新城與中心城間交通方式優(yōu)化模型分析

王芹芹，王花蘭

(蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

社會(huì)的發(fā)展使得人口不斷向大城市聚集，城市交通問題、環(huán)境問題等不斷涌現(xiàn)，擺脫原有老城區(qū)的束縛，發(fā)展獨(dú)立新城成為城市發(fā)展的新方向。新城建設(shè)是大城市疏散中心城區(qū)人口與產(chǎn)業(yè)壓力的有效方法，是優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)、防止大城市無序發(fā)展的主要途徑，是實(shí)現(xiàn)區(qū)域總體經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、自然環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要手段[1]。新城建設(shè)的同時(shí)不能忽略和中心城間的交通聯(lián)系，進(jìn)行新城與中心城間的交通規(guī)劃需要對(duì)走廊內(nèi)的交通出行分布情況進(jìn)行全面綜合的分析，從整體上確定客流主要流向和集中程度，從而最大化發(fā)揮走廊交通方式的優(yōu)勢(shì)[2]。

新城與中心城間交通模式概括起來主要包括3大類[3]。1)道路交通模式。主要是以小汽車、普通公交、BRT為主體的交通結(jié)構(gòu)。如西安城市規(guī)劃主要通過高速公路將中心城與外環(huán)銜接，武漢、合肥在城市綜合交通規(guī)劃中將BRT作為中心城與周邊新城的銜接方式。2)軌道交通模式。是以快速鐵路、輕軌、地鐵為主要銜接方式的交通結(jié)構(gòu)。如北京、上海等新城區(qū)和中心城間交通模式的選擇。3)復(fù)合交通模式。指小汽車交通、普通公交、BRT、輕軌、快速軌道交通等多種交通方式并存的交通結(jié)構(gòu)。

新城與中心城間交通結(jié)構(gòu)是兼顧2個(gè)城市發(fā)展的橋梁，新城與中心城間交通方式的優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置和可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。本文在兩城間交通方式適應(yīng)性分析的基礎(chǔ)上，從出行者的角度出發(fā)，基于前景理論構(gòu)建交通方式選擇模型，為新城與中心城間交通方式的優(yōu)化提供決策依據(jù)。

1 交通方式適應(yīng)性分析

中心城市與新城間的交通方式發(fā)展涉及眾多因素， 包括城市空間結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)布局、土地利用以及周圍環(huán)境的相互作用與影響，出行者個(gè)人出行特征、相關(guān)運(yùn)營企業(yè)和社會(huì)利益以及政策因素等。城間不同交通方式的發(fā)展不僅要使城市的土地利用格局最優(yōu)化，同時(shí)還應(yīng)在相關(guān)交通政策引導(dǎo)下，通過各種交通方式優(yōu)化銜接促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。土地利用主要表現(xiàn)為城市形態(tài)、城市規(guī)模及人口密度等形式，不同特征的土地利用模式將形成不同的出行需求結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)形式就是多樣化的交通出行方式。新城的規(guī)模、性質(zhì)在一定程度上影響著交通方式的選擇，引導(dǎo)著居民的不同出行選擇行為與出行傾向。反之，各種交通工具的運(yùn)載能力，對(duì)交通需求也有著不同的適應(yīng)性，客觀決定了不同規(guī)模和用地布局的城市對(duì)交通工具的選擇差異。

新城與中心城間交通的發(fā)展一方面要與城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相協(xié)調(diào)，引導(dǎo)城市空間發(fā)展和生產(chǎn)力布局的合理分布；另一方面要加強(qiáng)不同方式間的統(tǒng)一規(guī)劃，按照各種方式的特點(diǎn)和城間交通的實(shí)際情況，形成有機(jī)合理的交通體系，提高運(yùn)輸效率和服務(wù)水平，同時(shí)把交通對(duì)外部環(huán)境的影響減少到最低限度，實(shí)現(xiàn)兩城間交通協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。新城與中心城間的交通適應(yīng)性主要從以下4個(gè)方面來考慮[4]：

1)服務(wù)特性。新城與中心城間交通模式的選取首先在于其是否可以滿足兩城之間的客流量需求，保障居民的出行。同時(shí)交通方式的便捷性、舒適性和可達(dá)性不僅是居民出行滿意度的體現(xiàn)，同時(shí)也是這種交通模式成功發(fā)展的前提。

2)經(jīng)濟(jì)特性。城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，直接決定交通結(jié)構(gòu)，同時(shí)也直接決定著大城市和新城之間交通聯(lián)系方式的選擇。一方面需要不斷的財(cái)政投入支持，另一方面，交通為大城市與經(jīng)濟(jì)腹地切實(shí)起到經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)作用，引導(dǎo)帶動(dòng)城市的發(fā)展。因此考慮城市經(jīng)濟(jì)水平對(duì)交通投資的可承受能力，在經(jīng)濟(jì)承載能力范圍內(nèi)選擇適宜發(fā)展的交通方式顯得十分必要。

3)物理環(huán)境影響特性。新城與中心城間發(fā)展何種交通方式對(duì)能源和環(huán)境有很大的影響，小汽車交通模式雖然機(jī)動(dòng)性和可達(dá)性方面有很明顯的優(yōu)勢(shì)，但是土地占用和能源消耗大，而公共交通以高效、環(huán)保、節(jié)能、公眾化已被公認(rèn)為城間理想的交通方式?；诳沙掷m(xù)發(fā)展的角度考慮，能源消耗越小的交通模式越適用于城市能源的可持續(xù)發(fā)展。

4)社會(huì)環(huán)境影響特性。社會(huì)環(huán)境影響主要是指交通模式的社會(huì)公平性，對(duì)新城與中心城交通方式的選擇十分重要。交通方式的公平性是指為人們提供均等的參與社會(huì)活動(dòng)的機(jī)會(huì)。在交通規(guī)劃的過程中必須要考慮環(huán)境公平性，以保證減少交通系統(tǒng)的負(fù)面影響。表1列出了新城與中心城間幾種主要交通方式的性能。

表1 幾種交通方式的主要性能

新城建設(shè)依托網(wǎng)絡(luò)化的交通系統(tǒng)，交通走廊促進(jìn)周邊土地利用以及中心城區(qū)和周邊新城的相互作用，使交通需求也隨之增加，這使得新城與中心城間交通方式的發(fā)展必然是復(fù)合式的載體(公共汽車、BRT、地鐵等多元化的組合)，只有在新城與中心城間實(shí)現(xiàn)多元化的交通方式，才能使新城的功能得以發(fā)揮，朝著有序、可持續(xù)的方向發(fā)展。

2 基于前景理論的交通方式選擇模型

對(duì)于出行方式選擇研究主要是從隨機(jī)效應(yīng)最大化方面考慮，但事實(shí)上，出行者在出行決策過程中不可避免地受到出行者的個(gè)體習(xí)慣、面臨風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的態(tài)度、自身的偏好等的影響。前景理論正是基于這方面考慮，為居民出行方式選擇提供新方法。前景理論主要從價(jià)值的變化量即收益和損失的角度來研究決策者對(duì)待風(fēng)險(xiǎn)的態(tài)度，為出行方式的決策建模奠定基礎(chǔ)[5]。

隨著決策者時(shí)間價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提升，乘客在走廊內(nèi)選擇某種交通方式出行時(shí)，已從單一的交通可達(dá)性要求轉(zhuǎn)向?qū)Τ鲂械慕?jīng)濟(jì)性、方便性和舒適性等指標(biāo)的綜合權(quán)衡；為了更加符合大都市走廊內(nèi)各交通方式面向不同服務(wù)對(duì)象的選擇決策過程，有必要在城市居民出行方式選擇過程中考慮決策者的風(fēng)險(xiǎn)心里因素，基于此，本文提出基于前景理論的交通方式選擇方法。

基于前景理論的新城與中心城間交通方式選擇的主要步驟包括[6-8]：

1)定義出行費(fèi)用

假設(shè)出行者在中心城，Tb為出發(fā)時(shí)刻，出行者必須在目標(biāo)時(shí)刻Tf前到達(dá)目的地(新城)，否則將會(huì)產(chǎn)生損失。

如果早到，產(chǎn)生的早到損失費(fèi)用C1為

C1=θ1(Tf-Tb-ti)，

遲到，產(chǎn)生的遲到損失費(fèi)用C2為

C2=θ2(Tb-ti-tf)，

令Td=Ta-Tb,在兩城間走廊通行時(shí)間Td內(nèi)的損失費(fèi)用為θ3ti，則出行費(fèi)用可定義為

U=σθ1(Td-ti)+(1-σ)θ2(ti-Td)+θ3t+Uf，

(1)

2)選擇參照點(diǎn)

若用x表示出行者在起始點(diǎn)主觀估計(jì)出行方式f后的收益或是損失，則有

(2)

3)確定價(jià)值函數(shù)

乘客對(duì)備選方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算各種方式的價(jià)值大小。根據(jù)文獻(xiàn)[5]提出的價(jià)值函數(shù)形式，出行者在起始點(diǎn)的價(jià)值函數(shù)v(x)定義為

(3)

式中 a為風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度系數(shù)，01則出行者將對(duì)損失更加敏感。

4)選擇概率權(quán)重函數(shù)

按照前景理論的概率權(quán)重函數(shù)形式，收益、損失時(shí)的概率權(quán)重w+(p)、w-(p)[9]分別為

式中 γ為風(fēng)險(xiǎn)收益態(tài)度系數(shù)；p為結(jié)果出現(xiàn)的概率；δ為風(fēng)險(xiǎn)損失態(tài)度系數(shù)。

根據(jù)文獻(xiàn)[10]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果取γ=0.55，δ=0.47。

設(shè)一條路徑的效用是有限離散分布的，令其效用為xi={x-m,x-m+1,…,xn-1,xn}，選擇概率為pi={p-m,p-m+1,…,pn-1,pn}，根據(jù)累計(jì)期望理論，該路徑收益、損失部分出行者的感知效用ν+、ν-分別為

(4)

(5)

5)計(jì)算交通方式的前景值

在前景理論的研究中，理想的方案應(yīng)該是綜合前景越大越好。根據(jù)決策者在面臨收益和損失時(shí)的前景價(jià)值函數(shù)以及概率權(quán)重函數(shù)，綜合前景值為正負(fù)前景值之和，即

(6)

計(jì)算各種交通方式(小汽車、普通公交、BRT、軌道交通)的前景值，作為交通方式優(yōu)化的目標(biāo)，為科學(xué)優(yōu)化新城與中心城間交通方式結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也為新城與中心城間客運(yùn)交通模式的選擇提供理論依據(jù)。

3 算例分析

就某一新城和中心城間主要的交通方式(見表2)，說明基于前景理論的出行方式選擇方法的有效性和合理性。

表2 新城與中心城間主要交通方式及屬性

當(dāng)出行者在起始點(diǎn)進(jìn)行出行方式選擇時(shí)，假定情形：要求在30 min內(nèi)到達(dá)終點(diǎn)；為區(qū)別各種時(shí)間成本的不同，θ1>θ2>θ3， 取θ1=1.5，θ2=1.2，θ3=1，運(yùn)用式(1)～(6)計(jì)算分析結(jié)果見表3。

表3 基于前景理論的居民出行方式選擇模型計(jì)算結(jié)果

由表3可知，依據(jù)前景值最大化原則，快速公交的前景值最大，居民會(huì)選擇前景值最大的交通方式出行，這一結(jié)果和調(diào)查的居民實(shí)際出行情況相符合，也與文獻(xiàn)[11]用隨機(jī)效用理論得出的結(jié)果相吻合，從而證實(shí)了所建模型的適應(yīng)性與可行性。BRT 作為一種介于普通公交和快速軌道交通之間的交通方式，在新城與中心城間交通方式選擇中具有一定的優(yōu)勢(shì)，也是新城與中心城間比較理想的交通模式。

4 結(jié)論

在居民出行方式選擇過程中考慮決策者的風(fēng)險(xiǎn)心里因素，應(yīng)用前景理論建立新城與中心城間交通方式選擇模型，并結(jié)合實(shí)際對(duì)模型加以應(yīng)用與驗(yàn)證，為大城市與周邊新城間的交通模式配置提供一定的理論基礎(chǔ)。但是目前只是對(duì)該方法進(jìn)行初步的研究，模型的參數(shù)標(biāo)定等還有待進(jìn)一步探討，同時(shí)應(yīng)兼顧其它因素，如政府的財(cái)政投入、企業(yè)的收益、交通政策等等，綜合選擇適宜的交通方式。

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