（交通运输规划与管理专业论文）高速铁路与民航客运量分担博弈模型研究.pdf

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独立的科研学习能力，在此对他们表示由衷的谢意。 最后，要感谢我的父母，他们不辞劳苦，二十四年如一日，倾尽全力为我的 学业提供经济上和精神上的支持，正是有了他们的理解和鼓励，方能使我在学校 专心完成学业。 北京交通人学硕十学位论文 中文摘要 中文摘要 摘要：随着我国综合运输体系的逐渐完善和高速铁路的大规模建设，客运市场的 运能瓶颈将被打破。旅客出行所能选择交通方式的增多，使得各种交通方式之间 的竞争日趋激烈。各种交通方式都面临着如何适应市场需求，提高自身竞争力的 问题。研究运输通道内高速铁路与民航之间的客运量分担关系，对于提高二者运 输效率，优化资源配置，方便旅客出行具有重要意义。 本文在介绍我国综合运输通道客运市场总体情况的基础上，结合实际的旅客 调查数据，从供给差异因素、需求决定因素和外部环境因素三个方面分析了我国 客运市场的客流特性，并将旅客划分为票价敏感型、速度敏感型等五个类型。进 而运用层次分析法确定了各类型旅客在进行出行选择行为时关于票价、速度、舒 适度、安全性和便捷性五个指标的权重系数；其次以社会效益最大化为目标，运 用管理博弈论相关知识构建了交通方式运量分担博弈模型，并依据运输市场实际 情况对模型做了进一步简化，随即证明了模型贝叶斯纳什均衡的存在性。此外， 引进旅客时间价值的概念，在完成了对速度、舒适性、便捷性指标的时间尺度量 化后，实现了对旅客出行效益的刻画。 最后，本文分别以郑西、武广两对o d 间的高铁与民航作为分析对象，针对 当前二者运输策略，根据本文所建立的模型计算出了客流分担结果。其中郑西案 例分析的结果与实际情况较为接近，很好地验证了模型的实用性；在武广案例分 析中，得出高铁分担量低于民航分担量的结果，表明当前武广高铁运营策略有着 较大的优化空间，随后以票价为调整对象，计算出了旅客对于票价因素的敏感区 间，为武广高铁运营策略的改进提供了参考意见。 关键词：交通方式分担；旅客选择行为；高速铁路；民航；博弈论； 分类号：u 1 1 6 1 a bs t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h ec o n t i n u o u si m p r o v e m e n to fc h i n a s i n t e g r a t e dt r a n s p o r t c o r r i d o ra n dt h ec o n s t r u c t i o no fl a r g es c a l eh i g hs p e e dr a i l w a y s ，c h i n aw i l lb ea b l et o b r e a kt h eb o t t l e n e c ki n p a s s e n g e rt r a n s p o r t p a s s e n g e r s i n c r e a s i n gc h o i c e s o f t r a n s p o r t a t i o nm o d e si n t e n s i f i e sc o m p e t i t i o ni nt h i sm a r k e t a 1 lk i n do ft r a n s p o r t m o d e sp r o v i d e rh a v et os o l v et h ep r o b l e m so fa d j u s t i n gt om a r k e td e m a n d sa n d l n c r e a s m gt h e i ro w nc o m p e t i t i v e n e s s a n a l y z i n gt h ed i s t r i b u t i o no f p a s s e n g e rv o l u m e b e t w e e nh i g hs p e e dr a i l w a y sa n dc i v i la v i a t i o ni s h i g h l yr e l e v a n tt oi m p r o v i n g t r a n s p o r t a t i o ne f f c i e n c y o p t i m i z i n gr e s o u r c ea l l o c a t i o na n dp r o v i d i n gc o n v e n i e n c et o p a s s e n g e r s b a s e do nt h eg e n e r a lc o n d i t i o no f p a s s e n g e rt r a n s p o r t a t i o ni nc h i n a si n t e g r a t e d t r a n s p o r tc o r r i d o ra n dd a t ac o l l e c t e df r o mf i e l ds u r v e y s ，t h i st h e s i sa n a l y z e st h e c h a r a c t e r i s t i c so fp a s s e n g e rf l o wf r o mt h r e e p e r s p e c t i v e s ：f a c t o r sl e a d i n gt o d i f f e r e n c e sb e t w e e nd e m a n da n ds u p p l y , f a c t o r sd e t e r m i n i n gd e m a n da n de x t e r n a l e n v i r o n m e n t p a s s e n g e r sa r ed i v i d e di n t ot i c k e t p r i c es e n s i t i v e ，s p e e ds e n s i t i v ea n d o t h e rt h r e ec a t e g o r i e s t h e n , f i v ew e i g h tc o e f f i c i e n t so f p a s s e n g e r sa r ee s t a b l i s h e db y u s i n ga n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sw i t hf i v ei n d i c a t o r sc o n c e r n i n gp r i c e , s p e e d ，c o m f o r t ， s a f e t ya n dc o n v e n i e n c e w i t ht h eg o a lo fm a x i m i z i n gs o c i a li n t e r e s t s ，t h i st h e s i s a p p l i e sk n o w l e d g eo fg a m et h e o r yt oe s t a b l i s hag a m et h e o r e t i cm o d e lo f p a s s e n g e r v o l u m ed i s t r i b u t i o n t h e n ，t h em o d e li ss i m p l i f i e db a s e do nt h ep r a c t i c a ls i t u a t i o no f t r a n s p o r t a t i o nm a r k e tt op r o v et h ee x i s t e n c eo fn a s he q u i l i b r i u mi nb a y e sm o d e l b e s i d e s ，t h ec o n c e p to fp a s s e n g e r s t i m ev a l u ei si n t r o d u c e dt or e f l e c tt r a v e l l i n g e f f i c i e n c yb ym e a s u r i n gt h es p e e d ，c o m f o r ta n dc o n v e n i e n c eb yi n d i c a t o r so ft i m e h lt h ec a s es t u d y ，t h i sp a p e rc o m p a r e st l l eh i g hs p e e d r a i l w a ya n dc i v i la v i a t i o n i nac o u p l eo ft w oo d s ( z h e n g z h o u - x i a n ，w u h a n - g u a n g z h o u ) b a s e do nt r a n s p o r t s t r a t e g i e so ft h et w o ，t h et h e s i sp r o v i d e st h ed i s t r i b u t i o no fp a s s e n g e rf l o wb e t w e e n t h et w o a sar e s u l t ，t h ea n a l y s i so f z h e n g z h o u - x i a i lr a i l w a yi sc l o s e rt ot h er e a l s i t u a t i o n ，w h i c hp r o v e st h a tt h em o d e li s p r a c t i c a l i n t h ec a s e s t u d y o f w u h a n - g u a n g z h o uo d ，p a s s e n g e rv o l u m eo fh i g hs p e e dr a i l w a yi ss m a l l e rt h a nt h a t o fc i v i la v i a t i o n ，w h i c hs u g g e s t st h a tt h e r ei s h u g er o o mo fi m p r o v e m e n tf o rt h e o p e r a t i n gs t r a t e g yo fw u h a n g u a n g z h o uh i g hs p e e dr a i l w a y f i n a l l y , t oa d j u s tt i c k e t p r i c e ，t h et h e s i sc a l c u l a t e sp a s s e n g e r s s e n s i t i v ei n t e r v a l sf o rt i c k e tp r i c e st op r o v i d e a d v i c e sa st oh o wt oi m p r o v et h eo p e r a t i n g s t r a t e g i e so fw u h a n - g u a n g z h o uh i g h s p e e dr a i l w a y k e y w o r d s ：d i s t r i b u t i o no f p a s s e n g e rv o l u m e ；p a s s e n g e r s c h o i c e sb e h a v i o r ： h i g hs p e e dr a i l w a y ；c i v i la v i a t i o n ；g a m et h e o r y ； c l a s s n o ：u 1 1 6 1 v 北京交通大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要。i i i a b s t r a c t i v 目蜀乏v i 1 弓言1 1 1研究背景和意义。1 1 2研究现状综述3 1 3论文研究方案5 1 3 1论文研究内容5 1 3 2研究思路与技术路线6 2相关理论基础7 2 1交通方式划分相关理论7 2 1 1交通方式划分相关概念7 2 1 2影响交通方式选择的因素7 2 1 3 交通方式分担模型发展历程8 2 2博弈论概述。9 2 2 1博弈论的发展历程9 2 2 2 博弈论的分析基础及其分类1 0 2 2 3博弈论与交通系统建模1 3 3客流分析1 6 3 1 客流分担影响因素分析1 6 3 1 1 运输方式供给差异因素1 6 3 1 2 出行者需求决定因素：1 8 3 1 3 客运市场外部环境因素1 8 3 2 客流特性1 9 3 2 1 客流结构1 9 3 2 2 客流类型划分1 9 3 3 影响因素权重分析2 2 3 3 1影响因素简化2 2 3 3 2层次分析模型构建2 3 3 3 3因素权重值确定及一致性检验2 4 3 4 小结2 7 北京交通人学硕士学位论文 目录 4运输市场博弈模型构建及算法设计2 8 4 1博弈模型的构建。2 8 4 1 1模型构建思路2 8 4 1 2博弈模型3 1 4 2模型的求解3 6 4 。2 1模型简化3 6 4 2 2算法设计3 8 4 3 小结4 0 5实例分析4 1 5 1郑州至西安实例分析4 2 5 1 1 相关参数的设定4 2 5 1 2结果分析4 3 5 2武汉至广州实例分析4 4 5 2 1相关参数的设定4 4 5 2 2结果分析4 6 5 3 小结5 0 6总结与展望。5 1 6 1论文总结5 1 6 2今后工作展望5 1 参考文献5 3 作者简历5 5 独创性声明一5 6 学位论文数据集5 7 北京交通大学硕+ 学位论文 引言 1 引言 1 1研究背景和意义 自改革开放以来，我国经济的快速发展和科技的长足进步，在促成了交通运 输业巨大变革的同时，也引发了人们在新时期对于我国交通运输业发展规划的众 多思考。总体来说，目前我国的交通运输业正处于路网规模和运输结构优化的大 发展时期，也是构建和进一步完善综合运输通道的重要时期。 在完善的综合交通运输通道内，公路、铁路、航空等多种运输方式并存，对 于日益增长的运输需求，如何科学地引导各种运输方式分工协作、实现优势互补， 实现运输量的合理分担也成为了交通领域科研人员研究的热点问题。 在旅客运输领域，由于收入水平的提高，票价已经不再是旅客交通方式选择 行为的唯一决定性因素，出行者的时间价值、运输产品的舒适性、便捷性、安全 性等也成为了影响旅客出行方式选择行为的重要因素。随着我国综合运输体系的 进一步成型，运能不足的“瓶颈 将被打破，在满足基本出行需求之外，出行者 的需求同益增多且呈现多样化、个性化，对各种交通方式所提供的运输产品也提 出了更高的要求，出行者也将会有更多的选择权。 对于各种不同的运输方式，由于交通工具、线路设施等方面的天然差异，导 致他们所提供的运输产品均有着其他交通方式所无法替代的特性。当运能极大丰 富，运输市场完成了由卖方市场向买方市场的转变之后，各种交通方式的运营商 为了能在今后的市场中谋得一席之地，就必须结合自身运输产品的特性，充分考 虑出行者需求，找准市场定位，有针对性地提供运输产品。 高速铁路的出现，被普遍认为是2 0 世纪后半页交通运输史上影响最为深远 的一次变掣1 1 。在提倡绿色交通的今天，集低碳、节能、环保等诸多环境利好特 性的高速铁路得到了国家政策的大力扶持。 新型交通方式出现的同时也对其它交通方式带来了冲击和挑战，综合运输通 道内，各种交通方式之间的客流分担情况将发生较大的变化。根据国外发达国家 的经验，高速铁路在5 0 0 公里以内的中短途客运市场上占有绝对的优势。譬如于 1 9 6 4 年l o 月1 日开始通车营运的，连结了东京与新大阪之间的东海道新干线全 程长5 1 5 4 公里，是全世界第一条载客营运高速铁路系统。新干线的出现使得从 东京去往新大阪的旅程时间由原来的近7 个小时缩短至不足3 小时。快速、高效、 安全、便捷的新干线很快得到了日本民众的认可，新干线也迅速占据了国内客运 市场的大量份额【2 】。而被誉为“亚洲航空业巨人 的只本航空公司在历经了5 0 1 北京交通大学硕士学位论文 引言 多年与新干线的竞争之后，由于失去了国内业务的市场份额，导致长年亏损使其 资不抵债，于2 0 1 0 年1 月1 9 日向当地法院申请破产保护。韩国高速铁路开通后， 国内民航客流降幅在3 4 - 7 5 之间【3 】。在欧洲，法国航空公司受法国高铁t g v 的挤压，陆续取消了多条航线，以开辟国际航线来应对高速铁路对中长途客流的 抢夺。 与一些世界发达国家相比，我国高速铁路起步虽然较晚，但是发展势头却很 快，尤其是2 0 0 3 年我国铁路“跨越式发展 理念的提出，结合国内扩大投资、 刺激经济增长的大背景，高速铁路更是迎来了前所未有的发展契机。据我国中长 期铁路网规划，到2 0 2 0 年铁路营业里程将超过1 2 万公里，其中时速2 0 0 公里以 上的高速铁路里程将超过1 8 万公里，将占世界高速铁路总里程的一半以上。在 2 0 0 8 年调整的铁路中长期发展规划中指出，为满足快速增长的旅客运输需 求，规划到2 0 2 0 年建设客运专线1 6 万公里。未来铁道部规划的“四纵四横” 客运专线，将与既有线提速改造工程相衔接，预计2 0 2 0 年我国可以形成连接所 有省会及5 0 万人口以上的城市的快速旅客运输网，覆盖全国9 0 以上人口【4 1 。 届时，我国将形成以北京、上海、广州等几个大城市为中心的都市圈，人们的出 行时间将大幅缩短，旧的时空观念将被彻底打破。 2 0 0 9 年9 月，在成都至重庆的动车组下线运行后不到5 个月，四川航空公 司取消了运营达1 9 年的成渝航线。石家庄至太原的高速铁路开通前，太原与北 京之间的航班每日往返约有2 0 多个，平均客座率都在七成以上。石太客运专线 开通后，太原飞往北京的早晚航班票价从原来的全价直线下降至目前的五六折， 甚至一度出现2 折票价抢客夺客源的惨境。2 0 0 9 年1 2 月2 6 日正式运营的武广 高铁，全长约为1 0 6 8 8 公里，将武汉到广州的运行时间缩短到了三小时以内， 航空的时间优势不复存在。为了应对高铁的挑战，民航公司被迫采取了一系列诸 如打折、快速登机等措施来维持现有的客运市场份额。 高速铁路在我国的产生和发展给民众出行带来新的选择，同时也深刻影响着 区际综合运输通道的客运市场结构。已经投入运营的高速铁路在与航空运输的竞 争中，以其自身优势吸引了相当一部分民航客流。这在中短距离运输通道中表现 尤为明显。然而，高速铁路在我国的发展毕竟处于起步阶段，航空运输作为中长 距离客运的主要运输方式，在我国已经发展了几十年，拥有相对稳定的市场份额 和成熟的运营机制，并且各家航空公司针对高速铁路的开通运营，都进行了充分 的研究和策略的调整。此外，由于高速铁路投资巨大，运营成本较高，加之航空 运输相较铁路运输而言具有纯运行速度快、票价制定灵活等特点，如果高铁不能 通过调整自身竞争策略，争取到尽可能多的客流，必将影响高速铁路未来的发展 p j 。因此，研究高速铁路与民航运输之问的竞争博弈关系，对于实现高铁与民航 2 北京交通大学硕士学位论文引言 之间的合作共赢，构建资源配置合理、客流分担均衡的综合运输通道具有重要意 义。 1 2 研究现状综述 近年来，国内外专家学者运用多种方法对运输市场中各种运输方式竞争策略 的制定进行了深入研究，其中的关键问题集中在研究和分析市场竞争条件下不同 运输方式之间的运营策略的制定对客流分担结果和最终运营效益的影响。 其中关于研究在竞争条件下各种交通方式如何优化运营策略的主要研究成 果有： 英国学者n i c o l e a d l e r 等人从博弈论的角度出发，重点研究了泛欧运输体系 ( t r a n s e u r o p e a nn e t w o r k s ) 中长途客运市场中各种交通方式的竞争关系，并为 进一步分析今后泛欧运输体系中的客流均衡问题提供了基础【6 】。在其所建立的模 型中主要考虑了高铁、民航以及传统交通方式三个竞争主体，并以票价、开行频 率、运营成本、基础设施布局等多个因素作为变量构造了各个交通方式的效益函 数。当目标函数定为运输体系所生产的整体社会效益最大化时，最终得出应该鼓 励发展泛欧高速铁路网的结论。 c h i u n g - w e nh s u 等人以台湾铁路网为例，研究了台北至高雄运输通道内高 速铁路与既有铁路之间的竞争合作关系f 7 1 。通过借鉴经济学中经典的线性城市模 型( l i n e a rc i t y ) 定义了进出路网费用的概念并给出了相应的计算方法，继之以 双重定价机制( 固定费用和可变费用) 作为两种交通方式的票价的制定策略而构 建了一个博弈模型，随后提出了一种以循环坐标上升法( c y c l i cc o o r d i n a t ea s c e n t m e t h o d ) 为基础的启发式算法，求解了模型的纳什均衡。并在最后实例分析的结 论中，给出了台湾高铁票价制定的优化策略。 y o u d is c h i p p e r 等人为了研究民航市场在不同需求条件的运营状况，构建了 一个两阶段博弈模型( t w o s t a g eg a m e ) 来描述各民航公司之间的竞争关系，运 营商策略调整依次考虑开行频率的设定和票价的制定，即民航公司在博弈第一阶 段采用调整开行频率作为竞争策略，第二阶段才考虑调节票价作为竞争策略。最 后在对荷兰民航市场进行实例分析时，分别考虑了弹性需求及刚性需求条件下民 航公司之间关于开行频率设定和票价制定的博弈均衡，为优化民航公司经营效益 提供了建议【8 】。 n i c o l ea d l e r 从微观经济学的角度出发，通过构建一个两阶段纳什最优反应 博弈( t w o - s t a g en a s hb e s t r e s p o n s eg a m e ) 模型，论述了在无管制的前提下航空 公司如何发展和使用中枢辐射航线( h u b a n d s p o k e ( h s ) n e t w o r k s ) 来使自身在市 3 一 li卜 北京交通大学硕士学位论文引言 场竞争中获得最大利益的问题【9 1 。在博弈的第一阶段，运用一个线性方程计算出 潜在旅客人数；博弈的第二阶段，则通过一个综合考虑了票价、机型等因素的非 线性函数计算出客流分配均衡条件下的航空公司的目标收益。 r o m a n ，e s p i n o 等人分析了西班牙“马德里巴塞罗那运输通道内高速铁路 与航空运输的竞争关系，他们使用基于s p 调查的有关数据对离散的方式选择模 型中的参数进行估计，由此构造了提升运输服务质量后不同旅客出行费用支付意 愿函数，最后发现通过减少运营时问、提高列车准点率等方式改进运输服务后， 在中长距离运输中高速铁路比民航具有更强的竞争力【l o 】。 2 0 0 4 年i l j o o nc h a n g ，g a n g - l e nc h a n g 二人以时间价值为变量提出一个计算综 合运输通道内高铁客运分担率的模型，该模型使用了一种“时空网络结构 的方 法描述运输通道内：高速铁路、民航、高速公路等各种交通方式之间的竞争关 系【l 。并通过综合考虑运行时间和票价等因素构造网络中每条路径的费用函数， 最终将结果应用于韩国东北西南运输通道( n w 二s ec o r r i d o r ) 实际情况的分析， 预测出了高铁在该通道中的客运分担率。 贺国光，纪银苗等人在只考虑公交和私家车两种出行方式的情况下，建立一 个分析交通方式选择行为的双层博弈模型。在其上层博弈中以社会收益最大化为 目标，描述了交通管理者和出行者之间的博弈关系；下层则刻画了私家车出行者 与公交出行者之间的博弈均衡。最后用三步法求解模型，并通过算例说明该模型 与算法的实用性【1 2 】。 何宇强、毛保华等人运用l o g i t 模型研究了客运专线的建成对通道上其他运 输方式的影响，在文中选择了经济性、快速性、方便性、舒适度、安全性为5 个衡量指标，并建立其广义费用函数，利用相关研究结果和极大似然估计法，确 定模型参数，最后以北京至太原问各种运输方式的竞争为例来研究所建模型的应 用【1 3 】。 冯焕焕，朱从坤二人以增强l o g i t 模型的实用性为目的，对l o g i t 模型中效 用函数的求解方法作了改进，采用粗糙集理论代替层次分析求解效用函数，并结 合两个o d 对间的客运量分担率的预测实例证明了模型的有效性【1 4 】。 张建高，郑乃伟二人从博弈论的角度分析了区域性大系统中的运输问题，考 虑了各个子运输系统之间的相对独立性和彼此之间的竞争，将合作博弈理论与运 筹学中的运输问题模型相结合，在允许子运输系统之间结盟的条件下，建立了全 局运输问题的博弈模型，证明了该模型构成一个n 人合作博弈，提出了在由若干 相对独立的子系统所构成的大系统中，如何实现运输问题最优方案的一个新方法 【1 5 】 o 朱从坤等人利用不确定规划理论，结合不同出行距离、不同收入水平的旅客 4 北京交通人学硕士学位论文引言 对运输方式服务属性的评价，用数学期望表示旅客出行的广义费用，提出了不确 定条件下运输通道内各种运输方式旅客最优和运输系统最优客运量分担率计算 模型，以及多目标客运量分担率计算模型，并设计了用于求解模型的基于随机模 拟的遗传算法【1 6 】。 此外对交通方式进行分析的成果还有很多，而国内研究人员对各种交通出行 方式之间协调发展进行定性分析的文章较多【1 7 】【1 8 】，提出的建议和所涉及的理论 很难满足制定并优化交通策略的要求，也有很多基于数学理论的解释，除了博弈 论之外，如随机效用理论【1 9 1 、熵理论【2 0 】、效用理论等均被广泛用于分析交通 方式选择行为的相关问题。但这些理论大多都是从交通方式运营商的立场出发， 研究对象均为市场的运营者，研究目的均为了更好地提高运营商的运营效益或实 现运输通道整体社会效益最大化，而对于运输市场的消费者旅客在交通方式 选择中的行为对整个运输通道最终交通量分担的影响，却没有进行深入研究。研 究局限于管理者与出行者或出行者之间的关系分析，没有把两者之间的竞争综合 起来考虑。 本文将在当前已有研究成果的基础上，运用管理博弈论的相关知识构建一个 双层搏弈模型，综合考虑客运市场的管理者各种交通方式的运营商之间的竞 争关系以及旅客与运营商之间的相互作用关系，比较客观地分析客运市场中各组 成部分对最终客运分担率的影响，最后以我国已经丌通运营的两条高速铁路( 郑 州一西安，武汉一广州) 的客运市场作为实证分析实例，计算当前高铁与民航的 运输策略对该区域客流分担结果，并提出运营策略改进的优化建议。 1 3 论文研究方案 1 3 1论文研究内容 本文的核心目标是构建运量分担博弈模型。围绕着该核心，主要展开了以下 五个方面的研究工作，分别是： ( 1 ) 通过查阅大量文献，完成国内外当前对相关问题的研究现状综述，明 确本文研究的重点内容； ( 2 ) 基于调研所获取数据，完成客流特性分析，运用层次分析法确定各种 运输方式运量分担率影响因素，并实现影响因素的约简量化； ( 3 ) 结合管理博弈论相关知识，构建高铁与民航运量分担博弈模型，并完 成对模型的简化； ( 4 ) 证明模型均衡状态的存在性，设计求解算法； 5 ! ! 室窒望盔堂堡主堂垡笙塞引言 一 ：! ! ： ( 5 ) 依据郑西、武广两对o d 之间的实际数据进行实例分析，检验模型的 实用性，并未为高速铁路与民航的合理运输策略制定提供建议。 1 3 2 研究思路与技术路线 依据上述主要研究内容，制定本文研究思路，并设计技术路线如下图所示： 图1 1 论文技术路线图 f i g l ig u i d e l i n eo f t h et h e s i s 6 北京交通人学硕+ 学位论文 相关理论基础 2 相关理论基础 2 1交通方式划分相关理论 2 1 1交通方式划分相关概念 随着经济的发展，人们出行需求日渐增多，因此在运输市场中，如何高效快 捷地满足广大民众的出行需求，各种交通方式如何合理分工等问题均涉及交通方 式划分问题的研究。 从不同的立足点来看，交通方式分担又称为交通方式划分或出行方式选择行 为。最早的交通规划理论只研究交通发生、交通分布、交通分配三个组成部分， 而没有研究交通方式划分环节。2 0 世纪5 0 年代后期，交通方式分担比例的观点 被用到美国芝加哥都市圈交通规划中，随后，该方法即被传到欧洲及日本。6 0 年代后期，日本广岛都市圈的交通规划首次提出了对不同交通方式进行划分这一 的新预测内容，形成了交通规划四步骤法理论【2 2 】。 让一个出行( t r i p ) 与一种交通方式( m o d e ) 相对应，一个地区( z o n e ) 的 全部出行数中利用该种交通方式的人所占的比例叫做该交通方式的分担，或简称 为方式分担( m o d e ls p l i t ) 。其中每个交通方式所分担的量叫做该交通方式的分担 交通量【2 3 1 。交通方式划分是交通规划理论“四阶段法中的重要组成部分，也 可以说是交通规划中最重要的经典模型之一，最早是应用于研究城市交通中的相 关问题。进行交通方式划分分析最主要的目的也就在于通过对现状和未来进行分 析，建立起一个各种交通方式之间的运量合理分担关系。 2 1 2 影响交通方式选择的因素 整体而言，影响交通方式选择行为的因素大致可以分为：出行主体特性因素、 出行特性差异和交通设施特性差异因素三大类。 ( 1 )出行主体特性：一般考虑收入水平、工作性质等： ( 2 ) 出行特性：主要考虑出行目的； ( 3 ) 交通设施特性：分为可测与难于测量两方面。其中，可测因素有：出 行时间、货币费用等；难于测量因素为：舒适性、方便性、准时性和 安全性等。 7 相关理论基础 案的概率是该方案的社会经济、时问等相关属性的函数。采用这种方法可以建立 更贴近现实的模型，到现在各种非集计模型的研究仍在继续。 非集计模型以效用最大化理论为基础，最早的非集计模型研究者主要有 w a r n e r ，l e r m a n 等，但他们的模型与传统的方法相比有明显而严重的缺陷，上 世纪7 0 年代，计量经济学家d a n i e ll m c f a d d e n 将经济学中的效用理论引用过来， 提出了一种“随机效用模型 ( r a n d o mu t i l i t ym o d e l 或简称r u m ) 的l o 西t 模型， 并由m o s h e b e n a k i v a 引入交通需求预测领域，他们以概率论为理论基础，从非 集计的角度对方式划分问题展开了研究，将模型推入实用阶段。 1 9 7 5 年，d o m e n c i c h 基于最大效用理论提出了离散选择模型，目前开发出 来的非集计模型种类很多，根据所采用的概率分布函数不同，又分为l o g i t 模型 族和p r o b i t 模型族，l o g i t 模型是非集计选择模型中最具代表性的，模型中反映 了出行者对k 类出行方式所感受到的从i 区至i 区的综合出行费用，到目前为止 还没有相关研究把这个费用和实时交通信息联系起来，进而运用实时交通信息修 正出行者的费用估计。l o g i t 模型假定不可观测的随机效用部分相互独立且服从 g u m b e l 分布，事实上，这种假设往往与实际情况是不相符的。但是，l o 西t 模型 由于形式简单，具有物理意义明确且便于计算等优点，因此在实践中被广泛利用， 为弥补t x , g i t 模型的缺陷，w i l l i a m s l 9 7 7 年提出巢式l o g i t 模型。在这之后，众 多学者一直致力于l o g i t 模型的改进：d a g a n z o 提出由多变量正态分布导出来的 p r o b i t 模型，比l o 西t 模型更具普遍意义，p r o b i t 模型虽然克服了这一缺点，但是 当选择方案数大于3 时，求解非常困难。 目前，应用最广泛的交通需求预测理论是基于交通出行的“四阶段 规划模 型展开的。“四阶段 交通规划法传入我国后，专家学者结合我国情况对“四阶 段 模型在我国的应用进行了研究【2 4 1 。国内专家学者对客运交通方式划分方面 的研究主要包括：对m n l 模型的改进：方式划分预测模型的建立。交通方式分担 率直接影响到区域内人们的出行效率和可供出行者选择的范围，是交通运输规划 和交通政策制定等重要决策的主要依据之一。因此，建立并利用对这些出行属性 敏感的模型是非常重要的，这些属性影响着个体出行方式选择。 可以看出国内外对于出行方式选择的研究主要是针对城市居民出行的选择 行为上，而针对区域内运输通道上的旅客出行选择行为的研究较少。区域内运输 通道上的旅客出行与市内居民出行相比，在出行特征和交通特性方面都有较大的 8 大学硕士学位论文相关理论基础 此对于区域运输通道内旅客出行行为选择的研究是综合运输通道中一个 很重要的研究方向。本文将在第四章中，利用管理博弈论，结合各种交通方式运 营商的运营策略制定机制，分析出行者的出行方式选择问题。 2 2 博弈论概述 2 2 1博弈论的发展历程 “博弈论 译自英文“g a m et h e o r y ，也称为“对策论”，是研究具有斗争 或者竞争性质现象的数学理论和方法【2 5 】，具体而言，博弈论就是研究决策主体 的行为发生直接相互作用时的决策及这种决策的均衡问题f 2 6 1 。也就是当一个主 体( 局中人) ，比如一个企业或团体的选择受其他企业或团体选择的影响，而且反 过来影响其他人选择时的决策问题和均衡问题。因此，从这个意义上来讲，博弈 论是研究决策问题的理论。 博弈论的思想很早就已经出现在人们的日常生活中，而对于具有博弈性质问 题的研究则可以追溯到1 9 世纪初甚至更早。例如，早至2 0 0 0 多年前中国著名的 “田忌赛马”就是一个典型的对策论研究的例子；近代如1 8 3 8 年c o u r n o t 提出 的简单双寡头产量垄断模型；18 8 3 年b e r t r a n d 和19 2 5 年e d g e w o r t h 的双寡头价 格垄断模型。但是，这种类似的研究都是孤立的、不具有普适性，也没有坚实的 理论基础的依托，因此不能将其上升到一门学科的高度。 学术界一般以19 4 4 年j o h nv o nn e u m a n n 和o s k a rm o r g e n s t e m 合著的巨著 g a m et h e o r ya n de c o n o m i cb e h a v i o r s ( 博弈论与经济行为) ，作为博弈论诞生的 主要标志【2 6 1 。该书在汇集了当时博弈论的主要研究成果的同时，首次将博弈论 的研究框架加以表述，细致阐述了博弈论的基本公理。书中关于双人零和博弈的 研究不仅成为现代博弈论研究的标准范式，所建立的关于不确定情形下的效用函 数公理体系，更是为研究不确定性条件下的理性决策铺平了道路。因此，g a m e t h e o r ya n de c o n o m i cb e h a v i o r s 的出版标志着博弈论作为- - f l 学科的建立【2 7 】。 2 0 世纪5 0 年代初，博弈论大师j o h nn a s h 发表了关于非合作博弈的两篇著 名论文，不仅确定了非合作博弈的形式，提出了博弈论中最为重要的解的概念一 n a s h 均衡，还证明了n a s h 均衡解的存在性。n a s h 均衡是较传统零和博弈中 极小极大解更为一般的博弈的解的概念，不仅适用于零和博弈，还适用于所有的 博弈模型。n a s h 均衡及其存在性为非合作博弈的一般理论奠定了基础，开辟了 博弈论研究的新领域。 在n a s h 之后，人们对博弈论的研究基本上都是沿着n a s h 均衡这条主线展 9 北京交通人学硕士学位论文相关理论基础 开的。在n a s h 均衡中，博弈的参与人的信息是完全的，即博弈的参与人对其他 参与人的情况有完全的了解；不仅如此，n a s h 均衡还要求博弈的参与入是理性 的而且理性的程度足以使得n a s h 均衡出现；同时n a s h 均衡是一个静态概念， 即在稳定的环境下，在其他的参与人不改变战略的条件下博弈的一种均衡状态。 然而现实是在不断变化的并且是时有重复的，为扩展n a s h 均衡的分析范围， r e i n h a r ds e l t e n 将n a s h 均衡的概念扩展到动态的甚至是多阶段博弈。在n a s h 均 衡的基础之上，s d