基于网约车背景的居民出行方式选择模型

张 娅,李 佳,周 舸

(1.东北林业大学交通学院，黑龙江 哈尔滨 150040; 2.黑龙江省交通运输厅，黑龙江 哈尔滨 150081)

1 概述

网约车是互联网时代传统打车的升级,在打车难、用户体验差、出租车空驶率高以及环境污染严重的今天起着缓解这一系列问题的积极作用。随着城市机动化出行需求的增加,以及资本市场的补贴,网约车已经成为城市交通体系中不可或缺的部分。由于网约车中包含私家车,且专车与顺风车概念模糊,网约车的运营在社会上引发广泛争议[1]。

无论是在国内还是在国外,网约车从一开始就备受争议。法国、日本、比利时等国家的一些城市甚至不允许网上软叫车提供本地出租车服务。但在伦敦和纽约,私家车主及其运营车辆向交通局申请营业执照后可提供网约车服务。在印度,所有网约车不能巡游揽客。目前,许多城市都在逐渐完善网约车的管理制度,大多数情况下都由政府部门将网约车与传统出租车进行分类管理。

网约车研究的重点方向包括选择的出行方式以及对交通运行的影响,对此的现有研究相对较少[2]。因此,本文为分析目前网约车的市场地位,以网约车在出行方式中占比为出发点。为了分析网约车对居民出行方式的影响,针对居民的出行方式在2016年11月、2017年3月进行了两次问卷调查,结合哈尔滨市交通运行监测数据,将网约车对居民出行方式的影响进行量化。

2 基于网约车背景的居民出行方式选择模型

2.1 模型的选择

居民在出行过程中,伴随着出行时间成本、出行经济成本以及时间损失造成的成本费用的产生。出行时间成本即居民花费在出行过程中的时间;出行经济成本即居民在出行过程中所花费的金钱成本;时间损失费即在预计时间没能到达目的地,因而产生的时间损失所值费用,早到或晚到都会有一定的时间损失费用。

基于差异化用户选择理论建立数学模型,分析短期情况下,不同的城市交通以及居民的出行选择受到专车和快车的影响[3]。模型研究了网约车吸引力与居民出行方式之间的关系;乘客与司机的数量受到乘客的候车时间以及司机的单位时间收入的影响;乘客的候车时间以及司机的盈利情况会对居民的出行选择以及成为网约车司机的意愿产生一定的影响,将进一步影响网约车的乘客数量与司机数量。通过对算例的分析,揭示网约车出行对居民的积极影响和消极影响[4]。

2.2 模型的构建

假设在单个出行高峰时段A市有N个居民有出行需求,由于薪酬和出行目的的差异,居民的时间价值β服从f(β)[5]分布,且存在一定的差异。

若居民选择私家车出行,出行费用为τc,出行时间为tc,则出行成本为:

Cc(β)=τc+βtc

(1)

若居民选择公共交通出行，公共交通费为τb,出行时间为tb,则公共交通出行的成本为：

Cb(β)=τb+βtb

(2)

一般来说，私家车出行时间少于公共交通出行时间，即tcτb。假设所有居民选择出行成本最低的方式，比较式(1)和式(2)，得到临界时间价值β0：

(3)

当时间价值大于β0时，居民选择私家车出行；当时间价值小于β0时，居民选择乘坐公共交通出行。假设居民根据高峰期的出行需求购置私家车，在出现网约车以前，有车居民的数量为：

(4)

无车居民的数量为：

(5)

假设所有的网约车司机都是兼职，司机可以通过非工作时间提供网约车服务，达到降低出行成本(或增加盈利)的目的，在单个出行高峰时段内平均服务n小时。假设在n小时内有Nd个网约车司机提供服务，有Nr个居民具有网约车需求，司机提供服务平均每次得到pd的收入，则pdNr/Nd为每个司机在高峰时段内的平均收入。网约车司机的金钱成本为cn，花费时间n小时，故高峰时段的网约车服务所得的平均净成本为：

(6)

若居民乘坐网约车出行，则居民需支付网约车费用pr以及出行时间成本βtr，tr为出行时间，则乘坐网约车的出行成本为：

Cr=pr+βtr

(7)

一般来说，pd不等于pr。若pd>pr，则网约车平台补贴pd-pr；若pdtc，且tr为Nr/Nd的增函数。假设tr满足：

tr=tc+γNr/Nd

(8)

其中，γ为参数，γ>0。

网约车兴起以后的短时间内，居民持有的车辆数不变，原私家车主(β≥β0)可以选择私家车出行、提供网约车服务、乘坐网约车出行，原乘坐公共交通工具的居民(β<β0)，可以继续选择乘坐公共交通工具出行，也可以乘坐网约车出行。假设所有居民均选择出行成本最小的出行方式，则有车居民和无车居民的出行方式选择如表1,表2所示。

表1 有车居民(β≥β0)的出行模式选择

表2 无车居民(β<β0)的出行模式选择

其中：

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

当系统达到平衡状态时，每个居民不再有动机改变出行方式，故式(9)～式(18)需同时满足。

其中Fi(i=1,…,5)分别代表在系统平衡状态下的私家车用户出行数量、乘坐网约车出行的有车居民的数量、提供网约车服务的司机数量、乘坐网约车出行的无车居民的数量、乘坐公共交通出行的用户数量，由式(13)～式(18)定义。由式(9)～式(12)，βcr，βrb，βcd和βrd是X的函数；由式(13)～式(18)，F(X)又是βcr，βrb，βcd和βrd的函数。当系统达到平衡状态时，应同时满足式(9)～式(18)。固定点问题的解即为居民在平衡状态下的出行方式的选择。满足X=F(X)的解X″在可行域Ω上，其中：

通过求解固定点问题，得到居民在平衡状态下选择的出行方式，并计算出高峰时段私家车的总里程。

假设在出行高峰时段，车辆的平均速度υ，私家车出行的平均里程约tcυ，而n小时内网约车始终保持行驶状态，故网约车的平均里程为nυ。网约车出现以后，私家车的总里程为：T=nυNd+tcυNc。

在网约车出现前，所有有车居民的车辆仅为自己所用，故出行高峰期总的行驶里程为：T0=tcυN1。

3 城市居民出行方式选择计算

3.1 居民出行方式选择计算

根据调查数据，2016年广州市共有约1 000万居民通勤。时间价值服从均值为30元/h，标准差为80的对数正态分布。该市居民选择私家车出行的平均时间成本为1.5 h，平均经济成本为30元；乘坐公共交通工具出行的平均时间成本为1.2 h，平均经济成本为6元。基于该模型，可以计算出没有网约车时，有约632.1万人选择公共交通工具的出行方式，时间价值小于β0；约367.9万人选择私家车的出行方式，时间价值大于β0，其中β0=42元/h。

在网约车的背景下，居民通过非工作时间段使用私家车提供网约车服务，单个高峰时长约为2 h，平均经济成本为30元/h。网约车乘客的平均经济成本为18元/次，司机的平均收入为30元/次 (平台补贴12元)。乘客的等车时间：tr=tc+0.01Nr/Nd。

表3 均衡状态下不同出行方式的居民的时间价值区间

3.2 对比分析

计算在网约车的背景下，不同出行方式居民的总出行时间，该市私家车单个高峰时段内行驶的总里程达到了567.60万km，是没有网约车的情形下145.50万km的近4倍，该算例中，网约车较为严重地影响了城市交通系统。将城市居民的总出行时间进行比较，无车居民乘坐网约车出行与乘坐公共交通出行相比，单次高峰时段节约出行时间0.464 1 h，网约车司机单次高峰时段的行驶时间增加1.5 h，因为乘坐网约车出行，2.4万有车居民增加0.035 9 h的等车时间。以上数据表明，通过对有无网约车的情形进行对比，居民出行总时间节省了1.4万h，节省出行时间的居民占比33.7%。

4 结语

基于用户均衡模型，分析了居民出行方式受到网约车的影响。城市道路交通因为网约车受到较为严重的影响；同时居民增加了新的出行方式，减少了居民的总出行时间，一部分居民的出行情况得到了缓解。不同城市的居民收入水平、公共交通服务水平、私家车保有量等方面存在一定的差异，因此不同城市网约车的出现对出行方式会产生不同的影响[6]。通过模型，不同城市可以根据自身的特点对网约车带来的影响进行评估和预测，为监管网约车提供相应的决策与措施。