新城与中心城间交通方式优化模型分析

王芹芹，王花兰

(兰州交通大学 交通运输学院，甘肃 兰州 730070)

社会的发展使得人口不断向大城市聚集，城市交通问题、环境问题等不断涌现，摆脱原有老城区的束缚，发展独立新城成为城市发展的新方向。新城建设是大城市疏散中心城区人口与产业压力的有效方法，是优化城市空间结构、防止大城市无序发展的主要途径，是实现区域总体经济、社会、自然环境协调发展的重要手段[1]。新城建设的同时不能忽略和中心城间的交通联系，进行新城与中心城间的交通规划需要对走廊内的交通出行分布情况进行全面综合的分析，从整体上确定客流主要流向和集中程度，从而最大化发挥走廊交通方式的优势[2]。

新城与中心城间交通模式概括起来主要包括3大类[3]。1)道路交通模式。主要是以小汽车、普通公交、BRT为主体的交通结构。如西安城市规划主要通过高速公路将中心城与外环衔接，武汉、合肥在城市综合交通规划中将BRT作为中心城与周边新城的衔接方式。2)轨道交通模式。是以快速铁路、轻轨、地铁为主要衔接方式的交通结构。如北京、上海等新城区和中心城间交通模式的选择。3)复合交通模式。指小汽车交通、普通公交、BRT、轻轨、快速轨道交通等多种交通方式并存的交通结构。

新城与中心城间交通结构是兼顾2个城市发展的桥梁，新城与中心城间交通方式的优化是实现资源优化配置和可持续发展的有效途径。本文在两城间交通方式适应性分析的基础上，从出行者的角度出发，基于前景理论构建交通方式选择模型，为新城与中心城间交通方式的优化提供决策依据。

1 交通方式适应性分析

中心城市与新城间的交通方式发展涉及众多因素， 包括城市空间结构、经济发展、产业布局、土地利用以及周围环境的相互作用与影响，出行者个人出行特征、相关运营企业和社会利益以及政策因素等。城间不同交通方式的发展不仅要使城市的土地利用格局最优化，同时还应在相关交通政策引导下，通过各种交通方式优化衔接促进城市的可持续发展。土地利用主要表现为城市形态、城市规模及人口密度等形式，不同特征的土地利用模式将形成不同的出行需求结构，表现形式就是多样化的交通出行方式。新城的规模、性质在一定程度上影响着交通方式的选择，引导着居民的不同出行选择行为与出行倾向。反之，各种交通工具的运载能力，对交通需求也有着不同的适应性，客观决定了不同规模和用地布局的城市对交通工具的选择差异。

新城与中心城间交通的发展一方面要与城市经济社会发展相协调，引导城市空间发展和生产力布局的合理分布；另一方面要加强不同方式间的统一规划，按照各种方式的特点和城间交通的实际情况，形成有机合理的交通体系，提高运输效率和服务水平，同时把交通对外部环境的影响减少到最低限度，实现两城间交通协调和可持续发展。新城与中心城间的交通适应性主要从以下4个方面来考虑[4]：

1)服务特性。新城与中心城间交通模式的选取首先在于其是否可以满足两城之间的客流量需求，保障居民的出行。同时交通方式的便捷性、舒适性和可达性不仅是居民出行满意度的体现，同时也是这种交通模式成功发展的前提。

2)经济特性。城市的经济发展水平，直接决定交通结构，同时也直接决定着大城市和新城之间交通联系方式的选择。一方面需要不断的财政投入支持，另一方面，交通为大城市与经济腹地切实起到经济带动作用，引导带动城市的发展。因此考虑城市经济水平对交通投资的可承受能力，在经济承载能力范围内选择适宜发展的交通方式显得十分必要。

3)物理环境影响特性。新城与中心城间发展何种交通方式对能源和环境有很大的影响，小汽车交通模式虽然机动性和可达性方面有很明显的优势，但是土地占用和能源消耗大，而公共交通以高效、环保、节能、公众化已被公认为城间理想的交通方式。基于可持续发展的角度考虑，能源消耗越小的交通模式越适用于城市能源的可持续发展。

4)社会环境影响特性。社会环境影响主要是指交通模式的社会公平性，对新城与中心城交通方式的选择十分重要。交通方式的公平性是指为人们提供均等的参与社会活动的机会。在交通规划的过程中必须要考虑环境公平性，以保证减少交通系统的负面影响。表1列出了新城与中心城间几种主要交通方式的性能。

表1 几种交通方式的主要性能

新城建设依托网络化的交通系统，交通走廊促进周边土地利用以及中心城区和周边新城的相互作用，使交通需求也随之增加，这使得新城与中心城间交通方式的发展必然是复合式的载体(公共汽车、BRT、地铁等多元化的组合)，只有在新城与中心城间实现多元化的交通方式，才能使新城的功能得以发挥，朝着有序、可持续的方向发展。

2 基于前景理论的交通方式选择模型

对于出行方式选择研究主要是从随机效应最大化方面考虑，但事实上，出行者在出行决策过程中不可避免地受到出行者的个体习惯、面临风险时的态度、自身的偏好等的影响。前景理论正是基于这方面考虑，为居民出行方式选择提供新方法。前景理论主要从价值的变化量即收益和损失的角度来研究决策者对待风险的态度，为出行方式的决策建模奠定基础[5]。

随着决策者时间价值和社会经济发展水平的提升，乘客在走廊内选择某种交通方式出行时，已从单一的交通可达性要求转向对出行的经济性、方便性和舒适性等指标的综合权衡；为了更加符合大都市走廊内各交通方式面向不同服务对象的选择决策过程，有必要在城市居民出行方式选择过程中考虑决策者的风险心里因素，基于此，本文提出基于前景理论的交通方式选择方法。

基于前景理论的新城与中心城间交通方式选择的主要步骤包括[6-8]：

1)定义出行费用

假设出行者在中心城，Tb为出发时刻，出行者必须在目标时刻Tf前到达目的地(新城)，否则将会产生损失。

如果早到，产生的早到损失费用C1为

C1=θ1(Tf-Tb-ti)，

迟到，产生的迟到损失费用C2为

C2=θ2(Tb-ti-tf)，

令Td=Ta-Tb,在两城间走廊通行时间Td内的损失费用为θ3ti，则出行费用可定义为

U=σθ1(Td-ti)+(1-σ)θ2(ti-Td)+θ3t+Uf，

(1)

2)选择参照点

若用x表示出行者在起始点主观估计出行方式f后的收益或是损失，则有

(2)

3)确定价值函数

乘客对备选方式进行评价，计算各种方式的价值大小。根据文献[5]提出的价值函数形式，出行者在起始点的价值函数v(x)定义为

(3)

式中 a为风险态度系数，01则出行者将对损失更加敏感。

4)选择概率权重函数

按照前景理论的概率权重函数形式，收益、损失时的概率权重w+(p)、w-(p)[9]分别为

式中 γ为风险收益态度系数；p为结果出现的概率；δ为风险损失态度系数。

根据文献[10]的实验结果取γ=0.55，δ=0.47。

设一条路径的效用是有限离散分布的，令其效用为xi={x-m,x-m+1,…,xn-1,xn}，选择概率为pi={p-m,p-m+1,…,pn-1,pn}，根据累计期望理论，该路径收益、损失部分出行者的感知效用ν+、ν-分别为

(4)

(5)

5)计算交通方式的前景值

在前景理论的研究中，理想的方案应该是综合前景越大越好。根据决策者在面临收益和损失时的前景价值函数以及概率权重函数，综合前景值为正负前景值之和，即

(6)

计算各种交通方式(小汽车、普通公交、BRT、轨道交通)的前景值，作为交通方式优化的目标，为科学优化新城与中心城间交通方式结构奠定基础，同时也为新城与中心城间客运交通模式的选择提供理论依据。

3 算例分析

就某一新城和中心城间主要的交通方式(见表2)，说明基于前景理论的出行方式选择方法的有效性和合理性。

表2 新城与中心城间主要交通方式及属性

当出行者在起始点进行出行方式选择时，假定情形：要求在30 min内到达终点；为区别各种时间成本的不同，θ1>θ2>θ3， 取θ1=1.5，θ2=1.2，θ3=1，运用式(1)～(6)计算分析结果见表3。

表3 基于前景理论的居民出行方式选择模型计算结果

由表3可知，依据前景值最大化原则，快速公交的前景值最大，居民会选择前景值最大的交通方式出行，这一结果和调查的居民实际出行情况相符合，也与文献[11]用随机效用理论得出的结果相吻合，从而证实了所建模型的适应性与可行性。BRT 作为一种介于普通公交和快速轨道交通之间的交通方式，在新城与中心城间交通方式选择中具有一定的优势，也是新城与中心城间比较理想的交通模式。

4 结论

在居民出行方式选择过程中考虑决策者的风险心里因素，应用前景理论建立新城与中心城间交通方式选择模型，并结合实际对模型加以应用与验证，为大城市与周边新城间的交通模式配置提供一定的理论基础。但是目前只是对该方法进行初步的研究，模型的参数标定等还有待进一步探讨，同时应兼顾其它因素，如政府的财政投入、企业的收益、交通政策等等，综合选择适宜的交通方式。

参考文献：

[1]张捷，赵民，马梅.新形势下上海市域城镇体系及新城建设[J].同济大学学报：自然科学版，2011，39(8)：1099-1105.

[2]徐永能，李旭宏，朱彦东，等.大都市圈域走廊内各交通方式优化组合模型分析[J].交通运输系统工程与信息，2005，5(4)：35-39.

[3]王花兰.中心城市—卫星城市间交通配置模式研究[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[4]李雅楠.大城市(中心城)—卫星城交通模式的适应性评价研究[D].西安：长安大学，2008.

[5]Kahneman D，Tversky A. Prospect Theory：an Analysis of Decisions Under Risk[J].Eeonometylea,1979，47：263-291.

[6]罗清玉，吴文静，贾洪飞，等.基于前景理论的居民出行方式选择分析[J].交通信息与安全，2012,30(2)： 37-40.

[7]刘玉印，刘伟铭，吴建伟.基于累积前景理论的出行者路径选择模型[J].华南理工大学学报：自然科学版，2010,38(7)：84-89.

[8]张波，隽志才，倪安宁.前景理论在出行行为研究中的适用性[J].北京理工大学学报：社会科学版，2013，15(1):54-62.

[9]Neilson W,Stowe J.A Further Examination of Cumulative Prospect Theory Parameterizations [J].Journal of Risk and Uncertainty,2002,24(1):31-46.

[10]曾建敏.实验检验累计前景理论[J].暨南大学学报，2007，28(1)：44-47.

[11]马书红，孙传娇，周伟，等.基于随机效用模型的大城市与卫星城市间交通模式配置研究[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2008，32(2)：316-319.