城际高铁开通客流转移预测研究

刘林，孙小慧，左志

（1.新疆大学建筑工程学院，新疆 乌鲁木齐 8300472；2.辽宁对外经贸学院大数据研究院，辽宁 大连 116052）

0 引言

出行者交通方式选择行为研究是交通问题研究的基础，因此对出行者的选择行为和决策方式应进行深入的分析和研究，并据此建立有效的模型，依据模型对出行者出行行为及其交通需求进行合理的预测[1-2]。目前，对交通方式选择行为研究的理论主要有随机效用最大化理论（Random Utility Maximization Model，RUM），依据效用最大化理论建立的MNL 模型以及NL模型在交通领域得到广泛的运用[2-3]。而我国拥有世界上运营里程最长的高铁，由于地形、气候限制加之经济发展不平衡，导致我国的高铁建设分布也不平衡。呈现出东中部高铁运营网密集，西部地区特别是新疆地区高铁修建开通较少。因此，研究者们对高铁开通客流转移预测研究大量集中在东中部地区，在新疆地区的研究相对较少。基于此，本研究从城际高铁开通客流转移影响因素分析，设计乌鲁木齐至喀什高铁开通客流转移SP 问卷，收集有效问卷488 份，分别建立MNL（Multinomial Logit Model）模型、分层Logit（Nest⁃ed Logit，NL）模型，并对模型进行比较，最终确定MNL模型更适合本研究，以MNL模型计算客流转移率，分析乌鲁木齐至喀什高铁开通后，其他交通工具客流转移率。

1 问卷设计及数据调查

研究表明，影响出行者出行选择的因素有出行者个人及行为选择特性变量和交通方式选择方案特性变量[4-9]。出行者个人特征特性变量有性别、年龄、职业、收入等；方案特性变量包含出行时间、出行费用、发车频次、换乘时间[10]。本研究在考虑出行者个人特性和选择方案特性的基础上对乌鲁木齐至喀什高铁开通客流转移率进行预测。

乌鲁木齐至喀什高铁还未开通，因此本研究采用SP 调查获取数据，调查乌鲁木齐至喀什高铁开通出行者对五种交通方式的选择。方案特性变量设置为出行时间、出行费用、发车频次和换乘时间。各特性变量的设定参照乌鲁木齐至喀什出行者出行实际情况及其他已有高铁城市运营的情况。高铁出行时间及票价参照全国高铁运营平均水平、发车频次及换乘时间参照乌鲁木齐至喀什铁路实际情况进行设定。本研究调查方式为问卷调查，包含线上问卷和线下问卷调查两种形式；问卷设计包含个人特性变量、出行特性变量、情景设计选择方案特性变量调查。调查时间为2021年5月 14 日至 2021 年 7 月 30 日，共收回问卷 514 份，剔除信息明显不完整的问卷得到的有效问卷488份。每份问卷设定8个选择情景设计，一共得到3 904个样本。

2 MNL模型

MNL（Multinomial Logit Model）模型又称多项Logit模型。MNL 模型以随机效用最大化理论为基础，决策者以每个选择方案的概率作为选择的结果，MNL 模型在交通领域得到了广泛的应用[11-14]。并且，MNL模型是由出行者决策效用满足感形成的，决策者会选择备选方案中效用最大的方案。MNL 模型因其理论成熟、应用简便，在各类的出行选择问题上都有较多应用[13]。

MNL模型效用函数：

式（1）中：Vi为出行选择效用函数中的固定项；βk为第k个变量的参数值；Xink为出行选模型第k个影响变量的效用值。

MNL模型的概率公式：

式（2）中：i为出行选择交通方式；Pin为出行者n选择第i种交通的选择概率。

3 NL模型

巢式 Logit（Nested Logit，分层 Logit 模型，NL） 模型在考虑了每个选择肢之间的相关性，并克服了IIA 特性，相对于其他的Logit 模型更优越。分层将类似性较大的作为同一水平，将不同类型的选择交通方式作为不同的层次。在双层NL 模型中划分层次的原则是将类似性较大的选择方案作为一层，而将差异性较大的选择方案划分为不同的层次[15-21]。

NL 模型中效用函数及特性变量的关系，在效用函数中效用函数V(r/m)n与特性变量X(r/m)n二者呈线性关系，因此可以得到效用函数及其选择概率公式。

4 MNL模型、NL模型有效性检验及优良性比较

4.1 模型变量选取

本研究选取的因变量为长途大巴、火车、飞机、小汽车、高铁，自变量为出行费用、出行时间、发车频次、换乘时间、常用交通方式、出行考虑因素、出行目的。其中，出行费用、出行时间、发车频次、换乘时间为共用变量，出行特征变量为常用交通方式、出行考虑因素、出行目的。常用交通方式包含长途大巴、飞机、火车、小汽车；出行考虑的因素有费用、快速、安全、舒适；出行目的包含公务出差、探亲访友、旅游娱乐、上学、通勤。利用stata 软件对模型的参数进行估计，MNL 模型和NL 模型下层模型都以火车作为参照组。最后得到模型的标定结果选取的因变量为模型的P小于0.1的变量，即为显著性变量。

4.2 模型优良性比较

模型估计结果，可以得到MNL 模型极大似然值 LL(β)为-4 369.242 9，MNL 模型极大似然值 LL(0)为-4 980.584 4，计算可得模型优度比ρ2=0.123。NL 模型极大似然值 LL(β)为-4 367.179 3，NL 模型极大似然值LL(0)为-4 983.560 9，计算可得模型优度比ρ2=0.124。由此可以得出NL 模型优度比与MNL 模型优度比相差0.001，结果显示二者之间相差的优度比较小。因此，不能以优度比作为唯一的判断标准。根据研究结论，NL 模型是在MNL 模型上改进得到的Logit 模型，NL 模型考虑了各选择枝之间的相关性且克服了MNL 模型的IIA 特性，然后得到较为优良的计算结果。查看NL 模型IIA 特性检验，结果显示：LR test for IIA (tau=1):chi2(2) =4.13，Prob＞chi2 =0.1270。即IIA 特性检验的P=0.127＞0.1，即接受原假设，则证明在考虑乌喀高铁开通中选取出行费用、出行时间、发车频次、换乘时间方案特性变量；常用交通、出行考虑因素、出行目的作为出行特征变量得到的NL 模型估计中各选项之间不存在相关性。因此，MNL 模型更适合本研究。MNL 模型与NL 模型变量及估计结果见表1。

表1 MNL模型与NL模型变量及估计结果

5 模型估计结果分析

在途时间、票价对出行方式选择的显著负效用表明，出行者对长途大巴、火车、小汽车、高铁、飞机的选择，呈现出在途时间长、票价高会降低出行者的选择概率。出行者在出行方式选择上相对于在途时间、票价的显著负效用，换乘时间不显著。说明出行者在乌鲁木齐至喀什出行方式选择上主要还是考虑在途时间、票价。

通常选择飞机的出行者不倾向于选择长途大巴和火车出行，而通常选择长途大巴和火车的人更倾向于选择长途大巴和火车。这说明在乌鲁木齐至喀什之间的出行方式中长途大巴和火车与飞机之间没有过渡的交通工具，导致出行者选择交通工具呈现两端化。在乌鲁木齐至喀什高铁建成后，通常选择火车和长途大巴的出行者更倾向于选择高铁，这可能是高铁运载能力强、在出行费用上优于火车和长途大巴的原因。因此，乌喀高铁的建设对于在平衡现有乌喀各交通工具的优缺点上有重要作用。

出行因素选择方面，长途大巴、小汽车、高铁、飞机的出行者主要考虑费用、快速，特别是快速在高铁出行呈现显著正效用，而费用在高铁出行上不显著。说明高铁速度越快被选择的人就越多，出行者在选择高铁出行上相对于费用更在乎高铁的速度。费用在选择飞机出行呈现显著负效用，而快速呈现显著正效用；说明费用越高，选择飞机出行的人越少，飞机出行者相对于其他的因素考虑更多的是费用。同时高铁和飞机在费用和速度上呈现一定的竞争关系。这符合现实情况。

出行目的方面，出行者在公务出差、旅游娱乐、探亲访友、开学上学、通勤上，旅游娱乐呈现显著性，说明乌鲁木齐至喀什出行中，更多的是旅游娱乐的出行者。这些旅游娱乐的出行者更多倾向于选择高铁和飞机，对于长途大巴和小汽车则不倾向选择。说明乌鲁木齐至喀什高铁修建后，高铁会成为乌鲁木齐至喀什出行的优先考虑交通工具之一，由于高铁相比飞机的客流运量大，因此高铁具有优势。

根据模型估计结果可预测得到高铁开通后各交通方式选择比例[11-13]见图1。对比高铁开通前后各出行方式选择比例可知，乌鲁木齐至喀什高铁开通前后，普速铁路出行比例减少幅度最大，约为78.16%，可能与普速铁路在途时间较长有关。飞机出行比例减少幅度次之，约为17.3%，与飞机出行时间短有关。说明飞机出行向高铁出行转移不易，与高铁在旅客出行形成了较强的竞争力。小汽车出行比例减少幅度最少，约为13.77%，可能与小汽车出行费用高、出行时间长有关。长途大巴出行比例在高铁开通前后略有小幅增加，可能是随着乌鲁木齐至喀什旅游业越来越发达，旅客希望体验当地更多的风景有关。高铁出行承担了48.36%的出行，表明了高铁在各交通方式中具有较强的竞争优势，乌鲁木齐至喀什高铁建成后有较大的客流量。

图1 高铁开通前后各交通方式选择概率

6 结语

本研究综合考虑了出行时间、票价、发车频次、换乘时间、常用交通方式选择、出行目的等因素，应用SP 调查获取数据，依据收集的数据建立MNL 模型和NL 模型，用模型优度比对MNL 模型和NL 模型进行优良检验，得到MNL 模型优度比高于NL 模型。因此，本研究用建立的MNL 模型对乌鲁木齐至喀什高铁开通客流转移进行实证分析。

研究结果表明，考虑方案属性和出行特征属性的MNL 模型可以有效地预测新增高铁开通后各出行方式的出行分担比例。出行时间、票价、发车频次、出行目的、常用交通方式选择、出行主要考虑因素对出行者出行有显著影响。其中，通常选择飞机的出行者不倾向于选择长途大巴和火车出行，而通常选择长途大巴和火车的人更倾向于选择长途大巴和火车。在一定程度上反映出飞机在高铁开通前的优势不可替代，说明在乌鲁木齐至喀什之间的出行方式中，长途大巴和火车与飞机之间没有平衡各出行方式的交通工具，导致出行者选择两端化明显。预测乌鲁木齐至喀什高铁开通后可承担48.36%的出行，普速火车出行比例大幅减少，飞机次之，小汽车排第三，长途大巴在高铁开通前后相差不大甚至略微增加。说明通常选择火车、飞机、小汽车的出行者较其他交通方式更倾向于选择高铁出行，乌喀高铁的开通能很好地平衡现有的交通工具的优势，更能满足现有出行者的出行需求。综上所述，高铁建设丰富了乌鲁木齐至喀什的出行方式，在各种交通方式中具有较强的竞争优势，乌鲁木齐至喀什高铁建成后有较大的客流量。本研究结果望能对高铁建设和运营管理、常规交通调整以及交通结构优化具有一定的参考意义，同时为高铁客流预测后续研究提供有效依据。