选