基于PCL的交通方式选择模型研究

1、中山人学 硕士学位论文基于pcl的交通方式选择模型研究 姓名：曾素勤申请学位 级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：李军20080604中山人学硕士论 文摘要 基于pcl的交通方式选择模型研究 专 业：交通信息工程及控制硕士 牛匕曾素勤指导教师：李军副教授摘更交通方式选择模型的研究对于城由交通规 划中交通方式结构的确定、交通需求分析等都i分关键。交通方式选择模型的建立 或改进，主要是为了能使模型能提供准确的信息，达到解决实际问题的冃的。针对 现有模型计算困难、数据量大、模型缺乏理论支持或可移植性斧等问题，本文提出 了一种基于pc l的交通方式选择模型 n. pcl模型。新模型是在对mn

2、l、nl、pc l等儿种经典模型结构以及性能方面进行全面分析的基础上建立起 来的。它的建模思想主要是融入了pcl模型结构上的优势，并借鉴nl模型严格 的理论推导而来。由于nl模型是在假设效用随机项和互独立且满足g啪b e 分布的基础上求得，因此它在一定程度上存在1 o西t模型的两个缺陷：（1 ） i认 特性；（2 ）选择枝的效用仅与两选择枝效用的差有关，与它们本身的效用值无关。 为了缓解甚至避免l 0醇模型本身的两个缺陷，本文提出了相对效用以及公共效用 的概念，并对新建的n. pc l模型进行修正。通过对几个经典实例的分析证明， n. p c l模型能有效的缓解l0 9 i t模型的缺陷。文章

3、对n. p c l模型中组 对选择枝的效用、两选择枝之间的公共效用的求解方法进行详细的阐述，并使用d f p方法对模型进行参数的估算。最后，文章通过利用广州市购物出行的相关调查 数据，对模型进行了标定。通过与mnl. pcl模型在实际预测能力方面进行预 测精度的对比结果证明，n. pcl模型预测能力比较好，在实际应用过程中是一种较为有效的方法。n. pcl模型的提出，将会屮山大学硕士论文 摘要对交通方 式结构合理性的检验、简单预测以及新建交通方式预测等提供一种新的有效的途径。 n d p c l . n absorbs m e s 仃 uctural s u p e r i o r i 够 o

4、fpcl a i 1 d used the deduct ion method o f n l 白i . e f i i r e nee. became of 也c 嬲 s viii n 1 啦 on u- 1 a t u' 1 e e ft 0 r t e m 1 s 娥 il ideper 蜘孤 id i d e nt关键词：交通方式选择；非集计模型; 士论文摘耍research o nlogit模型；pcl i i中山大学硕the t r a v e 1 mode c h o ic e based o n the p a i r e0 2 i t combi nat orial

5、1d com dlnatorlal 10 9 1 t model m 旬 or： t ra m c infomat ion e n g i i1 e e r i i 1 g a i 1 d c o n to 1 name： zeng t r a c t o 1 1 1 e i o i c e n 1 o d e 1 t j o n os u q i ne s e a ri s v i tf缸avel modea础md飙 a 1 y s i s thes11newa r e s 1 1 s e d t 0 estimate t), of 锄 c p 1 a 血 ng most o f 恤 e s

6、 s u月南r舶m ii 1 esupervior：li jun ab c h on 卄 1 e 们 vel n 1 0 d e a 1 t 0 卄 1 e d e s 仃 u c t uand i ir e m d n p r o tile)t e n ： i 1t r a 伍 c v e d m or a _ t ici i 1d ce 1a t i o i 1 , n 啪 e r o c 鲫 p p o r t . 1 1 1 i s1 , n- p c l mode 1 ,2 l 1 logit mode n t 1 1 e m a 1 y s i sproblems, meh嬲du

7、s da 魄 b e i i培 1p a p a r p r e s e n b 弱 ed o n n 圮 pa1. the n e w m o o f p e r f b 如撇 c eathdting m o cun c a 1o f廿1 e o似inew mod o m b i 1 咖 r i s b 弱 e d r u c t u r ef nleclassical models,处匕 1 udi ng m n l, n li c a i > 7 讹 ghn b i e di 嘶 b ution,nl e 勰 s t e d lo 醇 model sat i s f i e s 吐

8、llc 1 i m j tat ion o f 1 o 豆m o d e 1 . i 1 1 o r d e r t 0 avoid me lilllitation o f10gi tm ode 1 , t1 1.ispap erpr0p 0ses tile re1at iveut i 1i够ai1dt1 1ec0o nuti 1 i 幼 a ndre vi sest 1 1en-pclmo de11 kex働叩1 e s h0ws廿1atn-pcl m0de1ca1 1e 虢 c t ive1 y r e kme1 i m i枷1 0n .1k1ssueab outii-1 euti 1虫可

9、o f pa1re da1te m at ivesa ndth eco mm0n u t i 1 时1sdi scus se di i1d“1】n 1enmem ode1 p 撇 m e teri sest imate dbym ed fpmeftlldsus迦缸d a纽0fsh oppi n£脚e1m0decho icei i 1g啪g吐o u c咄 m r e s u 1 t s h 0 > iv s n 1 a ： t m e p e m nn 绷 ice o f np cl mode 1 i s b e t tthan the n i n l a m d pc l. t

10、he n pcl、砸u t t t巾遗大学疆圭论文 攘要p oo v i d。a粼 w a耐e费秘c t i v e ap呻a c h董酷t : k e s t弧撕o n靠俄e蒯o n 蠢i够o f饿1 v e 1疑瓣i 1 e惑馥粒眦1港憲缸棵蕊e稻忍c鑫s乞x蛙w 9雌s ：纽粼1 mo&藤i o主ce；蠢s超g鲂g囊挺皴娥1 ； 1 o g o 如1 ；妆问c o m b i蜘r i a 11 o g 44 iv论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是木人在导师的指导下，懒13醒芯抗小陋玫某晒 3 闹 幸丫 19 饕玫哪進萃猱韭畚牟话 魏纹泳鑒嘶蚣逡丫 “屯蜃垂淖 離烦晒

11、6员疚牡难芯孔轿鮒扁 毕椎母鑒撕图 澹言谖闹幸悦魅贩绞奖咎鳌1救送耆 徒兜奖旧 轄姆 山谢 杀救顺械!?学位论文作者签名：曾素勃日期: 弦谚年6月尹日学位论：定使用授权声明本人完全了解屮山大学有关保留、使用 学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指主机构送交 论文的屯子版和纸质版，有权将学位论文阉于非赢利露的的少量复制并允许论文进 入学校图书馆、院系资料室被查圍，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检 索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。学位论文作者签名：嗜轰勃导 师签名：多事日期：弘喀年6月争锻日期：.2-n,辉多月少豳中山大学硕士论 文第1章绪论第1章绪论

12、上个世纪六七十年代是西方国家经济发展的黄金时期, 但是伴随着经济高速发展的是交通状况的不断恶化，交通事故、交通拥挤、环境污 染、能源短缺等成为世界各国共同面临的问题。我国口从改革开放以來，城市道路 建设一直是城训建设的克中z克。但是随着国民经济的持续稳赵发展和城市化进程 的加快，城市空间规模不断扩大，城市人口迅速膨胀，城市机动车拥有量在快速增 长，交通需求发生了前所未有的迅猛增长。我国大中城市交通普遍都承受着日益沉 重的压力，城市道路交通的供需极其不平衡已经成为各级政府和广大人民最关心和 头痛的问题，已成为制约国民经济发展的主要瓶颈。要解决城由化进程中的这种城市道路交通供需的不平衡问题，仅仅单

13、方面依靠增建、拓建道路交通设施的办法是 不可能从根本上解决的，况且在城市建成区靠人量拆建來增建、拓建道路交通设施 是得不偿失的。如何适度地进行交通基础设施的建设和有效地控制、引导交通需求, 从而缓解日益严峻的交通问题，实现城由交通可持续发展，已经成为我国城山交通 需要解决的重人问题。因此，要发展城市交通，采取适当措施缓解交通系统的供需 孑盾，建立可持续发展的交通缓解，已经成为冃前函待解决的社会问题，于是交通 需求管理的理论和方法的研究越来越受到人们的重视【1j。1.1城市交通需求 管理1 . 1 . 1城市交通需求管理交通需求管理（ii） m）是指在适度的交通建设 规模下，合理控制交通需求总量

14、，削减不合理的交通需求，即通过引导、调节交通 需求的时空分布，使供需平衡，达到缓解交通拥挤、保证系统有效运行、让客货出 行迅速、安全地到达h的地、同时改善城市生态环境和居民生活环境质屋的口的【1 1 o交通需求管理的核心是通过诱导人们的出行方式来缓解城市交通拥挤的矛盾。然而实践证明，tdm政策的实施未必都能取得预期效果，也有许多措施不被岀行 者接受，或对居民出屮山大学硕士论文第1章绪论行产生误导。因此，管理部门和 研究者们越來越重视在t dm措施实施之前通过出行需求预测來研究居民的出行特 征，正确分析城市居民的出行行为，从而对居民的出行需求做出正确的估计。出行 需求预测理论和方法可以为政府采取

15、交通管理措施提供依据，能对t dm各种措施 的可行性、实施效果和对交通、环境、社会等系统造成的影响起到评价作用，从而 更好地为需求管理服务，为政府制定交通管理政策捉供依据。因此可以说，出行需 求预测是运输系统规划的基础，也是制定需求管理措施的前提和保证交通规划工作 顺利进行的关键。112交通需求预测模型方法的发展交通需求预测（交通需 求分析）是交通规划的基础工作以及主耍依据，也是交通规划的主体部分【2 1 o 交通需求预测是通过对现状交通需求与其相关因素z间的关系进行分析，结合相关 因素以及未来的规划发展情况预测未来的交通需求特点与发展趋势，为交通基础设 施的规划、布局、设计、交通管理与控制提

16、供决策依据。从交通规划到交通管理和 控制都是以交通需求分析为依据、在交通需求分析的基础上进行的。以定量数据为 基础进行城市综合交通规划起源于美国，并月在世界范围内得到了迅速发展。1 9 5 3年，美国大都市圈底特律首先开始进行交通调查，1 9 6 2年发表了高速公路 规划报告书。名为t r a m c study的底特律都市圈交通规划，其核心是高速 道路规划。其后，芝加哥市发表了c 1 1 i c a g o心ea t r a i 1 s p o n a t i o n study，它对芝加哥都市圈交通规划包括道路规划在内的大运量 交通方式进行了综合考虑，开发了包括交通方式划分在内的四阶段交通

17、需求预测法, 开创了城市综合交通规划之先河。1 9 6 2年美国制定的联邦公路法规定凡5万人 口以上城市，必须制定以城市综合交通调查为基础的都市圈交通规划，方可得到联 邦政府的公路建设财政补贴，这项法律直接促成交通规划理论的形成和发展。开始, 交通预测只是关于交通发生、交通分布、交通分配三个阶段的预测。2 0世纪6 0 年代后期，口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新 的预测内容。此后，交通规划变成了交通发生、交通分布、交通方式划分和交通分 配四个步骤，这就是交通规划的四步法（也叫四阶段法）理论。在广岛都市圈的交 通规划中，交通方式的划分中最早使用非集计的研究方法。2

18、0世纪7 0年代，美 国2中山大学硕止论文第1章绪论联邦政府投资在旧金山市兴建了一条公交铁路系统，连接旧金山和其周边城市，以解决交通拥挤，提高交通效率。在这个项目中, 包括了发展有效的交通方式需求预测模型。在这个研究中，伯利克经济系教授麦克 法登(m c f a d d e n)提出了多元lo g i t模型，为离散选择模型在交通以 及经济领域中的研究开辟了一个新的领域。【34】12交通方式划分预测12 1交通方式划分预测交通方式划分预测是城市交通规划交通需求预测的重 耍组成部分，也是城市交通规划的重要步骤z-o交通方式选择行为研究对丁交通 需求分析、城市交通规划屮交通方式结构的确定等都是十分

19、关键的【5 1。城市交 通规划屮的交通方式划分，是为了预测在未来城市社会经济发展水平下居民出行对 各种交通方式的可能利用情况。交通方式划分预测实质上是为了预测各种交通方式 究竟会分担到多少客流流量，所以通常也称交通方式划分预测为交通方式分担率预 测【6 0研究出行者选择交通方式的行为特性，不仅可以从总体上比较真实、客 观地把握未来城市可能产生的交通运输负荷，帮助运输金业掌握运输需求的变化规 律，促进运输需求与供给的平衡，而且可以为优化城市未来交通运输方式结构，发 展合理的客运结构提供科学依据。1.2 . 2交通方式划分模型的分类由于交通方 式选择模型建立的好坏，直接影响到模型所提供的信息量的准

20、确程度。因此，只有 建立出尽可能符合实际悄况的模型，研究者才能够尽可能地掌握城市交通结构的实 际情况，进而制定出合理、有效的交通政策。国内外对交通方式划分预测技术的研 究起步于5 0年代初期。puget sound分类预测模型是美国最先发展起來 的交通方式分担率预测模型之一【7】。该类模型是以统计学为基础的，通常称为 集计模型。它们涉及极其广泛的调查统计和分类工作，因而不适用于人、中型城币 的交通预测，也不适用于城市交通方式结构有很大调整的场合。h前国内外常见的 模型主要有：冋归模型、转移曲线模型(即分中山大学硕士论文第1章绪论担率曲 线法)、重力模型的转换型、损失最小模型。与集计相对应的是非

21、集计模型，即交 通方式划分预测离散概率选择模型引。非集计模型是基于最人随机效用理论基础上 的，它从微观经济学的角度，致力于对人的交通方式选择行为的分析。这一类方法 分析的对象是个体，它将个体的原始资料不加任何处理直接用來构造模型。非集计 模型在规划领域屮，尤其是在交通现状分析以及政策制定等方面所显示岀的优势， 引起了广大学者的注意【9】。它是冃前应用极其广泛的交通方式划分预测模型。 该方法特别适用于缺乏长期交通资料积累的发展中国家的城市交通规划。1.3论 文研究内容及意义交通方式划分预测是城市交通规划交通需求预测的重要组成部 分，也是城市交通规划的重要步骤之一。交通方式选择模型的研究对于城市交

22、通规 划屮交通方式结构的确定、交通需求分析等都十分关键。由于交通方式选择模型建 立的好坏，直接影响到模型所提供的信息量的准确程度。模型的建立就必须要考虑 新建的模型的适用性，模型结构的复杂度，模型的可操作性，模型理论的可靠性以 及模型在进行政策评价时的实用性等问题。开展木论文的研究主要是基于以下儿个 原因：(1 ) 0l o g i t模型提出以来，它在交通方式划分预测中一直都处于重 要的地位；模型的改进一直是各国学者研究的热点；(2 )模型的建立就必须要考 虑新建模型的适用性，模型结构的复朵度，模型的可操作性，模型理论的可靠性以 及模型在进行政策评价时的实用性等问题。但h前已有的几种预测效果

23、较好的模型, 如p r o b i t模型以及各种l o醇改进模型在应用中都存在一些缺陷，比如模型 计算困难、数据量大、模型缺乏相关理论支持或可移植性差；(3)几种比较简单的l o g i t模型在实际应用中有比较人的优势。但模型的预测能力方面还有待提 高。如果能在几种简单的l o醇模型的基础进行改进，得到一种简单有效实用的模 型，将会对交通方式结构合理性的检验、简单预测以及新建交通方式预测等捉供新 的有效途径；因此，本论文的主要工作集中在新模型的建立以及分析。本论文的研 究内容4中山人学硕士论文第1章绪论是由儿个相互联系的部分组成，具体的工 作内容如下：（1 ）由于p c l模型在推导的过程

24、屮没有可靠的理论支持，但是该 模型在结构上能有效的解释不同选择枝z间的相关问题。而nl模型则与pc l模 型相反，nl模型是在mnl模型的基础上推导而来，有可靠的理论支持。但是， 在模型结构上，它仅能解释部分选择枝z间的相关问题。因此，木文通过两种模型 进行分析，利用二者优势互补的特点，建立了n. pc l模型。（2）由于mnl、 nl两个经典模型都是在假设效用随机项相互独立且满足极值分布（g u n 1 b e 1分布）的基础上推导而来，因此它们都在一定程度上存在l 0酉也模型的対个缺陷: i队特性；选择枝的效用仅与两选择枝效用的差有关，与它们本身的效用值无关。 为了缓解甚至避免上述问题的出

25、现，本文提岀了相对效用以及公共效用的概念，并 对新建的np c l模型进行修正。（3）文章对n. p c l模型中组对选择枝的 效用、两选择枝之间的公共效用的求解方法进行详细的阐述，并给出了模型参数的 估算流程。文章通过利用购物出行的相关调查数据，对模型进行了标定。1 . 4论 文结构安排第一章绪论部分，通过介绍城市交通规划中交通需求管理的重要性，以 及作为需求管理手段之一的交通方式划分预测方法的发展，叙述了论文的研究背景、 研究意义以及主要的研究内容等；第二章，为了更好的说明本文模型的建立以及使 用到的相关方法，本章论文对非集计方法、l 0 9 i t交通方式选择模型、公共效 用等三个方面的

26、国内外研究情况进行文献冋顾；第三章，即本文的核心内容。本章 内容先通过对几种经典模型进行比较，分析各模型多方面的优缺点。通过提取各种 模型的优点并对它们进行有效组合，从而建立新的交通方式选择模型n. pc l模 型。文章对n-pcl模型的推导进行详细的说明。接着，新建模型与经典模型进 行结构的比较，并以此说明本文模型的特点。最后，文章利用经典实例对n. pc l模型进行分析。第四章，文章对n. pc l模型屮组对选择枝的效用、两选择枝 z间的公共效用的求解方法进行详细的阐述，并给出了模型参数的估算流程。最后, 文章利用5屮山大学硕士论文第1章绪论广州市居民购物出行的相关数据对n pcl模型进行

27、模型标定，并与mnl、pcl模型在实际预测能力方面进行预测 精度的对比。第五章，总结全文，并设想对l o g i t的扩展和下一步研究工作。 6屮山大学硕士论文 第2章国内外研究综述 第2章国内外研究综述21非集计 方法2. 1 . 1非集计方法介绍非集计模型是非集计分析的产物，它主要还是针对 传统的、“集计的”四阶段与此法而言的。在传统的交通规划或交通需求预测中，通 常将对象地区或群体划分成若干个小区或群体等特定的集合体，然后以这些小区或 群体为基本单位，展开问题讨论。因此，在建立模型或将样本放大的时候，需要以 这类的集合体为单位对数据进行集计处理。此类的例了有小区的平均出行次数、小 区内出行者的平均年龄、小区z间利用某种交通方式所需的平均时间等等。通过上 述集计处理得到的数据称为集计数据，而用集计数据所建立的模型称为集计模型。 非集计模型与传统的集计模型不同，它是以实际产生交通活动的个体为单位，并明 确以个体出行效用最大化假说为基础，强调作为行为决策单位的个休在一个可以选择的、选择枝又是相互独立的集合中，选择效用最人的选择枝。模型的构造以随机 效用函数