双模式下考虑碳税的定制公交站点位置与票价优化研究.pdf
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1、山 东 科 学 第 卷 第 期 年 月出版.:./.【交通运输】收稿日期:基金项目:国家自然科学基金()作者简介:曹宏()男硕士研究生研究方向为城市交通:.通信作者任华玲女教授研究方向为交通运输规划与管理复杂系统建模、优化与分析:.双模式下考虑碳税的定制公交站点位置与票价优化研究曹宏任华玲(北京交通大学 交通运输学院北京)摘要:为研究碳税设定下通勤廊道定制公交票价优化过程中居民通勤出行选择与社会福利之间的影响关系建立了兼顾弹性客流需求和廊道整体社会福利的双层规划模型 模型上层决策为发车位置和定制公交票价下层为弹性需求客流分配模型考虑通勤廊道上的定制公交和私家车两种交通方式 从居民出行满意度的角
2、度对比考虑碳税的环境下分析客流需求与票价之间的关系根据乘客出发点的不同将客流需求分层作为下层弹性需求客流分配模型的输入考虑客流需求、道路拥堵状况、乘客满意度与社会福利间的关系设置廊道客运交通系统福利为上层模型优化目标采用测量分析系统与粒子群算法求解双层规划模型 实例计算结果表明优化后的社会福利得到较大提升同时道路通行状况得到明显改善累进碳税对于提升定制公交分担率的效果较好 由此可见在碳税设定下优化后的定制公交票价和发车位置能更好地提高社会福利降低城市客运交通系统运行成本关键词:城市交通碳税票价优化粒子群算法定制公交结构方程弹性客流需求中图分类号:.文献标志码:文章编号:()开放科学(资源服务)
3、标志码():().山 东 科 学 年 .交通运输领域 排放约占全社会 排放的 道路运输(含社会车辆、营运车辆)排放量占交通运输领域碳排放总量的.随着居民对于出行时间、舒适度等出行服务品质提升的需求越来越高碳排放总量控制难度很大 若不实行积极、持续的减缓政策交通运输领域的排放增速可能会高于其他终端用能行业成为 排放最大的贡献者 乘用车碳排放占交通运输领域碳排放的.拥堵的道路行车条件更加剧了化石燃料的消耗 北京市碳达峰实施方案提出到 年中心城区绿色出行比例达到.公交基本实现电动化常规公交受限于线路与时刻表的固定无法及时响应动态的交通需求而定制公交因其较高的服务水平更适合作为燃油私家车向绿色方式出行
4、转变后的替代通勤方式 定制公交的出现为提升公共交通的服务水平补充出行服务断档提供了新的思路在优化城市客运交通结构尤其是私家车向定制公交出行的转移以及缓解城市交通拥堵和减少交通污染的方面发挥着重要作用对于出行选择问题 世纪 年代 等首次将经济学中的效用理论引入交通领域并以概率论为理论基础从非集计角度对出行方式选择行为展开研究 朱顺应等加入了低碳补贴设定通过()调查及多项 模型研究影响居民出行的各种因素 高艺萍等以大连市出行调查数据为基础建立了包含行程时间、出行距离、票价等因素的出行方式效用函数 在当前非集计方式选择模型中效用函数仅考虑了可直接观测变量(比如居民的社会经济特性、方案属性等)但除了出
5、行时间、成本等直接观测变量外站点可达性、拥堵状况和私家车停车难易也会影响出行者的选择甚至出行者的低碳出行意愿也会对出行方式选择产生无法忽视的影响如果在研究中忽略了这些潜在因素便很难构建与人们实际选择行为更为符合的模型 研究各种影响因素之间的关系及潜在因素对选择结果的影响机理对全面分析出行方式选择行为具有重要意义多年来研究者越来越关注态度和其他主观因素对出行的影响 个人态度可能对出行行为产生直接或间接影响:如会通过对私家车的积极态度来影响交通方式选择也可能表现为通过影响个人选择的居住位置来影响出行方式 等研究了公交服务质量、乘客满意度和公交行为意图之间的关系赵琳娜等通过分析非通勤乘客和通勤乘客的
6、公交出行服务需求特征探讨了乘客公交出行满意度的影响因素武荣桢等则采用模糊综合评价法给出了公交服务用户满意度评价模型 现有研究对于常规公交服务满意度影响分析与指标评价确定较多而对于定制公交的满意度研究较少 与常规公交相比定制公交的服务特性、应用场景、开行方案等都差别较大原有的满意度评价方法应得到改进 现有的定制公交满意度研究大多探讨满意度影响因素未深入研究影响因素之间的定量关系缺乏相应的评价模型 李睿等使用了美国顾客满意度指数模型()由于经济发展与文化差异较大无法完全解释我国城市通勤居民的出行选择行为站点设置和票价是影响居民是否使用定制公交出行的重要因素胡列格等使用 聚类和城市范围路线覆盖设计相
7、结合的办法研究公交站点的分布问题 程立勤基于层次结构分析法来设计规划公第 期曹宏等:双模式下考虑碳税的定制公交站点位置与票价优化研究交线路根据各个站点效用的不同来设计线路 对于定制公交的票价问题王健等把公交票价制定问题和道路拥挤收费相结合构建了两种交通方式之间的客运量关系定价模型 杨得婷通过分析出行者需求和企业利润的关系构建了平均运营成本定价和综合理解值加成定价结合的定制公交票价设定模型 肖鹏构建了双层规划票价制定模型来确定票价采取数值分析法求解并通过案例分析验证了模型的有效性 在现实环境中站点设置和票价设定都属于开行方案的重要组成部分很大程度上决定了线路能否产生盈利以维持运营 对于出行者而言
8、站点位置和票价影响着人们对出行是否方便和出行成本的感知是出行者是否选择定制公交出行的重要影响因素 对线路运营企业而言站点位置和票价直接影响企业的成本和收入合理的站点分布和票价设定能在提高满载率的同时维持较低的运营成本 在居民和运营企业的角度有必要将站点位置和票价进行综合考虑过去研究出行选择一般考虑出行效用函数为了研究主观因素和碳税对于居民通勤出行选择的影响本文根据结构方程模型建模和居民通勤出行调查问卷设计经过数据信效度检验以及模型适配度检验后构建了考虑低碳出行意向的居民通勤出行选择模型并以此构建下层客流分配模型来模拟通勤廊道居民出行客流分配 以廊道客运交通系统社会福利优化为目标通过对发车站点和
9、票价的优化决策建立上层模型 设计算例模拟廊道居民通勤出行情境和交通方式选择 使用 编程求解问题分别用粒子群算法和测量系统分析()算法来求解上下层模型 对实验结果进行分析从拥堵改善程度、出行满意度等角度分析增加碳税设定后的社会福利改善情况并给出相应建议 此外本文所建立的发车位置和票价优化模型也可为定制公交开行方案的站点设置和票价提供相应参考 通勤交通出行方式选择机理分析.结构方程模型构建已知私家车出行满意度可通过燃油费用、停车费用、停车位置和拥堵时间满意度等 个指标来衡量定制公交出行满意度可通过票价、准点率、乘车时间和站点可达性满意度等 个指标来衡量低碳出行意向是在不考虑其他因素的情况下居民对于
10、使用低碳工具出行的偏好这里可通过 个有关问题进行测量并将客观的出行选择方式作为可测虚拟变量若选择定制公交出行则记为否则记为 用 软件建立结构方程模型()将整理好的数据按照格式导入模型进行运算求解两种方式出行满意度的各个组成部分满意度的权重系数从而研究增加碳税以及优化票价对于出行选择的影响具体模型如图 所示图 结构方程模型.山 东 科 学 年该模型测量方程和结构方程表示如下测量方程为:()()其中 为定制公交出行满意度 为票价满意度 为准点率满意度 为乘车时间满意度 为站点可达性满意度 ()()其中 为私家车出行满意度 为燃油费用满意度 为拥堵状况满意度 为停车位置满意度 为停车费用满意度 ()
11、()其中 为低碳出行意愿、为测量居民低碳出行意愿的三个问题 ()()其中 ()为测量指标数量()为测量误差结构方程为:()其中、和 为外生潜变量 为内生潜变量.问卷设计.数据收集设计问卷对居民进行个人属性调查与设计情景下出行方式选择的意向和行为调查对定制公交、私家车两种出行方式的属性如票价、票价满意度、行车时间、道路拥堵满意度等进行调查并且设计了碳税方案询问出行者在碳税情境下的出行选择详见表 表 出行选择问卷设计 变量分类内容定制公交满意度对票价的满意度对准点率的满意度对乘车时间的满意度站点可达性的满意度私家车满意度燃油费用满意度拥堵状况满意度停车位置满意度停车费用满意度低碳出行意愿我认为市民
12、应当减少对环境的污染当前社会发展程度下我认为应更多采用低碳出行方式我认为向私家车收取的碳税应当高于定制公交出行选择意愿我认为采用私家车通勤并不划算我对定制公交很有兴趣我更愿意选择定制公交.问卷信度效度检验在数据分析前这里需要对问卷采集数据进行信度与效度检验 使用克朗巴赫信度系数 测量信度分析得到本问卷 系数为.信度较高故问卷调查数据可用于后续研究 对问卷调查数据进行效度检验得到()值为.大于.通过了 球形检验意味着数据具有效度 因此基于问卷调查数据所得到的结论在数据上真实可靠具有说服力第 期曹宏等:双模式下考虑碳税的定制公交站点位置与票价优化研究结构方程模型适配度见表 表 结构方程模型适配度
13、指标卡方/自由度(/)拟合度指数()拟合优度指数()均方根差()数值.由表 可知/.故本文所建立的结构方程模型满足适配度要求.下层随机客流需求模型通勤居民在早高峰出行时会选择满意度高的交通方式 对于定制公交而言由于行驶在公交专用道上其准点率、乘车时间和站点可达性对于乘客而言都是已知的且变化不大故定制公交出行满意度主要取决于票价 对于私家车而言其停车费用和位置基本固定而燃油费用和拥堵时间满意度主要取决于道路通行状况 当道路过于拥堵导致私家车出行满意度下滑时便存在部分居民选择定制公交出行 定制公交在实际运营过程中客流出行需求受到廊道出行状况的影响有必要采用弹性需求下的交通网络流模型以出行满意度最大
14、为优化目标采用、软件来完成满意度函数各部分系数的求解具体步骤如下:输入数据把问卷调查所得原始数据输入数据分析软件 中运用 软件求解结构方程模型先根据原始数据建立方式选择模型的观测变量、潜变量、显变量及选择结果之间的逻辑关系假设模型导入 原始数据用 软件求解得到结构方程参数值并依此构建出行满意度函数定制公交的出行满意度函数 ()其中 代表选择出行方式 的总体满意度、分别代表票价、准点率、乘车时间和站点可达性的满意度 表示居民的低碳出行意向私家车的出行满意度函数 ()其中 代表选择出行方式 的总体满意度、分别代表出行者对燃油费用、停车费用、停车满意度和拥堵时间的满意度 表示居民的低碳出行意向当 时
15、 表示定制公交出行满意度中低碳出行意向 的权重系数 ().()()()()()()其中 分别表示定制公交和私家车 分别表示通常情况和有碳税环境 为 变量如果路段 在连接 对 的私家车使用其值为 否则为 为路段 的机动车道通行能力上限 为路段 上采用私家车出行的流量 为 对 上交通方式 的出行时间、和 由问卷数据拟合、为通常情况下居民的满意度调查数据研究证明累进碳税较为有效以下是累进碳税方案定制公交通勤和 内的私家车通勤不收取碳税山 东 科 学 年()()().乘客选择概率模型 模型是最常见的一种非集计模型计算简单适用范围广 本文选择 模型来模拟乘客的出行选择行为()()()()()其中 为 对
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