基于前景理论与模糊综合评价的出行方式选择

石修路



基于前景理论与模糊综合评价的出行方式选择

石修路

（西南交通大学，交通运输与物流学院，成都 610031）

为了改进现有出行方式选择模型，提高出行预测精准度，本文以前景理论与模糊综合评价为基础建立了居民出行方式选择模型。论文从居民的选择心理入手，确定了影响居民出行方式选择的五个因素并以此建立评价体系。在通过模糊综合评价对前一次出行过程进行总结的基础上，结合居民选择忠诚度和出行目的的多元化，以前景理论为主要方法建立费用函数，并将前一次出行费用作为参照点进行各出行方式前景值比算，从而确定当前出行方式。文章最后通过一个具体算例进行实证分析，结果表明：所建模型相对于现有的出行方式选择模型在预测精度上有着明显提高，且更为符合城市居民的出行习惯。

交通工程；出行方式选择；前景理论；模糊综合评价；忠诚度

0 引 言

居民出行行为研究是交通运输规划与管理的重要课题之一，它对于优化城市客运结构、制定相关政策以及缓解交通拥堵有着极其重要的意义[1]。目前针对我国城市居民出行方式选择的研究主要以集计、非集计、前景理论等方法为主，其中殷焕焕等[2]通过构建非集计模型，证实了出行方式的选择与个人属性、家庭属性和出行属性间有着稳定联系，通过引导调控可控因素能优化交通结构；万霞等[3]则以出行方式选择机制分析为基础，确定了影响出行方式选择的动态因素，并建立了以多项Logit模型为基础的动态选择模型；杨励雅、赵鹏军[4]在考虑偏好差异与备选方案相关性的基础上，通过构建配对巢式Logit模型对居民出行方式选择进行了分析刻画；张薇[1]、米均[5]立足于前景理论，分别在双目标条件下、单目标条件下进行出行方式前景值计算，从而确定出行方式。虽然目前有关出行方式选择的研究在一定程度上刻画了居民日常出行行为，但是在出行目的多元化的现状下，出行经验对出行行为的具体影响仍需要进一步研究。

本论文以前景理论与模糊综合评价为基础，针对现有研究成果的不足，突出了已有出行经验对出行方式选择的影响，并在综合评价的基础上，结合居民选择行为忠诚度[6]进行出行方式初步判定，根据判定结果有选择的进行出行方式前景值计算。在构建前景理论目标函数时，为了真实刻画居民出行行为，将出行目的归纳为刚性出行与弹性出行，并针对不同目的建立相应函数。通过实证分析可知本文所建模型相对于已有研究成果更为符合居民实际选择过程，具有一定研究意义与价值。

1 理论基础

本文主要研究对象为城市居民，根据居民选择行为忠诚度概念可知：在一定时间范围内，居民选择行为具有偏好的一致性，即对令自己满意的选项存在主观惰性。在此基础上构建模型逻辑结构，如图1所示。当居民完成第-1次出行后会对出行行为做出评价，其结果将作为第次出行的先验信息。如果评价结果为“满意”，则继续选择原出行方式出行；如果评价结果为“不满意”，则会在排除原出行方式的前提下重新计算备选集合中各出行方式前景值并进一步判定。当备选出行方式前景值均小于0时，仍选择原出行方式出行，否则在前景值大于0的备选集合中选择前景值最大的出行方式出行。

图1 逻辑结构图

2 综合评价模型

在评价体系构建过程中，评价指标的选择将直接影响评价结果的合理性[7]。为了最大限度地刻画居民出行情况，同时保证评价过程的简便性，本文选取舒适性、可靠性、安全性、时效性以及费用等五个评价指标建立满意度评价体系，具体结构如图2所示。

图2 满意度评价体系

根据所选指标进行单因素评判，构建模糊关系矩阵如下所示：

在已知模糊评价矩阵的基础上，对矩阵与权重向量进行合成运算，可得评判向量结果与评价结果如下：

3 前景理论模型

3.1 广义感知费用

在居民进行出行方式选择过程中，可通过构建广义费用函数衡量不同出行方式的优劣。根据居民实际出行过程可知广义费用函数由以下几部分组成：出行资金成本、出行时间成本、惩罚成本以及拥挤附加成本。其中出行资金成本由单次出行资金与换乘资金组成；出行时间成本包含走行时间、等待时间、换乘时间以及乘车时间；惩罚成本则根据出行目的的不同构建刚性出行惩罚函数与弹性出行惩罚函数；拥挤附加成本即为拥挤状态对居民出行所造成的额外成本费用。具体模型如下所示：

3.2 参照点选择

由于本文结合居民选择行为忠诚度概念进行模型逻辑架构，即仅当居民对前次出行不满意时前景模型方能发挥作用。故选取前次出行总费用作为模型参照点，具体函数如下：

确定参照点后，为了进一步计算各出行方式前景值，需对感知费用进行“收益”与“损失”判定。即当感知费用小于参照点时为“收益”，当感知费用大于参照点时为“损失”，判定函数如下：

本研究显示农村患者需拔除的患牙较多，且大多是残根残冠，问卷调查也显示农村和城市患者在刷牙频率、使用牙线、是否曾行口腔检查方面差异存在统计学意义(P＜0.05)，在调查过程中了解到曾看过牙医的农村患者即使进行口腔治疗，也是因为牙齿疼痛难忍或是缺牙无法饮食而被动就诊，这可能与农村患者经济较为困难、口腔疾病的就诊意识不高、很多乡镇基本没有口腔医疗服务设施、基层医疗机构专业人员的治疗水平和观念比较落后有一定关系［24］。需要加强防治口腔疾病能力的建设，同时提高和加强基层口腔专业人员的意识和技术水平。

3.3 价值函数

出行者从备选集合中选择出行方式时，需对各出行方式进行评价，计算各种备选出行方式的价值大小[8]。本文主要针对感知费用进行价值计算，公式如下：

3.4 概率权重函数

概率权重函数着重体现主观概率是客观概率的非线性函数，有着低估高概率事件、高估小概率事件的特点。根据Tversky和Kahneman的研究[10]得出概率权重公式如下所示：

3.5 前景值计算

本文构建了广义感知费用函数，并选择前次出行费用为参照点，故出行方式前景值计算时以各方式费用前景为主，计算模型如下：

如式（15）所示，在计算各出行方式前景值后，仍需要选择前景值最大的出行方式进行验证。若最大前景值小于0，则说明备选方式中没有优于原出行方式的选项，故继续选择原出行方式出行；若最大前景值不小于0，则说明备选方式中存在优于原出行方式的选项，且选择最大前景值所对应的出行方式出行。

4 算例分析

假定城市中某居民需要从起点O前往终点D，有四种出行方式可供选择，分别为公交出行、自驾出行、出租车出行以及地铁出行，出行方式结构如图3所示。

图3 出行方式结构

由公式（2）可得评判向量=（0.122 2，0.189 2，0.247 5，0.278 7，0.162 4），由公式（3）可知评价结果为“不满意”。

已知居民对前次出行过程不满意，故需要在排除方式1的前提下进行各出行方式前景值计算。方式2自驾出行其费用为15元，出行时长可靠度为0.97，选择方式2出行时需要5 min走行时间，且出行过程中有70%的概率20 min到达终点，有30%的概率25 min到达终点，因为是自驾出行不存在空间拥挤问题，故拥挤时长等均为空；方式3出租车出行与方式2参数大体相同，其出行费用因不包含停车费10元，出行时长可靠度为0.97，选择方式3出行需要10 min走行时间与5 min打车时间，且出行过程中有 60%的概率20 min到达终点，有40%的概率25 min到达终点，同样不存在空间拥挤问题，故拥挤时长等亦为空；方式4地铁出行，其费用为5元包含换乘1次的成本，地铁运行时长固定故可靠度取1、时长为15 min，选择方式4出行需要8 min走行时间，2 min候车时间与3 min换乘时间，因地铁空间有限且经常发生拥挤，故需要量化拥挤所带来的附加成本[11,12]。由small经验结果[13]可知：早到成本系数小于出行成本系数，且出行成本系数小于晚到成本系数。但当出行目的为弹性时，早到和晚到对居民所带来的损失具有一致性，且都高于出行成本、低于晚到成本，故成本系数分别取值0.6、1.0、1.2、1.5。

为了验证出行目的是否会直接影响出行方式的选择，构建两个情景加以区分。情景1：居民7:30从起点出发通勤，被明确要求8:00到达终点，已知前次出行方式为方式1，出行费用为4元，出行总时长为35 min，且拥挤成本转换系数为0.15，拥挤程度为6人/m2，拥挤时长10 min；情景2：居民7:30从起点出发购物，被要求7:50~ 8:00到达终点，已知前次出行方式为方式1，出行费用为4元，出行总时长为35 min，且拥挤成本转换系数为0.15，拥挤程度为6人/m2，拥挤时长10 min。

分析可知，当居民进行通勤出行时，往往侧重于出行时长稳定可靠的出行方式，相对于公交、自驾、出租车，地铁虽然会因为拥挤而产生附加费用，但是较高的可靠性足以使其在情景1中脱颖而出；相对于通勤，购物出行在出行时长方面有着较大的弹性，因此居民在出行过程中侧重的是自身感受，自驾出行相对于公交、地铁、出租车有着较高的舒适性，因此为最佳出行方式。由此可知，出行目的的不同会直接影响出行方式的选择。事实证明通过对前次出行进行评价并结合出行目的差异化进行出行方式的选择更为接近真实出行情况，因此本文模型在出行方式预测方面有着较高的准确性与适用性。

5 结 论

为了提高出行预测精准度，本文以前景理论与模糊综合评价为基础，根据居民选择行为忠诚度概念进行了模型逻辑构建。在对前次出行进行评价的基础上，结合居民出行目的的差异化进行前景值计算，并以此作为出行方式选择依据。通过算例分析可知，出行目的不同会直接影响出行方式的选择，而本文模型相对于已有的研究成果更为注重不同出行目的下的出行方式选择，相比较而言，有着较高的准确性与适用性。

[1] 张薇, 何瑞春. 基于前景理论的居民出行方式选择[J]. 计算机应用, 2014, 34(3): 749-753.

[2] 殷焕焕, 关宏志, 秦焕美, 等. 基于非集计模型的居民出行方式选择行为研究[J]. 武汉理工大学学报: 交通科学与工程版, 2010, 34(5): 1000-1003.

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（中文编辑：李愈，英文审改：孙湛博）

Travel Mode Choice Based on Prospect Theory and Fuzzy Comprehensive Evaluation

SHI Xiu-lu

（School of Transportation and Logistics，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China）

The paper uses prospect theory and fuzzy comprehensive evaluation to model the mode choice behavior of everyday travelers. Five influential factors and the corresponding evaluation system are first established based on the psychology of choice. By evaluating the trip making behavior through fuzzy comprehensive evaluation, the cost function is set up based on prospect theory to capture traveler’s loyalty of choice. The travel cost is then used as a reference point to compare with the prospect result of each travel mode. The proposed method is tested using a numeric example. The results show that the proposed model has significant improvements in prediction accuracy, and it is more in line with the travel habits of urban residents.

traffic engineering; travel mode choice; prospect theory; fuzzy comprehensive evaluation; loyalty

1672-4747（2018）03-0119-06

U491

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2018.03.018

2017-04-10

石修路（1992—），男，安徽淮北人，硕士研究生，研究方向为运输信息化。

石修路. 基于前景理论与模糊综合评价的出行方式选择[J]. 交通运输工程与信息学报, 2018, 16（3）: 119-124.