西成通道旅客快速客運(yùn)交通方式選擇分析

孫曉斐 呂紅霞 李晟東

（1西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 610031；2全國鐵路列車運(yùn)行圖編制研發(fā)培訓(xùn)中心，四川 成都 610031；3綜合交通運(yùn)輸智能化國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610031）

0 引言

西成高鐵是聯(lián)結(jié)西部地區(qū)兩大重要經(jīng)濟(jì)腹地——西安和成都的重要交通通道，西成高鐵開通運(yùn)營將西安到成都的陸上時空距離縮短到3.5 h，極大地加強(qiáng)了關(guān)中—天水經(jīng)濟(jì)區(qū)與成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)的交流合作。現(xiàn)在西成通道內(nèi)出現(xiàn)高速鐵路、高速公路、航空三種快速客運(yùn)交通方式激烈競爭的局面，研究不同屬性的旅客對不同交通方式的選擇機(jī)理對客運(yùn)產(chǎn)品開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對于旅客出行方式選擇的研究已經(jīng)取得一定成果。Algers等使用SP和RP調(diào)查數(shù)據(jù)并結(jié)合Logit模型對民航旅客的選擇行為進(jìn)行分析，獲得了較為合理的分析結(jié)果[1]；張迦南等通過建立綜合運(yùn)輸通道內(nèi)旅客選擇行為的Logit模型，分析京滬通道內(nèi)出發(fā)時間和出行距離對旅客選擇行為的影響[2]；王爽等基于SP調(diào)查數(shù)據(jù)建立二項(xiàng)Logit模型，研究了長距離旅客對高速鐵路的選擇行為[3]；賈洪飛等應(yīng)用非集計模型理論與北京居民出行調(diào)查數(shù)據(jù)，建立公交車和小汽車出行選擇的二肢Logit模型，分析不同收費(fèi)價格下兩種交通方式的分擔(dān)率[4]；葉玲玉等分析滬杭運(yùn)輸通道內(nèi)客流的構(gòu)成和旅客選擇行為的特征，采用多項(xiàng)Logit模型建立了旅客選擇行為模型，研究不同月收入旅客群體的出行效用函數(shù)[5]；陳團(tuán)生等通過構(gòu)造旅客出發(fā)時刻和運(yùn)輸方式選擇行為的雙層巢式邏輯決策模型，分析旅客的個人因素屬性、運(yùn)輸方式屬性對出行選擇行為的影響[6]；向紅艷等對居民城際出行兩階段出行方式選擇行為建立巢式Logit模型，根據(jù)BP調(diào)查數(shù)據(jù)對所建模型進(jìn)行標(biāo)定與檢驗(yàn)[7]。

上述研究為旅客出行方式選擇行為研究奠定了理論基礎(chǔ)，但是以上研究僅局限在利用Logit模型分析不同屬性的個體在不同出行方式上的選擇概率，缺乏旅客對不同交通方式選擇內(nèi)在機(jī)理的研究。本文采用 RP（Revealed Preference）調(diào)查與SP（Stated Preference）調(diào)查相結(jié)合的方法，對西成通道內(nèi)旅客出行行為進(jìn)行調(diào)查，通過建立MNL模型，對模型中參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，分析出行時間、出行經(jīng)濟(jì)成本、舒適性等因素對西成通道內(nèi)旅客快速客運(yùn)交通方式選擇的影響。

1 旅客快速交通方式選擇模型

本文旨在研究西成通道內(nèi)旅客快速交通方式選擇模型，由于高速鐵路、高速公路、航空三種快速交通方式相對獨(dú)立，故采用MNL模型，無需考慮IIA特性（即非相關(guān)選擇方案相互獨(dú)立性）。

1.1 MNL模型構(gòu)建思路

非集計模型以明確的行為假說為基礎(chǔ)，邏輯性強(qiáng)，可以用較少的樣本標(biāo)定出模型的系數(shù)，并可對所求得的參數(shù)用統(tǒng)計學(xué)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，因而被廣泛運(yùn)用于交通規(guī)劃領(lǐng)域[8]。本文采用非集計模型中的MNL模型，其以計量經(jīng)濟(jì)學(xué)的隨機(jī)效用理論為基礎(chǔ)，假定旅客出行時總是根據(jù)效用最大化原則選擇效用最大的交通方式。

式中：Ui,n為旅客n選擇第i種交通方式時產(chǎn)生的效用值；Vi,n為旅客n選擇第i種交通方式產(chǎn)生效用的系統(tǒng)項(xiàng)；εi,n為旅客n選擇第i種交通方式產(chǎn)生效用的概率項(xiàng)。

系統(tǒng)項(xiàng)是效用變量的函數(shù)，效用誤差用于描述研究者無法觀察到的因素對方案效用的影響。系統(tǒng)項(xiàng)通常表示為：

式中：Xi,n,l為旅客n選擇交通方式i時的第l個效用變量；L為第i種交通方式的變量個數(shù)；θl為第l個變量的待定系數(shù)。

假設(shè)效用的概率項(xiàng) εn=｛ε1,ε2,L,εn｝，服從相互獨(dú)立的Gumbel分布時，可以推出旅客選擇各交通方式的概率：

1.2 旅客出行影響因素量化分析

1.2.1 經(jīng)濟(jì)性

各種交通方式的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是旅客選擇交通工具的重要影響因素。衡量交通方式經(jīng)濟(jì)性因素的最直觀指標(biāo)即各類交通方式的票價，其由不同運(yùn)輸方式的單位運(yùn)價率與運(yùn)輸距離決定。不同收入水平的旅客由于不同的出行目的，在選擇各類交通方式時對于經(jīng)濟(jì)性的重視程度不同。高收入群體更注重出行過程中的舒適程度，而對出行交通方式的經(jīng)濟(jì)性并不重視。對于低收入群體而言，由于支付水平有限，選擇時更重視各類交通方式的票價。

式中：Ri為第i種交通方式的單位票價率；Li為運(yùn)輸距離；Pi為旅客選擇第i種交通方式的票價。

1.2.2 快速性

各種交通方式的快速性可以借助旅客采用不同交通方式出行所用的旅行時間來衡量。不同的交通方式具有不同的旅行速度，在不同運(yùn)輸距離范圍內(nèi)，各交通方式旅行時間差異程度不同。在短距離內(nèi)，高速公路與高速鐵路旅行時間的差異性并不顯著，兩者的競爭較激烈。在中長距離范圍內(nèi)，高速公路并不具有速度優(yōu)勢，主要是高速鐵路與航空之間的競爭。當(dāng)距離超過一定范圍時，航空具有絕對的速度優(yōu)勢，在客運(yùn)市場上占據(jù)主導(dǎo)地位[9]。

式中：為旅客選擇出行方式i時從出發(fā)地到車站或機(jī)場的時間；為旅客選擇出行方式i時從車站或機(jī)場到目的地的時間；Vi為第i種交通方式的旅行速度。

本文借鑒文獻(xiàn)[10]，將不同交通方式的和設(shè)定如表1所示。

表1 不同交通方式的和Tis-o

表1 不同交通方式的和Tis-o

交通方式高速鐵路高速公路T i民航o-s/h 0.6 0.2 T i s-o/h 1.5 0.6 0.2 1.5

1.2.3 安全性

現(xiàn)代各類交通方式均具有較高的安全性能，由于各種交通方式的技術(shù)特征和運(yùn)營條件不同，各種交通方式的安全程度也不同。旅客選擇時會對出行全過程各個環(huán)節(jié)的安全性進(jìn)行考慮。人們對安全性的直觀認(rèn)識是某種交通方式的單位旅客周轉(zhuǎn)量的旅客傷亡人數(shù)越少或事故頻率越小，旅客安全運(yùn)輸率越大，則其安全性越有保障。這是現(xiàn)有研究之所以傾向于用各種事故或安全方面的統(tǒng)計結(jié)果指標(biāo)來衡量各種交通方式安全程度的依據(jù)所在。本文以安全可信度Si來衡量安全性因素，安全可信度與傷亡事故率成反比例變化，當(dāng)安全事故率為0時，安全可信度為1；當(dāng)傷亡事故率超過一定的限度時，安全可信度為0。根據(jù)歷年的安全統(tǒng)計資料，高速鐵路取值均為0.99，高速公路的安全可信度取值為0.80，民航取值為0.97。

1.2.4 舒適性

隨著社會的發(fā)展，人們的出行需求日益增長，對于各種交通方式的舒適性要求也在不斷提高。影響旅客出行舒適程度的因素很多，包括車內(nèi)人均面積、運(yùn)行平穩(wěn)程度以及運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量等。本文借鑒已有文獻(xiàn)，采用旅客恢復(fù)疲勞所需時間來量化舒適性，旅客疲勞恢復(fù)時間越短，則舒適性越好。一般情況下，旅客恢復(fù)疲勞時間不會無限延長，因此可以設(shè)定恢復(fù)疲勞的極限時間為Tmax，恢復(fù)疲勞的時間與出行時間呈曲線關(guān)系。借鑒文獻(xiàn)[10]，將旅客出行選擇某一交通方式的疲勞恢復(fù)時間表示為：

式中：t為旅客乘車出行時間；Tmax為疲勞恢復(fù)所需的最長時間，一般取15 h；δi為疲勞恢復(fù)系數(shù)；ρi為單位出行時間的疲勞恢復(fù)時間強(qiáng)度系數(shù)，h-1。ρ＞0，其值越大表示疲勞恢復(fù)時間越長。根據(jù)文獻(xiàn)[11]，如果Tmax取 15 h，則參數(shù) δi、ρi的取值如表 2 所示。

表2 旅客疲勞恢復(fù)時間計算中參數(shù)δi、ρi的取值

1.2.5 方便性

方便性指是旅客選擇某一種交通方式出行過程中所經(jīng)歷的各個環(huán)節(jié)的方便程度，是旅客選擇交通方式的重要考慮因素之一。本文借助旅客在不同地區(qū)間出行時采用某一種交通方式的平均進(jìn)站時間、平均購票時間、平均候車時間以及平均出站時間來描述方便性因素Ci。

式中：為地區(qū)間運(yùn)輸方式的平均進(jìn)站時間；為平均購票時間；為平均候車時間；為平均出站時間。

1.2.6 準(zhǔn)時性

旅客在出行交通方式選擇時會考慮交通方式的準(zhǔn)時性，因?yàn)橥睃c(diǎn)會給旅客出行帶來不便，影響出行計劃。不同交通方式其準(zhǔn)時性存在較大的差異，本文用出行方式平均延誤時間來量化表示不同交通方式的準(zhǔn)時性。

式中:E（）為第i種交通方式的平均延誤時間，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，高速鐵路取0.1 h，高速公路取0.4 h，民航取0.5 h。

1.3 廣義費(fèi)用函數(shù)

旅客對交通方式的效用評價體現(xiàn)為對安全性、經(jīng)濟(jì)性、快速性、舒適性、準(zhǔn)時性和方便性等服務(wù)屬性的考慮，為了統(tǒng)一模型變量，本文通過引入旅客時間價值將出行時間轉(zhuǎn)化為費(fèi)用，與出行費(fèi)用一起構(gòu)成廣義費(fèi)用，并將其用于效用函數(shù)。

本文采用的時間價值計算方法如下所示：

式中：φ為旅客時間價值；GDP為地區(qū)國民生產(chǎn)總值；t為人年均工作小時數(shù)；P為地區(qū)人口數(shù)。

因此，不同出行方式的廣義費(fèi)用為：

式中：fi為第i種交通方式的廣義費(fèi)用；θ1、θ2、θ3、θ4、θ5為經(jīng)濟(jì)性、快速性、方便性、舒適性、準(zhǔn)時性的權(quán)重系數(shù)。

1.4 參數(shù)標(biāo)定及分析

根據(jù)西成通道旅客562份調(diào)查樣本數(shù)據(jù)，采用極大似然估計法，對模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，得θ1、θ2、θ3、θ4、θ5的值。

構(gòu)造極大似然函數(shù)：

將L*取對數(shù)，可得對數(shù)似然函數(shù)為：

根據(jù)Logit模型，可得旅客選擇不同出行方式i的概率Pi為：

2 模型應(yīng)用

通常旅客調(diào)查方法有RP（Revealed Preference）與SP（Stated Preference）兩種。由于西成高鐵剛開通不久，客流尚未穩(wěn)定，既有RP數(shù)據(jù)無法真實(shí)反映未來線路客運(yùn)需求情況，故本文采用RP調(diào)查與SP調(diào)查相結(jié)合的方法，實(shí)地調(diào)查和網(wǎng)絡(luò)調(diào)查相結(jié)合，于2017年12月26—29日對西成通道內(nèi)旅客進(jìn)行了客流調(diào)查。本次調(diào)查共計發(fā)放調(diào)查問卷600份，其中300份為網(wǎng)絡(luò)問卷，300份為紙質(zhì)問卷；回收問卷582份，其中有效問卷562份，有效率為93.67%。西成通道客流調(diào)查數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 西成通道客流調(diào)查數(shù)據(jù)

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，西成通道內(nèi)出行旅客以18～45歲之間的中青年為主，所占百分比達(dá)85%，收入水平多為中、高收入，出行旅客中男性較多，出行旅客多以出差、旅游為出行目的，分別占46%和36%。

2.1 西成通道旅客時間價值

西成通道連接西安和成都兩個西部重要城市，本文采用兩城市旅客時間價值的平均值作為旅客出行時間價值。據(jù)2018年1月18日國家統(tǒng)計局公布，2017年成都GDP為13 890億元，人口數(shù)為1 592萬；2017年西安GDP為7 206億元，人口數(shù)為945萬。2017年雙休日有105天，法定節(jié)假日有11天，工作日有249天。根據(jù)公式計算得旅客時間價值=41.04元/h。

2.2 影響因素屬性值

2.2.1 經(jīng)濟(jì)性

西成通道高速鐵路單公里基準(zhǔn)價是0.4元/人·km，高速公路的運(yùn)價率為0.34元/人·km，我國民航運(yùn)輸?shù)钠骄\(yùn)價率為0.75元/人·km，高速鐵路、高速公路和民航的行駛距離分別為658 km、712 km和680 km。根據(jù)公式（4）可知，西成通道內(nèi)不同交通方式經(jīng)濟(jì)性取值如表3所示。

表3 西成通道內(nèi)不同交通方式經(jīng)濟(jì)性取值

2.2.2 快速性

西成高鐵線路上高速列車的運(yùn)行速度為250 km/h，高速公路的平均運(yùn)行速度為100 km/h，飛機(jī)的平均運(yùn)行速度為600 km/h。根據(jù)公式（5）可知，西成通道內(nèi)不同交通方式快速性取值如表4所示。

表4 西成通道內(nèi)不同交通方式快速性取值

2.2.3 舒適性

西安至成都旅客選擇高速鐵路平均乘車時間為2.6 h，高速公路旅客平均乘車時間為7.12 h，選擇飛機(jī)旅客平均乘車時間為1.13 h。根據(jù)公式（6）可知，西成通道內(nèi)不同交通方式舒適性取值如表5所示。

表5 西成通道內(nèi)不同交通方式舒適性取值

2.2.4 方便性

西成通道高速鐵路平均進(jìn)站時間取30 min，平均購票時間取15 min，平均候車時間取30 min，平均出站時間取20 min；本文僅考慮通道內(nèi)高速公路中的大巴車這一交通方式，其平均進(jìn)站時間取20 min，平均購票時間取15 min，平均候車時間取10 min，平均出站時間取10 min；民航的平均進(jìn)站時間取1.5 h，平均購票時間取15 min，平均候車時間取30 min，平均出站時間取20 min。根據(jù)公式（7）可知，西成通道內(nèi)不同交通方式方便性取值如表6所示。

表6 西成通道內(nèi)不同交通方式方便性取值

2.2.5 安全性

西成高速鐵路的安全性取值為0.99，高速公路取值為0.80，民航取值為0.97。

2.2.6 準(zhǔn)時性

西成高速鐵路的準(zhǔn)時性取值為0.1 h，高速公路的準(zhǔn)時性取值為0.4 h，民航的準(zhǔn)時性取值為0.5 h。

2.3 參數(shù)標(biāo)定與分析

運(yùn)用Matlab軟件求解使得對數(shù)似然函數(shù)達(dá)最大值時的最優(yōu)參數(shù)值，即為西成通道旅客對于經(jīng)濟(jì)性、時效性、方便性、舒適性、準(zhǔn)時性的權(quán)重系數(shù)，計算結(jié)果如表7所示。

表7 各影響因素權(quán)重系數(shù)

權(quán)重系數(shù)反映出各因素對旅客出行交通方式選擇的影響程度，根據(jù)表7中的數(shù)據(jù)可知，西成通道內(nèi)時效性和經(jīng)濟(jì)性對于旅客選擇交通方式起到?jīng)Q定性的作用。

本文采用命中率法及McFadden系數(shù)法對模型進(jìn)行驗(yàn)證，命中率是指用所建立的模型的計算結(jié)果與實(shí)際旅客出行交通方式選擇結(jié)果的吻合程度，其計算步驟參考文獻(xiàn)[4]。通過計算，所建立的MNL模型檢驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 MNL模型的檢驗(yàn)結(jié)果

由表8可知，模型的McFadden系數(shù)超過0.2，而且總命中率與各交通方式命中率均在80%以上，因此，可以認(rèn)為本文所建的MNL模型是有效的。

綜上，將上述各變量取值代入公式（13）可得西成通道內(nèi)不同快速交通方式的客運(yùn)分擔(dān)率如表9所示。

表9 西成通道內(nèi)不同交通方式的客運(yùn)分擔(dān)率

2.4 靈敏度分析

靈敏度分析是研究與分析一個模型的狀態(tài)或輸出變化對模型參數(shù)的敏感程度的方法，通過靈敏度分析可以決定哪些參數(shù)對模型有較大的影響。根據(jù)參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果可知，出行費(fèi)用、出行距離以及運(yùn)行時間是影響高速鐵路、高速公路以及航空競爭的顯著性因素，研究結(jié)果比較符合旅客出行行為。本文主要分析經(jīng)濟(jì)性及快速性對西成通道旅客快速客運(yùn)交通方式選擇的影響，其彈性值如表10所示。

表10 三種交通方式選擇概率的彈性值

2.4.1 出行費(fèi)用對出行方式選擇的影響

根據(jù)調(diào)查樣本的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，西成通道內(nèi)旅客選擇高速鐵路的平均出行費(fèi)用為263元，單位公里基準(zhǔn)價是0.4元/人·km；旅客選擇高速公路的平均出行費(fèi)用為242元，單位公里基準(zhǔn)價是為0.34元/人·km；旅客選擇民航的平均出行費(fèi)用為510元，我國民航運(yùn)輸?shù)钠骄\(yùn)價率為0.75元/人·km。單位里程運(yùn)價民航高于高速鐵路和高速公路，高速鐵路略高于高速公路。根據(jù)表7參數(shù)估計結(jié)果可知，西成通道內(nèi)旅客對于經(jīng)濟(jì)性 （出行費(fèi)用）的估計系數(shù)為0.268 8，大于0，這說明出行費(fèi)用是旅客選擇交通方式時較看重的影響因素，且消費(fèi)水平越高的旅客選擇飛機(jī)出行的概率越大。

根據(jù)表10中彈性值計算結(jié)果，可知旅客選擇高速鐵路出行的概率相對于出行費(fèi)用彈性值為-2.28，彈性值為負(fù)值但絕對值大于1，說明出行費(fèi)用對于旅客選擇高速鐵路出行富有彈性，出行費(fèi)用每增加1%，旅客選擇高速鐵路出行的概率降低2.28%。同理，選擇高速公路出行的概率相對于出行費(fèi)用彈性值為-2.32，彈性值為負(fù)且絕對值大于1，說明出行費(fèi)用對于旅客選擇高速公路出行富有彈性，出行費(fèi)用每增加1%，旅客選擇高速公路出行的概率降低2.32%。旅客選擇民航出行的概率相對于出行費(fèi)用彈性值為1.06，絕對值大于1，說明出行費(fèi)用對于旅客選擇民航出行富有彈性，出行費(fèi)用每增加1%，選擇民航出行的概率將增加1.06%。

2.4.2 旅行速度對出行方式選擇的影響

根據(jù)調(diào)查樣本的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，西成通道內(nèi)旅客對于快速性（取決于出行距離與旅行速度）的估計系數(shù)為0.375，大于其他影響因素的估計系數(shù)，這說明快速性是西成通道內(nèi)旅客選擇出行方式時最看重的影響因素，在其他影響因素相差不大的情況下，速度越快的交通方式被旅客選擇的概率越高。

根據(jù)表10中彈性值計算結(jié)果，可知旅客選擇高速鐵路出行的概率相對于旅行速度的彈性值為1.68，絕對值大于1，說明快速性對于旅客選擇高速鐵路出行富有彈性，高速鐵路的快速性每增加1%，旅客選擇高速鐵路的概率將增加1.68%；旅客選擇高速公路出行的概率對于旅行速度的彈性值為1.54，絕對值大于1，說明快速性對于旅客選擇高速公路出行也富有彈性，高速公路的快速性每增加1%，旅客選擇高速公路的概率將增加1.54%；旅客選擇民航出行的概率相對于旅行速度的彈性值為-0.79，絕對值小于1，說明快速性對于旅客選擇民航出行缺乏彈性。

3 研究結(jié)論

本文以西成通道內(nèi)出行旅客為研究對象，結(jié)合實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)，運(yùn)用非集計理論建立旅客出行快速交通方式選擇MNL模型，并對模型的參數(shù)標(biāo)定、旅客出行交通方式選擇行為進(jìn)行定性和定量分析。主要結(jié)論如下：

1）非集計模型能夠比較全面地反映出旅客出行快速交通方式選擇的影響因素，本文從旅客主體屬性、旅客出行屬性和交通方式的屬性3個方面分析西成通道旅客出行特征。從旅客主體屬性角度：性別對旅客選擇不同交通方式無明顯影響，年齡對旅客選擇出行交通方式存在影響，中青年旅客更偏好選擇航空出行，而老年旅客則偏愛高速鐵路出行。從出行屬性角度：旅游、探親旅客偏愛選擇高速鐵路，而公務(wù)出差旅客偏愛選擇航空。從交通方式的屬性角度：選擇高速鐵路出行的旅客偏愛舒適性、方便性和準(zhǔn)時性，選擇高速公路出行的旅客偏愛方便性；選擇航空出行的旅客偏愛快速性、舒適性。根據(jù)西安至成都的廣義費(fèi)用函數(shù)的參數(shù)標(biāo)定可知，西成通道內(nèi)旅客在選擇出行交通方式時，最為關(guān)心的是舒適性、快速性，其次是經(jīng)濟(jì)性。

2）采用MNL模型構(gòu)建了西成通道旅客出行快速交通方式選擇模型，從安全性、經(jīng)濟(jì)性、時效性、舒適性、準(zhǔn)時性和方便性6個方面構(gòu)建效用函數(shù)，得出西成通道內(nèi)高速鐵路、高速公路和航空的客運(yùn)分擔(dān)率分別為：64%、12%和24%?？梢?，西成高鐵的開通運(yùn)營對高速公路和航空的客運(yùn)市場沖擊是非常巨大的，使得大部分客流由高速公路和航空轉(zhuǎn)移到了高速鐵路。