基于活动的出行链特征与出行需求分析方法研究

摘要

随着我国城市社会经济的快速发展，城市交通需求也呈现出多样性特征，出行目的更加多元化，居民出行行为具有更多的选择性和复杂性。城市交通现象的发生机理和交通需求分析对于城市交通系统规划与管理理论研究具有极为重要的作用。基于出行的传统“四阶段”集计交通需求分析模型的重要目标是评价交通系统供应能否满足交通需求，而对于人的交通需求是怎样发生的，其自身的社会经济状况怎样影响出行行为，人的出行模式如何随决定这些模式的外在系统变化，则在传统方法中难以反映。因此，迫切需要将行为分析理论引入传统预测模型，弥补传统模型缺乏行为分析的不足。基于活动的出行需求分析方法能够清楚认识到人们对行为活动的需求导致了对出行的需求，始终把人放在建模的核心地位，侧重于刻画出行行为机理，模型结构也更为灵活，在吸纳政策因素方面比传统方法有更大的包容性。 论文依托国家973计划项目(2006CB705501)《城市交通需求生成机理与瓶颈识别》和教育部科学技术研究项目(105086)《城市交通系统的平衡机理与控制研究》，对基于活动的出行链特征与出行需求分析方法展开研究，重点将以活动、出行链为单元的活动模型分析方法融入以单个出行为单元的传统出行需求分析的生成、分布两个重要阶段。 论文结合中国城市特点，改进传统出行调查形成活动—出行链调查方案，通过设计出行链及其特征提取程序，分析了不同规模城市的不同行为聚类人群的活动—出行链特征及其与个人属性的相关性。在此基础上，剖析了基于活动模式的出行生成预测分析机理，建立了个体通勤出行典型活动模式离散选择模型，基于个体出行行为、以出行链为分析单元改进传统出行生成预测模型。论文针对工作者通勤出行典型活动模式中包含的工作活动和中途停留活动目的地选择的不同行为，分别建立了引入规模变量的工作活动和中途停留活动复合选择肢logit模型，以此建立反映个体目的地选择行为、引入多个衡量目的地小区土地利用吸引度规模变量和离散定性变量的出行分布预测新模型。在对基于活动模式的出行生成预测模型和基于活动目的地选择的出行分布预测模型应用和集计的基础上，论文结合实例提出了基于活动的出行生成和出行分布分析方法。 活动—出行链基础数据获取和特征分析是活动方法建模的基础。国外一般采用的活动日志调查在中国还没有成功开展的经验，而传统出行调查在中国城市仍有广泛的适用性，同时国内外研究中仍缺乏对不同规模城市活动—出行链特征的大样本对比研究。为此，本文首先结合中国城市特点改进传统出行调查形成活动—出行链调查方案，并设计了活动和出行链及其特征提取程序，对沈阳、湖州、上虞三个不同规模城市的工作者、非工作者、学生三类行为聚类人群的活动类型及其次数分布特征、出行链个数、长度及其分布特征、出行链结构分布特征进行了对比分析。通过辨别活动—出行链特征、分析活动—出行链特征与个人属性的相关性、解释活动—出行链发生的内在原因的研究方法，把活动和出行移动放在链中进行线索式跟踪分析，而不是孤立地研究单个活动和出行。活动—出行链特征研究刻画了居民活动的选择和顺序，体现了交通出行研究的连贯性和动态性。 以活动—出行链特征分析为基础，论文定义包含工作活动的出行链为主要出行链，其他出行链为次要出行链。并针对中国城市次要出行链相对较少的特点，根据主要出行链和次要出行链的组合模式定义了工作者通勤出行典型活动模式(hwh、hwh+、hw+wh、hwhwh、hwh+h、hwhwh+h)，剖析了基于活动模式的出行生成预测分析机理。以上虞市活动—出行链调查数据为实例，用交叉列联表方法分析了活动模式与居民个人属性、家庭属性、区位属性、交通方式属性、工作时间安排属性的相关性。以活动模式与各类属性之间的相关性分析为基础，通过多项 logit(MNL)模型标定得出性别、职业、年龄、教育程度、家庭工作人数、家庭年总收入、车辆拥有情况、工作地与居住地区位OD配对属性、交通方式属性、工作起止时间安排属性等是影响个体活动模式选择的显著变量，建立了包含显著特性变量的个体活动模式选择MNL模型。以此建立了基于个体活动模式选择行为、以活动模式中包含的出行链为分析单元的出行生成预测分析新方法。 论文从影响出行分布和活动目的地选择的土地利用吸引度、目的地区位属性等变量出发，建立了引入规模变量的复合选择肢logit模型，探讨了标定logit模型非线性效用方程的改进Newton-Raphson算法和选择肢抽样算法。针对工作者通勤出行典型活动模式中包含的工作活动和中途停留活动目的地选择的不同行为，以上虞市活动—出行链调查数据为实例，基于出行链层面建立了包含行政办公(EMB)、商业金融(EMJ)、工厂作业现场(EMG)、其他类型设施(EMO)数等规模变量、行政中心(Center)等定性哑元变量、性别等个人属性与阻抗交互作用特性变量的主要活动—工作目的地复合选择肢logit模型。并基于出行层面建立了包含行政办公(EMB)、商业金融(EMJ)、学校教育(EMX)、其他类型设施(EMO)数等规模变量、商业中心(CBD)等定性哑元变量、汉森可达性(M)、阻抗(IMP)等特性变量的中途停留目的地复合选择肢logit模型。以此建立了反映个体目的地选择行为、引入多个衡量目的地小区土地利用吸引度规模变量和离散定性变量的出行分布预测新模型。 以基于活动模式的出行生成预测模型和基于活动目的地选择的出行分布预测模型为基础，论文提出了基于活动的出行生成和出行分布分析基本框架，给出了基于活动模式的出行生成预测模型和基于活动目的地选择的出行分布预测模型的应用和集计公式。并以上虞市简单活动模式(hwh)为例，以活动模式和目的地选择建模过程中所用特性变量为基础数据，演示了基于活动的出行生成和出行分布分析方法。 论文的研究成果对建立适合我国国情的基于活动的出行需求分析模型、改进传统需求预测方法，实现由传统方法向活动方法的逐步过渡具有有益推动作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1立题背景及意义

2研究现状概述

2．1国外研究现状

2．2国内研究现状

2．3现有研究不足

3研究目标

4研究内容

4．1基于活动的交通需求理论

4．2活动-出行链特征分析

4．3基于活动模式的出行生成预测模型研究

4．4基于活动目的地选择的出行分布预测模型研究

4．5基于活动的出行生成和出行分布分析方法

5研究技术路线

6论文组织结构

7本章小结

第二章 基于活动的交通需求理论及研究现状综述

1基于活动的交通需求理论

1．1基于出行的传统交通需求预测模型

1．2基于活动的交通需求理论发展过程

1．3基于活动的交通需求分析方法的理论基础

1．4基于活动的交通需求模型系统

1．5基于活动的交通需求方法与传统方法的比较

2活动—出行链特征研究综述

3活动模式研究综述

4活动目的地选择模型研究综述

5现有研究不足与本文研究重点

5．1活动—出行链特征研究

5．2活动模式研究

5．3活动目的地选抒模型研究

6本章小结

第三章 活动—出行链特征分析

1活动、出行链及其特征分析指标

1．1活动、出行链与活动模式

1．2活动类型与出行链结构

1．3活动、出行链特征分析指标

2活动—出行链调查方案设计与数据处理

2．1活动—出行链调查方案设计

2．2活动—出行链数据处理与出行链提取程序设计

3活动—出行链一般统计特征分析

3．1活动类型分布特征

3．2出行链个数分布特征

3．3出行链长度分布特征

3．4出行链结构分布特征

4出行链特征与居民属性的相关性

4．1性别与出行链特征的相关性

4．2年龄与出行链特征的相关性

4．3职业与出行链特征的相关性

5活动模式及其统计特征分析

5．1工作者通勤出行典型活动模式类型

5．2工作者通勤出行典型活动模式统计特征

6本章小结

第四章 基于活动模式的出行生成预测模型研究

1基于出行的传统生成预测方法

1．1回归分析法

1．2交叉分类法

1．3综合方法

1．4改进的模型

1．5传统方法的局限性

2基丁活动模式的出行生成预测分析方法

2．1基于活动模式的出行生成预测方法基本思路

2．2基于活动模式的出行生成预测分析方法的特点

3活动模式与各类属性之间的相关性分析

3．1活动模式与个人属性的相关性分析

3．2活动模式与家庭属性的相关性分析

3．3活动模式与区位属性的相关性分析

3.4活动模式与交通方式属性的相关性分析

3.5活动模式与工作时间安排属性的相关性分析

3.6小结

4活动模式离散选择模型基础理论

4.1离散选择模型的基础

4.2MNL模型的导出

4.3MNL模型的标定

4.4MNL模型的检验

5个体通勤出行典型活动模式选择的MNL模型

5.1个体活动模式选择的MNL模型建立步骤

5.2模型结构确定

5.3特性变量选择

5.4模型标定

5.5模型解释

6活动模式的效用函数

7本章小结

第五章 基于活动目的地选择的出行分布预测模型研究

1传统出行分布预测方法

1.1增长系数法

1.2重力模型法

1.3介入机会模型法

1.4改进的模型

2基于活动的目的地选择模型特点

2.1基于活动的目的地选择模型与重力模型的比较

2.2基于活动目的地选择的出行分布模型基本思路

3活动目的地选择影响因素分析

3.1目的地小区吸引度

3.2目的地区位属性

3.3出行OD点区位配对属性

3.4空间阻隔变量

3.5阻抗变量

3.6汉森可达性

3.7个人属性的交互作用

4基于活动的目的地选择模型关键技术

4.1引入规模变量的复合选择肢logit模型

4.2引入规模变量的logit模型参数估计算法

4.3选择肢抽样技术

5工作活动目的地选择模型

5.1模型基本结构

5.2模型特性变量数据准备

5.3工作目的地选择初始模型

5.4个人属性交互作用下的模型

5.5选择肢抽样下的初始模型

5.6选择肢抽样下考虑个人属性交互作用的模型

5.7工作目的地选择模型效用函数

6中途停留目的地选择模型

6.1模型基本结构

6.2模型特性变量数据准备

6.3中途停留目的地选择模型

6.4中途停留目的地选择模型效用函数

7本章小结

第六章 基于活动的出行生成和出行分布分析方法

1基于活动的的出行生成和出行分布分析基本框架

2基于活动模式的出行生成预测模型的应用和集计

2.1应用步骤

2.2应用和集计公式

3基于活动目的地选择的出行分布预测模型的应用和集计

3.1应用步骤

3.2应用和集计公式

4基于活动的出行生成和出行分布实例分析

5本章小结

第七章 结论与展望

致谢

参考文献

附录1提取出行链特征的MATLAB程序

附录2工作目的地选择初始模型BIOGEME输入

附录3选择肢抽样的MATLAB程序

攻读博士学位期间发表论文及参与科研情况