考虑碳排放影响的中长途客流分担率预测模型.pdf

1420232023年陕西交通科教研究NO.2第2 期考虑碳排放影响的中长途客流分担率预测模型曹恒（陕西交通职业技术学院轨道交通学院，陕西西安7 1 0 0 1 8）摘要：在绿色可持续的发展理念下，为了研究碳排放这一因素对各种交通方式中长途客流分担率的影响，选取经济性费用、快捷性费用、舒适性费用、准时性费用和碳排放费用五个因素，构建了出行广义费用模型。同时考虑新建线路客流诱增的情况，利用Logit(MNL)模型构建了考虑碳排放影响的客流分担率预测模型。关键词：碳排放；MNL模型；客运分担率中图分类号：U491文献标识码：A文章编号：（2 0 2 3）0 2-0 0 1 4-0 0 0 3一引言气候变化是全人类面临的共同挑战，为促进构建人类命运共同体，体现大国担当，我国前后出台了一系列政策，确保在2 0 3 0 年前实现碳达峰目标。近二十年，交通运输业是我国能源消耗最大且发展速度最快的行业之一1 。从2 0 1 1 年国家发改委批准设立第一批碳交易试点以来，我国的碳交易市场逐步向成熟、稳定迈进。显而易见，未来碳排放权将会成为影响运输供给结构的一个重要因素。对运输分担率方面的研究，学者们大多采用的是效用函数和广义费用函数，如白宋凯2 分析了旅客出行选择的不同影响因素，并利用Logit模型构建了基于不同运距的客流分担率模型，分析青海省不同运距下，高铁与公路班线客运的客流分担率变化趋势、优势运距范围以及“合作域”变化情况。孙晓斐3 等人利用Logit(MNL)模型,结合问卷调查数据和广义费用函数，分析了安全性、经济性、时效性、舒适性、准时性和方便性等因素的弹性,并得出了新建西成高速铁路的客运分担率。而胡骥4 等将出行者心理潜在主观因素纳人效用函数中，构建了出行行为SEMMNL模型，提高了预测的准确度。之前的研究缺乏对碳排放因素的考量，为了研究碳排放这一因素对各种交通方式客流分担率的影响，本文选取了经济性费用、快捷性费用、舒适性费用、准时性费用和碳排放费用这五个因素，构建了出行广义费用模型，在同时考虑新建线路客流诱增的情况下，利用Logit模型构建了考虑碳排放影响的客流分担率预测模型。本文对客流分担率的预测仍是采用“四阶段”法，增加了诱增因素对客流影响的分析。虽然诱增量预测不是传统“四阶段”预测过程中的一个阶段，但由于客流诱增机理5 的存在，所以在预测客流分担率时应将诱增因素考虑在内。诱增客流的机理主要有三个方面6-8 ：（1)线路的新建或改扩建，及供给的改变，会导致区域内部各节点、各路网可达性发生变化，产生转移交通量，从而影响到运输分担率。（2）线路沿线会吸引相关配套设施的投资，改变沿线经济结构和产业布局，使得经济产生增量，诱增了一部分运输需求。（3)线路的新建或改扩建，改善了交通运输条件，拉近了起点的时空距离，诱发了潜在的运输需求。此部分需求是，原本想出行但受交通基础设置和其它条件的限制而没有实现的运输需求。简要预测流程为：采用重力模型和诱增模型预测出行总量和出行分布；利用基于广义费用的LOGIT模型，进行方式划分。2出行生成与出行分布预测出行生成预测是调查出行特征、人口数量、经收稿日期：2 0 2 3-6-1作者简介：曹恒（1 995），男，陕西交通职业技术学院轨道交通学院助教。152023年2023陕西交通科教研究NO.2第2 期济数据、历史数据和土地利用等情况，采用各种出行预测方法来预测生成客流量，常用的方法有增长率法、回归分析法和交叉分类分析法。出行分布预测是根据出行生成预测的结果，一般根据增长率法和重力模型法预测目标年各交通小区间的客流量，也就是客流OD矩阵。在此对未来年客流的趋势客流和诱增客流进行预测。利用出行广义费用计算各区域出行阻抗值，带入重力模型预测客流量。并利用有无项目时出行阻抗的变化，测算诱增率，进而得出诱增客流量。定义重力模型如下：E=0C(1)式中，Q,为ij小区间出行分布量；E为ij的社会经济指标，可以利用i、j 两地的GDP之和或乘积，i、j两地人均GDP之和或乘积进行量化；C为i、j 小区间交通阻抗，以广义费用代替；0、为参数，反映客运弹性，可以对重力模型两边取对数，构建函数并利用最小二乘法求出参数。C,为各种运输方式的综合广义费用，其表达式如下：1Cexp(-元Ct)Ci一ln元(2)式中，入为正态分布系数。C为运输方式k的广义费用。本文定义组成旅客出行广义费用的五个因素，分别为经济性费用、快捷性费用、舒适性费用、准时性费用、碳排放费用，它们对于广义费用所起的作用只有程度上的差别而没有本质上的差别，因此，这五个因素宜采用加法规则对其合并。表达式如下：Ck6+0,C(3)式中，c为ij间k运输方式的广义费用；C为ij间k运输方式的经济性费用；C为ij间k运输方式的快捷性费用；Cf为k运输方式的舒适性费用；C*为ij间k运输方式的准时性费用；C为ij间k运输方式的碳排放费用。0 1、0 2、6 3、0 4、0 s分别为经济性用、快捷性费用、舒适性费用、准时性费用和碳排放费用的权重系数。权重系数的标定对广义费用的影响较大。若借助旅客出行调查，对权重系数进行标定，则样本特征如地域、群体等会对结果产生不同程度的影响。故系数标定过程需要多维度综合考虑。广义费用函数构成如下：(1)经济性费用经济性费用采用客票费用来表述。其计算公式如下：K=RfLf+EtCg.K.k(4)其中，R为ij间k运输方式的运价率（元/公里）；L为ij间旅客出行距离（公里），E为ij间k运输方式的接驳费用。(2）快捷性费用快捷性费用以旅客的时间价值来衡量。计算时间价值成本的公式为：Ct,k(TLAW+Te,K+.vot(5)其中,T为ij间k运输方式平均在途时间；T为ij间k运输方式的平均接驳时间；T为ij间k运输方式的平均候车时间；vot为单位时间价值。T的计算公式如下：TL,kVK(6)其中，V为k运输方式的平均旅行速度。vot的计算公式如下：GDPvot=PT,(7)P其中，GDP为地区国民生产总值（元）；P为地区人口数量（人）；T，为人均年工作时间（小时）。（3）舒适性费用旅客选择了某种客运方式到达目的地之后，会感受到旅途带来的劳累，通常需要一段时间来调整休息以恢复体力，这段时间的长短，与其所选客运方式的舒适度之间存在着必然的联系。因而舒适性费用的基本计算思路是：将旅客旅程的体力耗损进行量化，进而计算其疲劳恢复时间的价值，这也就是旅客所选客运方式的舒适性费用。本文借助以下公式来计算旅客出行的舒适性费用：HC.kvot1+a.e0(8)其中,Qf是k运输方式的舒适度；a,b为k运输方H式舒适性评估的待定参数；-bT为旅客1+k出行的疲劳恢复时间,H一般取1 5h。(4）准时性费用准时性费用可以通过交通运输方式的平均晚点时间来对准时性费用进行量化。其公式如下：Cp,.kTd.kVot(9)1620232023年陕西交通科教研究NO.2第2 期其中，C为ij间k交通方式的准时性费用；T为ij间k交通方式的平均晚点时间。(5）碳排放费用我国近年来陆续成立多个碳交易试点，把二氧化碳的排放权作为一种商品，以市场手段达到二氧化碳减排目标。每人碳排放费用=碳排放因子运输距离碳交易价格，表达式如下：Cgk=10-.EL,P(10)其中：C为i运输方式的碳排放费用，元/吨；E，为i运输方式的碳排放因子，克/人公里；P。为排放价格，元/吨。采用“有无”新建运输线路时广义费用的变化对重力模型的影响计算诱增率，公式如下：C0无-1C有(11)式中，l,为ij小区间的诱增率；Cj无为ij小区间无新建线路时的综合广义费用；C有为ij小区间有新建线路时的综合广义费用；为重力模型参数。通过诱增率I和目标年趋势客运量Q，便可计算出目标年诱增客流量Qi，公式如下：AQ,=12;(12)3交通方式划分此阶段的预测主要是研究客流对各种交通方式的偏好情况。预测模型有集计模型和非集计模型。由于非集计模型更加符合实际，数据也更容易获取，所以采用非集计模型中的LOGIT模型进行研究。在交通方式划分阶段，采用基于旅客出行广义费用的Logit模型，模型如下：exp(1/ct),exp(1/ct)(13)式中，P为目标年ij间运输方式k的客流量占总客流量的比例；C为ij间运输方式k的广义费用。C的表达式如公式3 所示。4总结本文构建的广义费用模型是线性模型，各因素的权重系数对广义费用数值有很大的影响。权重系数的标定方法有很多9 如AHP层次分析法、熵值法。层次分析法是主观赋权法，借助专家打分，进而确定各因素权重。熵值法是客观赋权法，熵值越小代表得到的某因素样本间的差异越大,则该因素的权重赋值也越大。此问题会在后续的研究中加以解决。与此同时,本文构建的多项式Logit模型（MNL)涉及到的参数较多,模型预测的准确与否与参数标定有很大关系，因此要进行大量的样本调查与数据测试。此外，模型中对于碳排放权因素的量化，需要根据政策变化进行及时调整。参考文献1麦乐.基于系统动力学的交通运输能源消耗及碳排放研究D.长安大学，2 0 2 1.【2 白宋凯.基于广义费用的高铁与公路班线客运竞合关系研究D.长安大学,2 0 1 6.3孙晓斐，吕红霞，李晟东.西成通道旅客快速客运交通方式选择分析J.铁道经济研究，2 0 1 8（0 5）：42-47.4胡骥,姚鸣，,刘艳等.基于SEM-MNL模型的运输通道出行方式选择行为研究J.铁道工程学报，2 0 1 7，3 4(04):80 85.5苗雨欣.新建客运专线诱增客流问题研究D.长安大学,2 0 1 5.6唐恩斌.基于市场可达性的高速铁路开通对民族地区经济增长的影响研究J.铁道运输与经济，2 0 2 3，45(02):83 90.7刘柏伶，李晓东，孔令章等.兰新高速铁路对沿线城市旅游市场发展的影响J.铁道运输与经济，2 0 2 2，44(02):79 85.8杨星琪，黄海军.高铁对城市经济空间结构影响的研究综述J.交通运输系统工程与信息，2 0 2 2,2 2（0 5）：7-18.9刘秋艳，吴新年.多要素评价中指标权重的确定方法评述J】.知识管理论坛，2 0 1 7 2（0 6）：50 0-51 0.