基于前景理论的居民出行方式选择分析

２ 前景理论在出行行为分析中的应用
出行行为分析是交通系统分析的理论基石。
收 稿 日 期 ：２０１１－０９－１４ 修 回 日 期 ：２０１１－１０－２５ ＊国家自然科学基金项目（批准号：７０９０１０３２）、吉林大学基本科研项目（批准号：２００９０３２１８）、吉 林 大 学 研 究 生 创 新 计 划 项 目 （批 准 号：
基 于 前 景 理 论 的 居 民 出 行 方 式 选 择 分 析 ——— 罗 清 玉 吴 文 静 贾 洪 飞 胡 鹏 飞
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基于前景理论的居民出行方式选择分析＊
罗清玉 吴文静 贾洪飞 胡鹏飞
（吉林大学交通学院 长春 １３００２５）
摘 要 总结了现有出行方式选择模型的特点以 及 前 景 理 论 在 出 行 行 为 分 析 中 的 应 用 ，根 据 居 民 出 行 特 点 建 立 了 基 于 前 景 函 数 的 出 行 方 式 选 择 模 型 ，运 用 算 例 分 析 说 明 了 该 方 法 的 有 效 性 。 关 键 词 出 行 方 式 选 择 ；前 景 理 论 ；前 景 值 中 图 分 类 号 ：Ｕ４９１．２ 文 献 标 志 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ＩＳＳＮ １６７４－４８６１．２０１２．０２．００９
行时间；ＴＡ 为 到 达 出 行 终 点 的 时 刻；ＴＷ 为 工 作
要求必须到 达 时 刻；Ｕｆ 为 交 通 方 式ｆ 的 货 币 成
本，如 公 交 车 为 票 价，私 家 车 为 燃 料 费．２ 选 择 参 照 点
出行者在进行决策时以出行者期望支付的费
前景理论在交通出行行为研究中的应用不断 深入。Ｋａｔｓｉｋｏｐｏｕｌｏｓ等 人 发 现 在 路 径 选 择 的 实 验 中 ，出 行 者 对 于 风 险 的 态 度 与 前 景 理 论 相 符 合 ， Ｂｏｇｅｒｓ和 Ｚｕｙｌｅｎ 也 通 过 实 验 得 出 相 似 结 论 ； ［４－５］ Ｓａｔｏｓｈｉ和 Ｒｙｕｉｃｈｉ运 用 前 景 理 论 来 分 析 出 行 者 在不确定的交通网络状况下对出发时间的选 择［６］；Ｒｏｎｇ Ｃｈａｎｇ和 Ｒｙｕｉｃｈｉ研 究 了 前 景 理 论 的 参照点假设在出行者对于出发时间选择中的适用 性等［７］。赵凛和张星臣在前景理论的框架下 分 析 了出行者 在 不 确 定 性 条 件 下 的 路 径 选 择 决 策 行 为，给出了先验信 息 条 件 下 出 行 者 路 径 选 择 的 理 论模型 。 ［８］ 徐红利等根据前景理论提出了通 过 具 体的效用度量对出行者路径选择行为进行分析的 方法 。 ［９］ 杨志勇 基 于 前 景 理 论 和 贝 叶 斯 理 论，研 究了出行 者 出 发 时 刻 和 出 行 路 径 选 择 的 决 策 过 程［１０］。刘玉印等人以累积 前 景 理 论 为 基 础，在 路 径出行效用连续随机分布的条件下对出行者的感 知效用进行建模 。 ［１１］
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则出行者将对损失更加敏感。曾建敏认为在中国
国情下，风 险 偏 好 系 数 是 敏 感 性 增 强 的，即 λ＝ ２．２５，而 当 ｘ 大 于 ０ 时 α＝１．２１，反 之 取 α＝ １．０２［１３］。
３．４ 选 择 概 率 权 重 函 数 按照前景理论 的 概 率 权 重 函 数 的 形 式，概 率
用 作 为 参 照 点 来 衡 量 “收 益 ”或 “损 失 ”。 即 出 行 者
将以期望费 用 ＵＤ 作 为 参 照 点，出 行 者 对 各 种 备 选 方 式 进 行 编 辑 、评 价 ，将 各 种 备 选 方 式 的 主 观 估
∧
∧
计费用Ｕｆ与 期 望 费 用 ＵＤ 进 行 比 较。 当Ｕｆ ≤ＵＤ
种出行方式的出 行 费 用，然 后 根 据 参 考 点 来 判 断
选择某种出行方式 后 可 能 带 来 “收 益”或 “损 失”，
最后根据价值函 数 以 及 概 率 权 重 函 数，通 过 比 较
各种出行方式的 前 景 值，选 择 具 有 最 大 前 景 值 的
出行方式完成出行。
３．１ 定 义 出 行 费 用
出行者从起始点到达终点的过程中产生的出
行 感 知 费 用 为 ［８］
Ｕ ＝θＴｔＴ ＋σθＥ（ＴＷ －ＴＡ）＋ （１－σ）
θＬ（ＴＡ －ＴＷ ）＋Ｕｆ
（１）
式中：θＴ 为在 途 时 间 的 单 位 时 间 成 本；θＥ 为 早 到
后剩余时间的单 位 时 间 成 本；θＬ 为 晚 到 时 延 迟 时
间的单位时间成 本；ｔＴ 为 出 行 者 起 点 到 终 点 的 出
１ 传统出行方式选择模型
最早的出 行 方 式 选 择 分 析 和 预 测 方 法 是 以 “四阶段”模型为 代 表 的 集 计 方 法，该 方 法 不 考 虑 居民个人属 性。２０ 世 纪 ８０ 年 代 以 后，以 出 行 者 个人为分析单位、以 效 用 最 大 化 为 理 论 基 础 的 非 集计模型成为出行方式预测领域的主流模型。
∧
时，出行 者 认 为 获 得 收 益；当Ｕｆ ＞ＵＤ 时，出 行 者
认为产生损失。若以ｘ 表示出行者在起始点主
观估计选择出行方式ｆ 后的收益或损失，则有
∧
ｘ＝ＵＤ－Ｕｆ
（２）
３．３ 确 定 价 值 函 数
出行者对各备 选 方 式 进 行 评 价，计 算 各 种 方
式的价值的大小。根据 Ｋａｈｎｅｍａｎ和 Ｔｖｅｒｓｋｙ提 出的价值函数 的 形 式［３］，出 行 者 在 起 始 点 的 价 值
迄今为止，前 景 理 论 对 于 出 行 行 为 分 析 还 仅 局限于出发时间 和 出 行 路 径 的 选 择，尚 未 见 到 将 其应用于出行方式选择的决策研究。出行者不能 准确评估出行方 式 选 择 的 收 益 或 损 失，临 界 点 周 围不同时间价值和出行目的人群选择各不相同等 特征 （Ｋａｒｌｓｔｒｏｍ 和 Ｆｒａｎｋｌｉｎ［１２］），符 合 前 景 理 论 中有限理 性 人 “面 临 收 益 时，往 往 趋 向 于 风 险 规 避；面 临 损 失 时，往 往 趋 向 于 风 险 追 求 ”的 观 点。 因此，将前景理论 应 用 到 出 行 者 方 式 选 择 决 策 分 析 当 中 ，能 更 加 准 确 地 揭 示 出 行 者 实 际 决 策 规 律 ， 将有效提高出行预测的精度。
集计模型一 般 以 交 通 分 区 为 研 究 单 位，将 分 区中的个人或家 庭 的 调 查 数 据 进 行 统 计 处 理，如
求 平 均 值 、求 比 例 等 ，然 后 再 利 用 这 些 统 计 值 来 标 定方式划分模型中的参数。在这一过程中关于个 人和家庭的原始 资 料 被 统 一 处 理 了，这 就 是 集 计 方 法 。 主 要 包 括 转 移 曲 线 模 型 、回 归 模 型 、重 力 模 型的转换型、损 失 最 小 模 型 等 。 ［１］ 集 计 模 型 一 般 需要大量调查数 据 作 为 支 撑，集 计 处 理 后 居 民 出 行 特 征 被 均 一 化 ，模 型 精 度 不 高 。
权重计算如下。
在收益时：
ｗ＋
（ｐ）＝
（ｐγ
＋
ｐγ （１－ｐ）γ）１／γ
在损失时：
２０１０１０２１）资 助 第 一 作 者 简 介 ：罗 清 玉 （１９８１），博 士 ，副 教 授 ．研 究 方 向 ：交 通 系 统 规 划 研 究 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｕｏｑｙ＠ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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交通信息与安全 ２０１２年 ２期 第３０卷 总１６７期
传统出行行为研究都是在随机效用理论框架下进 行 的 ，存 在 着 固 有 的 缺 陷 和 不 足 ，即 假 定 所 有 决 策 者 都 是 “完 全 理 性 人 ”，并 且 “决 策 者 总 是 追 求 效 用 最 大 化 ”，由 它 预 测 出 来 的 结 论 经 常 与 现 实 生 活 中 人们的实际行为有较大差异。作为行为经济学的 重要突破，１９７９ 年由 Ｋａｈｎｅｍａｎ和 Ｔｖｅｒｓｋｙ提出 的前景理论（ｐｏｓｐｅｃｔ ｔｅｏｒｙ）为 研 究 不 确 定 情 况 下 的人为判断和决策提供了理论支撑 。 ［３］ 前景 理 论 主要是从价值的 变 化 量，也 就 是 收 益 和 损 失 的 角 度来研究决策者 的 风 险 态 度，为 出 行 决 策 建 模 奠 定基础。交通工程的实践需要对不确定条件下出 行者的行为特征 及 系 统 演 化 规 律 作 出 回 答，前 景 理论及其 分 析 方 法 为 该 领 域 的 研 究 提 供 了 新 途 径。
０ 引 言
目前的出行方式选择研究多基于效用最大化 理 论 ，但 事 实 上 ，出 行 者 在 从 起 点 到 终 点 的 多 次 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、在 出 行 过 程 中的信息学习等的影响。多个个体的行为相互作 用使得交通系统成为一个非常复杂的动态系统。 如何理解出行者 的 决 策 机 制，前 景 理 论 提 供 了 新 的思路与方法。前景理论是从人们实际决策行为 出发来研究人的 行 为，它 主 要 是 根 据 大 量 的 实 际 调查和实验分析 提 出 的，描 述 了 不 确 定 性 条 件 下 人们的实际行为。交通问题是一个典型的不确定 性问题，出行者在 不 确 定 性 条 件 下 的 出 行 选 择 行 为，与前景理 论 的 基 本 观 点 相 符。 应 用 前 景 理 论 解析居民出行方 式 选 择 的 决 策 过 程，对 于 解 决 实 际 交 通 问 题 、拓 展 出 行 分 析 方 法 、促 进 交 通 需 求 管 理措施的应用具有重要的理论意义和实用价值。
函 数ｖ（ｘ）定 义 如 下 ：
ｖ（ｘ）＝烅烄烆－λ（ｘ－α ｘ）α
ｘ≥０ ｘ＜０
（３）
式中：α 为风险 态 度 系 数，０＜α＜１，α 越 大 表 示 出
行者越倾向于 冒 险；λ 为 损 失 规 避 系 数，若λ＞１，