基于时空约束的出行目的地选择行为建模与仿真

论文摘要

基于活动的出行需求模型是分析居民出行特征、评价交通需求管理策略实施效果的有效工具。它以实际产生交通活动的个人为单位,对调查得到的数据不进行按交通小区统计等处理而直接用于建立模型,能够准确地描述个人或家庭的出行决策过程。目的地选择是出行者活动-出行行为分析中一个较为复杂的组成环节,它是出行者在时间和空间限制下对活动计划的最优化过程。目前,目的地选择行为分析主要应用于交通分布环节,以集计分析为主,而从非集计角度进行的研究还不多见。然而,城市居民出行目的地选择的非集计行为研究具有很大的实践应用潜力,它作为交通需求预测的一个重要部分,也越来越受到学者们的关注。基于活动的出行者空间行为分析具有诸多优势,如交通需求管理政策TDM （Traffic Demand Management）的评价；衡量城市小汽车尾气排放污染指标的计算；交通需求与土地利用存在互馈关系研究等方面,并且随着采集个人时空活动和出行数据的新技术的不断涌现以及GIS的发展,使得基于活动的出行空间行为研究有了更好的基础,促进其分析技术的发展。本文基于以上背景,结合“十一五”科技支撑计划项目子题《城市交通出行行为特征与行为模型研究》（2006BAJ18B02-03）,基于时间地理学理论,将出行者的活动区域限制在一定的时空棱柱体之内,根据活动-出行计划,探讨目的地选择行为建模及仿真技术。论文成果丰富了目的地选择行为的非集计建模技术,有助于推动活动-出行理论在出行者空间行为研究中的应用。归纳起来,本论文完成的主要研究工作有以下几个方面：（1）活动-出行的时空约束分析概况论述活动理论,活动-出行的混合仿真方法,时空棱柱方法,提出了出行者活动时空约束行为分析方法的框架。（2）活动-出行仿真系统构建基于中国居民活动一出行行为的特征,在连续的时间框架上分析出行者一日的活动一出行计划,构建了活动一出行仿真系统框架。将目的地选择行为作为仿真系统的一部分,此外也将通过系统的仿真实验验证模型的有效性。对系统的组成、各模块的建模思路进行了详细的论述。（3）活动持续时间的建模与仿真区别于传统的将时间离散化处理的时间预测模型,构建了持续时间的预测模型,提出了相应的仿真策略（4）基于效用理论的目的地选择行为建模方法基于效用最大化理论,运用非集计建模技术构建了目的地选择行为模型。提出了分层的建模策略,引入小区吸引力因子,建立了非线性效用形式的目的地选择模型,给出了参数标定方法及检验结果,并将结果与常用的clogit模型进行了比较。（5）基于规则的目的地选择行为建模方法基于规则的理论分析,构建了基于规则的目的地选择模型。提出了联合分析策略及其适用性,就确定活动范围的三种方法,决策树、贝叶斯法、BNT（Bayesian network augmented tree）进行了建模及比较,并最终确定将BNT应用于活动范围的分类。（6）目的地选择行为模型的仿真实验就基于效用理论及规则的目的地选择模型进行仿真实验,评价了各方法的适用性。通过计算效率与精度的比较,基于规则的建模方法相对更优。本论文在时空间约束的条件下对城市居民出行目的地选择行为进行建模及仿真研究,总结本文研究,创新性工作主要体现在：（1）基于时空地理学理论,提出了出行者活动时空约束行为分析方法的框架。（2）将出行者的目的地选择应用于活动-出行仿真预测系统,建立了活动持续时间的预测模型,并提出了相应的仿真策略。（3）基于效用理论,建立了考虑小区吸引力因子的目的地选择行为模型,并进行了非线性效用函数的参数标定。（4）建立了基于规则的目的地选择行为模型,提出了基于BNT的出行者活动范围分类方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容与技术路线
• 第2章 活动-出行的时空约束分析
• 2.1 活动理论分析
• 2.1.1 活动链理论的基本思想
• 2.1.2 活动模型基本构成
• 2.1.3 活动模型的分析方法概述
• 2.2 活动-出行的混合仿真方法
• 2.2.1 混合仿真方法的特点
• 2.2.2 代表性的混合仿真模型
• 2.3 出行的时空约束分析
• 2.3.1 时间地理学研究与应用简介
• 2.3.2 时空约束的描述方法
• 2.3.3 活动出行的时空约束
• 2.3.4 活动空间的GIS分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于时空约束的活动-出行仿真系统构建
• 3.1 出行者活动-出行行为分析
• 3.1.1 人群划分
• 3.1.2 活动-出行模式分析
• 3.2 活动-出行仿真系统构建
• 3.2.1 系统描述
• 3.2.2 系统功能模块分析
• 3.3 活动持续时间的建模与仿真
• 3.3.1 时间连续性的仿真策略
• 3.3.2 基于AFT的时间预测模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于效用理论的目的地选择行为建模方法
• 4.1 出行者空间行为特征分析
• 4.1.1 社会经济属性特征
• 4.1.2 出行特征
• 4.1.3 活动链特征
• 4.2 基于效用理论的目的地选择建模策略
• 4.2.1 非集计模型结构
• 4.2.2 目的地选择集的分析策略
• 4.3 目的地选择的clogit模型的构建
• 4.3.1 clogit模型
• 4.3.2 模型建立及结果分析
• 4.4 基于小区吸引力因子的目的地选择模型的构建
• 4.4.1 基于小区吸引力因子的效用函数
• 4.4.2 模型参数标定
• 4.4.3 模型结果的分析与比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于规则的目的地选择行为建模方法
• 5.1 基于规则的目的地选择建模策略
• 5.1.1 基于规则的建模理论
• 5.1.2 目的地选择行为假设
• 5.1.3 分活动阶段的目的地选择行为分析
• 5.1.4 活动范围的分析策略
• 5.1.5 小区联合分析策略
• 5.2 基于规则的活动范围分类方法
• 5.2.1 决策树分类
• 5.2.2 贝叶斯分类
• 5.2.3 BNT分类
• 5.2.4 小区联合分类
• 5.2.5 方法总结及结果分析
• 5.3 基于规则的目的地选择行为模型建立
• 5.3.1 模型结构
• 5.3.2 模型应用
• 5.4 本章小结
• 第6章 目的地选择行为模型的仿真实验
• 6.1 仿真流程及实验设计
• 6.1.1 通勤者活动安排流程
• 6.1.2 非通勤者活动安排流程
• 6.1.3 仿真实验设计
• 6.2 基于非集计的目的地选择模型的仿真实验
• 6.2.1 仿真结构及流程设计
• 6.2.2 57小区仿真结果分析
• 6.2.3 四小区仿真结果分析
• 6.3 基于规则的目的地选择模型的仿真实验
• 6.3.1 仿真结构及流程设计
• 6.3.2 57小区仿真结果分析
• 6.3.3 四小区仿真结果分析
• 6.4 仿真实验结果分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 论文主要工作总结和创新
• 7.1.1 主要工作总结
• 7.1.2 主要创新点
• 7.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 作者简介及科研成果
• 攻读博士学位期间参加的科研项目与发表的学术论文
• 致谢