基于多项logit模型的城市公共自行车租借需求预测模型

1、基于多项logi艘型的城市公共自行车租借需求预测模型Vol,34No,1341第卷第期报大连交通大学学Feb,2013JOURNALOFDALIANJIAOTONGUNIVERSITY2013年2月1673-9590(2013)01-0019-06:文章编号logit基于多项模型的城市公共自行车租借需求预测模型112，陈红鲍娜吴瑶冯微1*(1,长安大学公路学院，陕西西安710064;2,潍坊华远公路勘察设计有限公司，山东潍坊261031)，logit，:摘要将城市公共自行车作为一种出行方式建立了不同交通方式的效用函数基于多项模型测,OD，算得到公共自行车的分担率以未来年居民出行为基础结合公共自

2、行车分担率测算得出公共自行,，车的租借需求并结合公共自行车和停车桩的周转率最终得到公共自行车以及停车桩的总规模以西安某，新城为案例采用所提出的方法对公共自行车以及停车桩的总规模进行预测结果表明方法简单高效便,于应用关键词:公共自行车;租借需求;自行车规模;停车桩规模文献标识码:A0引言公共自行车作为非机动车交通设施是一种公，共交通服务通过对公共自行车需求进行引导有,利于形成以及优化客运交通模式公共自行车的租借需求预测不仅会影响到规划部门对租赁政策，的制定而且也是对公共自行车租赁点进行选址,1-9,，和规划建设的依据因此对公共自行车的借,还需求进行合理预测是十分必要的本文将公共，logit，自行

3、车作为一种交通方式基于多项模型,对公共自行车需求预测进行研究1模型框架1图公共自行车租借需求预测过程，城市公共自行车可作为一种出行方式通过2logit交通方式选择的多项模型，对公共自行车和其他交通方式的特性分析建立基本模型2,1，logit不同交通方式的效用函数利用多项模型获根据效用最大化理论，假设出行者n选择交,OD取公共自行车的分担率以未来年居民出行，iU，n为基础测算公共自行车的租借需求并结合公共通方式的效用为出行者的出行方式选择inA，n自行车和停车桩的周转率最终得到公共自行车以方案集合为则出行者从出行方式选择方案n,1,A,i(1)及停车桩的总规模模型的框架如图所示集合中选择出行方式

4、的条件如式所示n:2012-05-13*收稿日期作者简介:吴瑶(1986)，女，助教，硕士，主要从事交通工程方面的研究E-mail:wuyaomaster126,com,2034卷第大连交通大学学报*U,U,ij,jA=Prob(V+,V+;ij,jA)P(1)?e?injnninininnnn(4)*,U:(2)其中可以用式表示inProb(V+)(V+)0)£?ininnnU=V+£(2)ininin由于两个独立的二重指数分布的概率变量差n，Vi为出行者选择第种出行方式效应函数式中in，服从二重指数分布可得到出行者的出行方式选，中非随机变化部分是可以由观测到的特性变量计

5、logit(5),择行为的多项模型的一般形式如式所示Vin;ni算的固定项e为出行者选择第种出行方式效ein=P(5)inVjn,应函数中随机变化部分即不能观测到的其他因素e?jA?n,的影响及已有变量的偏差引起的随机项2,2交通方式划分影响因素及效用函数niP出行者选择第种出行方式的概率表示in(1)交通方式划分影响指标(3),如式所示通过对居民个体属性和出行特性的定性分P=Prob(U,U，ij，jA)?ininjnn，析可知这两者对出行者选择出行方式的影响较Prob(V+,V+;ij,jA)e?ininjnjnn,，、大对于个性特征主要考虑年龄自行车和小汽(3)Prob(V+,max(V

6、+);£ininjnjn、；车保有量月收入等对于出行特性主要考虑出行i?j，j?A)n、,目的出行距离出行时耗和出行费用等建立以*U=max(V+),U=V+,e则有e定义njnjnnnn,1，下交通方式划分的影响指标如表所示*(0,1)，假设e服从参数的二重指数分布n,(4)则出行方式的概率可表示为式1表交通方式划分影响因素选择方式未知参数步行自行车小汽车公交公共自行车年龄x920,20:35,35:0,50:,1ini岁以下以上取值范围为之间1x=1,=0是否有自行车有自行车的无自行车的in292个体x是否有小汽车=1,=0有小汽车的无小汽车的in3属性93x月收入2000000

7、:5000,5000:3,2,3,1元以下以上分为段取值范围在之间in494出行目的x0=1,=0in5弹性出行目的刚性目的5x0:1km，2:3km，4:6km，6km:4，4，1出行距离以上分成段取值范围在之间in696出行x出行时耗in7特征xxxxx91n72n73n74n75n77x出行费用in8000x=燃油费用+停车费用x=车票费用93n84n88，行者产生不同的效用而在特定条件下出行者选各种出行方式出行所用的时间即出行时耗的计算方法如式(6):(10)所示,，择出行方式时总是选择其所认知的效用最大的x=L/v,(2)，ni(6)方案由式可知出行者选择其中第种出1n7ijpx(7

8、)=L/vU=V+,行方式的效用函数为cijb2n7inininx(8)=L/v，在确定效用函数项的具体形式时可以选择ijc3n7x=L/v+l/v+t(9)，用一种或者多种函数形式来表达但考虑到参数4n7ijBBppBw(10)x=L/v+l/v+t，V标定以及结果分析时的方便性假设与特性ijBpbpppbw5n7inv、v、v、v、，式中分别代表步行自行车小汽车x，向量呈线形关系故本文中效用函数形式如pbcBink;lli、j;公交车的运行速度为小区间的距离为(11),式所示ijBpK;l步行到公交站的距离为步行到公共自行车站pbp(iA)V=x(11)?0nin?kink;tt;的距离为

9、公交车的候车时间为公共自行Bwpbwk=1xnik车站的候车时间,式中为出行者选择第种出行方式的第ink(2)效用函数的确定个变量值；8为带估计参数,k，根据随机效用理论不同的出行方式会对出211，:logit第期吴瑶等基于多项模型的城市公共自行车租借需求预测模型NI(3)各种选择方式的效用函数'x加('x)lne)(18)6?inin?:公共自行车的推广主要针对的人群有三类n=1iAjA?nn,(18)L、可以证明式的也是关于8的凸函数短距离出行者长距离换乘出行者和非常规目的,L,L,因此对求9的偏导使其为零并求出使达出行者短距离出行者具体是指在自行车的出行k(5km),:适

10、宜的范围内采用公共自行车作为单一到最大时的8则有k9'x,、jn交通方式完成出行的人群包括通勤购物以及娱Nxe,?inkLiA?n=法0(19),乐为目的的交通出行者长距离换乘出行者指使？in)x,ink0n=1iAk0'x?njn,e?,用公共自行车作为公共交通的一个换乘工具且iA?nI、出行目的为日常通勤者节假日出门娱乐探访亲5) =119):(将式及6带入式可将其化简为？in,友或者购物的人群非常规目的出行者是指以健i=1N,身或者旅游等其他为目的的出行者在确定各选=0()P)x(20)5?ininink,择方式的效用函数时公共自行车的出行方式主n=1iA?n，要包括以上

11、三类人群的出行目的是为了求出公求L极大时的估计值8,可以对出行方式选择共自行车在城市日常交通出行中所占的分担率，模型的参数进行标定，得到的解即为最优估计值,:,(12)式进而达到预测公共自行车需求的目的2,4参数检验式(16)为各种交通方式的效用函数,为了判断标定的参数值与理论数值是否步行：=,t(t/致要对所有参数进行检验0具标准偏kV=x+x+x+c(12)991n41n461n671n719k=差)，令t,v为方差协方差矩阵中的第k个k自行车：vk榛V=0x+0x+0x+c(13)2n42n462n672n720,1=,对角元素根据统计学知识在置信水平a小汽车：t,|1,65,90%时当

12、？且符号正确时则有的把k(14)V=9x+9x+9x+9x+c3n43n463n673n783n83x;握认为对出行者的出行方式选择影响显著ink公交车：|t|1,65,90%x当？时则有的把握认为对出kinkV=9x+9x+9x+9x+c(15)4n44n464n674n784n84,T行者的方式选择没有影响检验值不能绝对的公共自行车:，|t|1,65说明变量的有效性因此在出现？时不k(16) V=9x+9x+9x+c5n47n467n677n75能随便将此元素去掉，要根据以往经验进行判定,，xn，x,1，3,;式中为第个人的家庭收入其中？in41n4xn，x,1，3,;为第个人本次出行的距

13、离其中？3in61n6规模测算xn;xn为第个人本次出行的时耗为第个人本in7in8公共自行车规模测算3,1；c次出行的费用9为相应特征变量的未知参数ii公共自行车周转率是指单位时间内单个自行为常数，通过线性拟合得到,车平均被借出的次数单位时间内公共自行车的2,3参数标定、，借出次数归还自行车次数以及调度有关系因N,8进行标定设样本数为6为为了对参数in,、，此如果自行车归还及时使用周期短则可以通，=1,i概率变量若6则出行者选择第种出行方in过调度实现用较少自行车满足出行者的借车需；=0,ogtli式否则6因此多项模型的似然函数in求，从而提高公共自行车的周转率,公共自行车周如式(17)所示

14、,N转率的计算公式如式(21)所示，*6in=LnP(17)ninn=1iA?n单位时间公共自行车借出次数=自行车周转率*初始时刻自行车数量L可以用极大似然估计法估计概率最大时*(21)=lnL,LL的参数9由于最大与对数最大等*=,L根据公共自行车的周转率，可以计算租赁点，L因此估计最大时的参数9可变换为价*lnL,LL最大时的参数8对取对数得到j初始时刻公共自行车的数量为：的对L:数似然函数Mjk=B(22)jkNajk*InPL=lnL=8inin?B=maxB(23)n=1iA？jjkn2234卷第大连交通大学学报k，Bj式中为时段初始时刻租赁点的公共自行车归还的公共自行车的次数与公共

15、自行车的借出次jk,，k=1，2，3、数以及调度密切相关当公共自行车的归还需求数量表示早高峰晚高峰以及平峰时;M,kj;k段为第时段在租赁点的借车需求a为明显大于借出需求时通过及时的调度可以提高jkjkj;Bj，时段租赁点的公共自行车周转率租赁点的自停车桩的周转率实现用一定数量的停车桩满足j,行车数量自行车归还次数更多的效果公共自行车停车桩，(27):周转率的计算公式如下式所示根据需求预测的结果可得到公共自行车的(24),总规模如式所示单位时间公共自行车归还次数=停车桩周转率m停车桩数量M=M(24)?j(27)j=1(25)，根据公共自行车停车桩的周转率可以计算M=maxMjjk:公共自行车

16、停车桩的数量为，M;Mj式中为公共自行车总规模租赁点的借车jN需求，jkA=(28)jkBjk城市居民早晚高峰的出行呈现出一定比例的A=maxA(29)jjk，(、)单向客流部分租赁点如公交站地铁站等能，Ajk式中为租赁点在时段需要的公共自行车jk，通过双向换乘来平衡公共自行车的数量而另外，k=1，2，3、停车桩数量表示早高峰晚高峰以及()一些租赁点如早高峰时段的大型居住区公共;N;kj平峰时段为第时段在租赁点的还车需求jk，自行车客流基本为向外部出行的单向流若不对kj;B为时段租赁点的公共自行车停车桩周转率jk,这类租赁点进行及时补充则公共自行车的数量A,j为租赁点的公共自行车停车桩数量j，

17、,迅速减少最后出现供不应求的现象这时就需要，做出合理的调配因此在调度中心需要储备一定4实例分析，,数量的自行车以备后用本文在此给出调度中心，本文选用西安市某新城作为研究案例将新(26),需储备的公共自行车的计算公式如式所示n5，1、2、3，4城划分为个小区小区为居住区小区(M)B)D=(26)?jj，5为临近地铁站或者公交站的办公区小区为商j=1,q业密集区不同小区间的居民交换量可以用来ij式中，D为调度中心需存放的自行车数量,( 2 2 3 q= 1 500表示例如表中第行第列数据3,223停车桩规模测算23其表达含义为从小区到小区的居民出行数量停车桩周转率是指单位时间内单个停车桩平1 50

18、0),OD为未来年居民出行根据新城交通规,在公共自行车均停放归还的公共自行车的次数，2,划中确定如表所示停车桩数量一定的情况下，单个停车桩平均停放OD2表未来年居民出行2 2345小区编号合计3 01550020003000500055004 20000113001500400038005 35002000016000450060006 45004500400002100080007 5500450060007000023000合计1550013000145002050023300868004, 1V=)0,0003x)0,045x)logit多项模型公共自行车分担率1n1n41n6(30)0

19、,035x+4,205(1)效用函数的确定1n7利用2小节中的效用函数及参数的标定方:自行车，法可以得到不同交通方式的效用函数如式V=)0,0003x)0,045x)2n2n42n6(31)(30):,(34)式所示0,035x+2,0372n7:步行231，:logit第期吴瑶等基于多项模型的城市公共自行车租借需求预测模型:23小汽车从小区到小区的居民采用自行车出行的比列V=)0,0003x)0,045x)为0,008),3n3n43n6(32)0,035x)0,024x+2,5953n73n83表公共自行车分担率:公交车12345小区编号V=)0,0003x)0,045x)4n4n44n6

20、10,0000,0020,0100,0180,021(33)0,035x)0,024x+4,6444n74n820,0050,0000,0080,0320,02730,0070,0060,0000,0260,028:公共自行车40,0210,0300,0250,0000,006V=)0,0003x)0,045x)5n7n47n6(34)50,0220,0240,0300,0050,0000,035x+1,9527n7( 2) 公共自行车分担率确定SP(3)利用调查数据和以上各种交通方式的效各时段公共自行车租借需求规模，logit，、OD用函数对多项模型进行标定从而确定各居民出行根据以上公共自行

21、车分担率，3,、，个小区公共自行车的分担率结果如表所示不表及各高峰小时系数测算得出各时段的租借需S，4,(3同小区间的自行车分担率用来表示例如表求规模测算结果如表所示ij23S=0,008，中第行第列数据其表达含义为234表公共自行车租借需求表全日早高峰晚高峰小区借车需求总量还车需求总量借车需求总量还车需求总量借车需求总量还车需求总量1 2402506228577022532596628617333223228435779043783707963918154444349874981094 ,2公共自行车以及停车桩规模自行车停车桩周转率可以计算租赁点在不同时段，根据公共自行车的周转率可以计算公共

22、自行的初始时刻所需的自行车停车桩数量从而可以，车在不同时段的初始时刻的需求量从而可以得得到各小区的租赁点应设置自行车停车桩规模,5,到各小区租赁点应设置的自行车规模根据公共结果如表所示5 表各小区的早晚高峰初始时刻公共自行车数量早高峰晚高峰小区自行车规模停车桩规模自行车数量停车桩数量自行车数量停车桩数量134584278427823660458145813467457100571004121316161616566988613886138,行方式的选择结果对模型的参数进行标定根据5结论，公共自行车的借还需求运用自行车周转率和停，城市公共自行车作为一种绿色出行方式受车桩周转率对公共自行车租赁点建

23、设初期的自行,许多大城市都开始设置到越来越多城市的推崇，车以及停车桩数量进行规模测算并给出了系统公共自行车的租赁点,本文针对公共自行车使用,自行车总规模计算方法，Logit特征建立了多项模型并根据样本数据中出2434卷第大连交通大学学报,5,D,:城市居民短距离出行行为研究北京北常超凡:参考文献京交通大学，2007,1,李黎辉，陈华,武汉市公共自行车租赁点布局规划6,钱俭郑志峰冯雨峰杭州公共自行车设施现状调查，J,城市交通，2009，7(4):39-44,J,(l):7-76,，2010，26与思考规划师,2,，,，贾洪飞龚勃文宗方等交通方式选择的非集计模,7,，,J,巴黎公共自行车租赁点规划

24、设计城耿雪田凯J,2007，37(6):1288-,，型及其应用吉林大学学报( 4) :21-29,，2009，7市交通1293,8,，,项禹晓旭刘端向雅娴关于武汉市公共自行车系统,3,AMADAMBURDEN，RICHARDBARTHl,Bike-ShareJ,，2011(16):91-93,统计与决策运行的调查分析OpportunitiesinNewYorkCity,R,NewYork:Depart-,9,，,戴菲刘婕胡剑双全国第一个设立免费公共自行车mentoCfityPlanning，2009,J,系统的城市武汉市公共自行车系统研究城市,4,SpanishInstituteforDiversificationandSavingofEner-:42-46,，2010，17低碳交通gy,MethodologyGuideforSystemImplementationofPublicBicyclesinSpain,R,Madrid:IDAE，2007