郑州大都市区运输通道客流分担率预测研究

李邦兰

(河南警察学院 智能交通实验室,河南 郑州 450046)

郑州大都市区是以郑州市为核心,包括郑州市域和开封、新乡、焦作、许昌4市中心城区以及巩义市、尉氏县、新乡县、原阳县、武陟县、长葛市等城乡一体化示范区的区域。该区域以河南省9.6%的面积,集聚了河南近20%的人口和超过30%的经济总量。近几年河南省大力发展郑州大都市区建设,交通运输作为基础性、先导性、服务性的行业,是建设郑州大都市区的重要支撑和引领。目前,郑州与开封、新乡、焦作、许昌4市之间的运输通道中各运输方式协调发展的格局尚未完全形成,预测郑州大都市区各运输通道的客流分担率是十分必要和迫切的。

目前国内外关于运输通道客流分担率预测研究较多,主要预测方法有以交通分区为单位的回归模型、转移曲线模型、重力模型等集计模型和以个人出行行为为单位的Logit模型、Probit模型、MD模型等非集计模型[1],尤其是Logit模型研究较为成熟且应用比较广泛。刘澜等[2]、李文霞等[3]、巩亮等[4]分别选取不同的指标,构建效用函数,建立改进的Logit模型,预测了各运输通道的客运分担率。李海军等[1]、张兵等[5]、何宇强等[6]分别构建了Logit模型,分析了高速公路、高铁建成运营后客运分担率的变化及其对运输通道内其他客运方式的影响。郭豪飞等[7]、朱潇滢[8]、黄启乐等[9]利用Logit模型分析了各运输方式的分担率,提出了各运输方式的优势定位、竞争格局、发展方向等。巩亮等[4]、朱鸿国等[10]、王晓[11]选取5个影响因素作为效用函数的构成变量,对各运输通道的客流分担率进行了求解。

本文构建了加法、乘法相结合的广义费用函数,利用问卷调查和层次分析法,测算了各因素对选择出行方式的影响权重,然后利用改进的Logit模型预测了郑州与4市之间各运输通道的客流分担率,对推动郑州大都市区协调发展具有重要意义。

1 影响因素分析

郑州大都市区的运输方式主要包括高速公路、普通铁路、高速铁路、城际铁路等。本文选择安全性、经济性、舒适性、便捷性、快速性等5个指标作为影响旅客选择出行方式的主要因素,将其进行量化。

(1)安全性。

安全性是旅客选择出行方式的重要影响因素。根据朱潇滢[8]、李文霞等[3]、韩世通[12]的研究,安全性与重伤亡人数有一定的关系,即

式中αi为第i种运输方式的伤亡人数。

(2)经济性。

经济性是指旅客的出行费用。根据刘澜等[2]、冯妍等[13]、彭辉等[14]的研究,本文选用票价对各种运输方式的经济性进行衡量,即:普通铁路的经济性采用硬座票价进行量化;高速铁路的经济性采用二等座票价进行量化;城际铁路的经济性采用正常票价进行量化;高速公路的经济性采用长途客车的出行比例与平均票价的乘积与自驾车的出行比例与平均费用的乘积之和进行量化。

(3)舒适性。

舒适性反映了旅客对不同运输方式的满意程度,它存在一定程度上的主观性。运输方式的舒适性越高,旅客出行选择的概率越高。根据朱潇滢[8]、巩亮等[4]、王晓[11]、何宇强等[6]的研究,本文的舒适性采用旅客出行费用的5%进行量化。

(4)便捷性。

便捷性反映了旅客出行过程中购票、候车、进出站顺畅的程度。目前大部分旅客在出行前都选择了网上购票。旅客在进出各类车站时大多可以通过刷身份证、扫脸识别等智能方式通行。根据巩亮等[4]、冯妍等[13]、朱潇滢[8]的研究,便捷性可以采用候车时间和进出站时间之和进行量化。本文将发车间隔时间的1/2作为平均候车时间,铁路列车、汽车进出站的时间分别设为0.33 h和0.15 h。

(5)快速性。

快速性反映了旅客在出行过程中的时间。本文将两个地市之间的运输时间作为快速性指标。为了便于统计分析,消除数据之间的量纲差异,一般将出行的时间价值转换成货币形式[4]。时间价值的转换公式为

W(t)=G/(t×p)

式中:G为国民生产总值(GDP);t为劳动者平均劳动时间;p为人口数量。旅客在两地之间出行的时间价值,可视为两地时间价值的平均值,记为

W(t)=(Wi(t)+Wj(t))/2

式中Wi(t)、Wj(t)分别为i、j两地的时间价值。

根据河南统计年鉴的相关数据,可以计算出郑州市与开封市、新乡市、焦作市、许昌市之间的平均时间价值分别为41.22元、40.85元、47.36元、47.49元。

本文原始数据主要从12306铁路网、携程网等获取。通过计算可以得到郑州市与4市之间各运输方式的安全性Si、经济性Ei、舒适性Ci、便捷性Bi、快速性Ti等(见表1)。

2 客运分担率预测模型

2.1 建立模型

确定模型中各种运输方式指标及其参数取值后,本文假设:(1)旅客总是希望选取效用最大的出行方式;(2)仅考虑出行方式的固有特性所产生的效用值;(3)某运输方式的安全性越高、费用越少、舒适性越好、出行时间越短,则其出行效用值越大,选择该运输方式的概率也越大。

安全性是旅客出行选择的首要因素,与其他因素之间是乘法关系。其他因素之间是加法关系。不同影响因素对不同运输方式的影响不同,因此对每个影响因素都引入相应的权重系数,则某种运输方式的广义费用函数U为

U=V+ε

Vi=(Fmax-Fi+θ3Ci)·θ1Si

Fi=θ2Ei+θ4BiW(t)+θ5TiW(t)

式中:V、ε、F、θ分别为某种运输方式的效用函数确定项、效用函数随机项、出行费用、权重系数;Fmax为4种运输方式中最多的出行费用。

Logit模型是指数模型,增长速度特别快,为了使结果更合理,本文将出行效用值进行平均处理。本文构建的Logit模型(旅客选择第i种出行方式的概率)为

2.2 计算影响因素的权重系数

通过问卷调查,可以得到旅客选择运输方式时考虑影响因素的总体情况(见图1),以及各因素对旅客选择不同运输方式的影响情况(见图2)。

图1 各因素对旅客选择运输方式时的总体影响情况

图2 各因素对旅客选择不同运输方式时的影响情况

普通铁路(R)、高速铁路(G)、城际铁路(C)、高速公路(W)的影响因素比较矩阵分别为

通过层次分析法可以得到普通铁路运输影响因素权重向量(即影响因素θi)

WR=[0.17 0.47 0.10 0.17 0.09]T

进行一致性检验,可得最大特征值λmax为5.016 1,一致性指标C.I.为0.004 0。

当n=4时,平均随机一致性指标R.I.为1.12,可得随机一致性比率

所得结果通过了一致性检验,即结果可以接受。

同理,高速铁路的权重向量为WG=[0.21 0.11 0.14 0.21 0.32]T。

城际铁路的权重向量为WC=[0.28 0.23 0.07 0.31 0.10]T。

高速公路的权重向量为WW=[0.31 0.12 0.13 0.29 0.16]T。

3 郑州大都市区客运分担率预测与分析

根据本文模型进行计算,郑开通道内各交通方式的效用值计算结果分别为VR=10.57,VG=13.53,VC=17.19,VW=15.41。选择概率分别为PR=0.19,PG=0.24,PC=0.30,PW=0.27。

因此,在郑开通道内,普通铁路、高速铁路、城际铁路、高速公路的客运分担率分别为19%、24%、30%、27%。从整体看,高速铁路、城际铁路、高速公路3种运输方式的客运分担率相差不大,这是因为郑州市与开封市城市距离较近,各种运输方式对旅客来说都是效益较好的选择,说明郑州大都市区发展城际铁路交通迅速。

对郑新通道各交通方式的效用值进行计算,结果分别为VR=12.21,VG=15.70,VW=17.86。选择概率分别为PR=0.27,PG=0.34,PW=0.39。

在郑新通道内,普通铁路、高速铁路、高速公路的客运分担率分别为27%、34%、39%。从整体看,高速公路运输方式的分担率比普通铁路和高速铁路分担率相对较高,这是因为郑州市与新乡市跨黄河桥相连,公路运输占优势。

对郑许通道各交通方式的效用值进行计算,结果分别为VR=11.83,VG=37.61,VW=14.72。选择概率分别为PR=0.18,PG=0.61,PW=0.21。

在郑许通道内,普通铁路、高速铁路、高速公路的客运分担率分别为18%、61%、21%。从整体看,高速铁路运输方式的分担率比普通铁路和高速公路分担率相对较高,这是因为郑州市与许昌市运输通道是南北方向,通道内有京广高铁、郑万高铁、郑和高铁3条高铁运输线路,高速铁路发展较快。

对郑焦通道各交通方式的效用值进行计算,结果分别为VG=25.41,VC=28.06,VW=26.31。选择概率分别为PG=0.32,PC=0.35,PW=0.33。

在郑焦通道内,高速铁路、城际铁路、高速公路的客运分担率分别为32%、35%、33%。从整体看,高速铁路、城际铁路、高速公路3种运输方式的分担率相差不大,这是因为郑州市与焦作市运输通道是南北方向,通道内有郑太高铁、郑焦城际铁路。

4 结论与建议

本文选取安全性、经济性、舒适性、便捷性、快速性等5个主要因素,构建了加法乘法相结合的广义费用函数,建立了Logit模型,预测了郑州大都市区4个运输通道的各运输方式客运分担率,得到以下结论和建议:

开封市、焦作市的城际铁路分担率占比最高,能够分担其他运输方式的压力,建议许昌市、新乡市规划建设城际铁路,强化城际轨道交通对大都市区发展的支撑作用;许昌市高速铁路分担率占比最高,其他3市高速铁路分担率跟通道内其他运输方式相差不大,建议进一步加强高速铁路的建设,加密以郑州为中心的米字形高速铁路网;开封市、新乡市、焦作市、许昌市的高速公路分担率相差不大,建议以路网加密和强化联通为重点,继续加快高速公路建设,推动大都市区高速公路网络化、一体化发展;应根据5 市交通资源,充分发挥各市交通优势和特点,优化相互间的竞合关系,共同促进郑州大都市区交通发展。