基于秩分析和多项Logit模型的城乡道路客运一体化发展模式研究

王佳，刘静波，刘永达

基于秩分析和多项Logit模型的城乡道路客运一体化发展模式研究

王佳，刘静波，刘永达

(长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙 410114)

为解决城乡道路客运一体化发展过程中发展思路不清晰、发展模式混乱等问题，从票价水平、公益性免费等运营特征入手，利用秩分析理论和K聚类方法提出3种不同的城乡道路客运一体化发展模式。并以经济、人口、出行需求等作为特征变量，构建城乡道路客运一体化发展模式的多项Logit选择模型。研究结果表明：模型可按实际情况选择出合适的发展模式，这为有序推动城乡道路客运一体化发展提供了一定的理论依据和实践作用。

城乡道路客运一体化；发展模式；秩分析；多项Logit模型；模式选择

随着“城乡统筹”、“乡村振兴”、“交通强国”等发展战略的推进，城乡之间不断相互融合，城乡之间客运的“分界线”越来越模糊，经济社会的发展和城乡一体化的发展要求打破传统二元分割体制，破除原有的以城乡域为界的道路客运发展模式，建立统一、开放、协调发展的城乡客运体系[1]。国内外学者对城乡道路客运发展进行了深入研究。王诗琪[2]研究了城乡客运一体化网络结构，并设计了城乡客运出行的相关顶层控制指标。杜彩军[3]采用县级单元尺度定量计算客运联系强度，分析了客运网络空间结构特征。喻伟等[4]基于PCA-DEA模型对城市群道路客运一体化进行了评价。李德刚等[5]以经济指标为约束计算重要度从而确定乡镇客运站场的规模。Velaga等[6]运用0-1线性规划模型对农村居民的换乘问题进行了线网规划。张嫣红[7]设计了以农村乘客为中心的网络信息系统，提高了农村交通的灵活性。综上，现有的研究成果侧重于城乡客运一体化的网络布局及场站规划，缺乏对城乡道路客运一体化发展模式的研究。然而，受社会经济发展水平和生产力的影响，不同的地区发展城乡道路客运一体化采取的发展模式不尽相同。各地在发展城乡道路客运一体化过程中普遍存在发展思路不清晰、运营模式混乱等问题。在此本文研究城乡道路客运一体化发展模式和模式选择的问题。

1 发展模式分析

城乡道路客运一体化是将城乡道路客运作为一个整体和系统，通过加强它们之间的有效衔接，建成分工明确、衔接顺畅、保障有力、安全高效的客运网络，实现城乡道路、场站、客运网络、经营结构、车辆运行等要素统筹协调发展。目前城乡道路客运一体化重点实施方法和内容是农村客运的公交化改造。

1.1 分析思路及方法

1.1.1 分析思路

分析思路：从运营特征入手，采用秩分析和K-means聚类方法，秩分析用于量化数据，聚类将运营特征相同或极相似的样本归纳为同一种发展模式，最终梳理几类典型发展模式。

具体分析步骤：“特征指标选取及分类→采集样本指标→秩分析数据量化→K-means聚类→模式梳理”。

1.1.2 分析方法

1) 秩分析

本文所使用数据为定性数据，不利于直接使用K-means聚类方法，因此先通过秩分析将数据转化为定量数据。秩表示某个单一数据在全部数据中位置的描述量，反映了该数据在全部数据中的相对大小，可精准表示所有数据之间的结构。通过秩分析得到各类别的量化代表值，将定性数据转化成定量数据，保持了原始数据的内在联系和基础结构，随后可用传统的聚类方法对量化数据聚类分析。其分析过程如下：

2) K-means聚类

K-means算法是典型的基于距离的聚类算法，采用距离作为相似性的评价指标，即认为2个对象的距离越近，其相似度就越大。该算法认为簇是由距离靠近的对象组成的，因此把得到紧凑且独立的簇作为最终目标。

本文利用以上2种方法，实现对样本数据的处理和聚类，对模式的确定和分析具有重要的理论支持。

1.2 特征指标选取及分类

本文以打造“惠民、可持续、舒适、通达”运营体系为目标，共选取了“票价水平、公益性免费程度、财政补贴力度、主体集约性、车型选择性、站点覆盖率”6个特征指标，为保证采集的数据更精准可靠，结合行业规范将特征指标均分为5个类别。如表1所示。

1.3 采集样本数据

本文以开展城乡道路客运一体化相对成功的示范县(市区)作为调查对象，共确定了65个样本。依照表1对样本进行数据采集，见下表(仅为展示数据格式，未列出全部样本)。

该表均为定性数据，为秩分析量化数据提供数据来源。

1.4 秩分析数据量化

1.4.1 数据转化

在进行秩分析前，先将表2转化成相应的列联资料表，即对应指标类别的频数，如表3所示(分类标准见表1)。

表1 各特征指标等级分类

表2 各样本指标数据

表3 转化后的列联资料

1.4.2 秩分析

对表3进行秩分析，据前文秩分析方法计算各类别的取值区间和量化代表值，结果如表4所示。

1.4.3 量化后的数据结果

由表4可知，各类别均有相应的量化代表值，因此可将表2转换成量化数据结果，如表5所示。

1.5 K-means聚类分析

运行K-means算法前，本文聚类个数的设置以“发展模式分类不宜过多过少，且保证分类特征明显”为原则进行选取。依照经验做法，本文将分别取不同值进行试算，采用轮廓系数法进行值的选择，发现当=3时结果更满足该原则。因此本文认为目前的城乡道路客运一体化存在3种典型的发展模式，结果见表6。

表4 定性数据的秩分析

表5 量化数据样本

表6 K-means分类结果

1.6 模式梳理

对表6中各模式样本进行共性特征分析，本文认为分析结果即为各模式的典型特征，如表7所示。

从表7可知，各模式间存在差异，本文对应模式1，2和3分别提出了“全域公交化”模式、“全面一体化”模式和“基本一体化”模式。

表7 3种发展模式对比分析

1.6.1“全域公交化”模式

“全域公交化”模式是城乡道路客运一体化发展的高级模式。该模式借鉴了大部分城市公交服务属性，与城市公交运营特征相似度高，是将农村客运班线改造为典型公交的模式。

1.6.2“全面一体化”模式

“全面一体化”模式是城乡道路一体化发展的中级模式。该模式借鉴了一些城市公交服务属性，与城市公交运营特征具有一定的相似度，但与班线客运运营特征也存在一定的相似度。

1.6.3 “基本一体化”模式

“基本一体化”模式是城乡道路一体化发展的初级模式。该模式与城市公交运营存在明显差别，运营特征上与班线客运存在极大的相似度，它侧重于客运网路覆盖深度、广度及通达等方面。

2 发展模式选择

本文梳理了3种城乡道路客运一体化发展模式，且相互独立，符合离散多项Logit模型的前提，因此本文采用该模型作为选择方法展开研究。

2.1 多项Logit模型

一般情况下，对多项Logit选择模型中的各项参数进行标定后，则决策者选择方案的概率为：

(2)

2.2 模型构建

本文以开展城乡道路客运一体化相对成功的示范县(市区)作为调查对象，共采集了325个样本。每个样本包含2个方面，一是样本的城乡道路客运一体化发展模式，二是样本的基本特征。基本特征包含经济水平、人口规模、城镇居民出行需求等，作为特征变量，即模型的自变量。将自变量代入多项Logit模型前，需对特征变量进行分类赋值，如表8所示[9]。

表8 影响运营模式选择的特征变量分类表

模型的因变量为城乡道路客运一体化的3种发展模式，即全域公交化、全面一体化和基本一体化3种，分别以1，2和3表示三者的选择概率。以基本一体化为基础项，决策者选择3种发展模式的效用函数如下：

其中：1为全域公交化的效用函数值；2为全面一体化的效用函数值。

将样本数据代入SPSS24.0软件进行模型拟合度检验[10]，从而确定各特征变量对模型的影响程度，如表9所示。

表9 模型拟合度检验

从表9可知，纳入模型中的截距、经济水平、人口规模、居民出行需求、安保设施和建制村通等级公路率的显著水平＜0.05，说明这些变量对模型构成均有显著影响[11]。因此可采用极大似然法确定特征变量的参数估计值，计算结果如下。

表10 模型参数估计

综上，第3列参数估计值，即各自变量不同分类水平在模型中的系数，正负符号表明与发展模式选择的正反比关系。第6列显著性值，各类别此值均小于0.05，说明对应自变量的系数具有统计意义，对因变量不同分类水平的变化有显著影响。将各类别参数值代入式(3)和式(4)，则城乡道路客运一体化发展模式的效用函数如下：

3 实例分析

本文以湖南省张家界市慈利县为例，慈利县是“湖南省新型城镇化试点县”，该县积极推进城乡道路客运一体化工作，具有经济基础扎实、镇村路网通达、客流需求大、客源分布广泛等优势，慈利县数据采集情况如下，依据前述表8进行赋值。

表11 慈利县特征变量取值及分类

利用式(2)与效用函数式(5)～(7)式，计算决策者在不同交通环境下选择城乡道路客运一体化发展模式的概率，其结果如表12所示。

通过效用最大化理论和模型计算结果可知，慈利县选择“全面一体化”模式概率为93.55%，即基于目前慈利县的经济发展和交通环境条件，本文模型推断慈利县应在城乡道路客运一体化发展模式中选择“全面一体化”模式，这样相对更符合慈利县的实际情况，选择“全域公交化”模式会供过于求造成资源浪费、增大不必要的财政负担，而选择“基本一体化”模式则不能满足人们日益增长的美好生活需要。

表12 慈利县选择模型计算结果

基于上述，为平衡充分发展，本文建议慈利县施行“全面一体化”模式。其余城市地区的城乡道路客运一体化发展也应结合当地实际情况，不能一味追求高等级发展模式，否则便可能造成财政负担和资源浪费。

4 结论

1) 在目前城乡道路客运一体化发展的大环境下，利用秩分析和K-means方法梳理3种不同的发展模式，使城乡道路客运一体化发展模式更明确。

2) 构建了城乡道路客运一体化发展模式的多项Logit选择模型，使城乡道路客运一体化发展模式选择更加科学。

3) 城乡道路客运一体化发展过程中应坚持因地制宜，分步推进，从实际出发，根据不同的发展条件和需求特征探索发展模式和推进路径。

[1] 郑宏富, 戴越. 城乡道路客运一体化发展模式及策略[J]. 交通与运输, 2018, 34(1): 21−22. ZHENG Hongfu, DAI Yue. Urban-rural road passenger transport integration development model and strategy[J]. Traffic and Transportation, 2018, 34(1): 21−22.

[2] 王诗琪. 城乡客运一体化网络结构研究—— 以宁波奉化为例[J]. 交通与港航, 2018, 5(3): 67−72, 77. WANG Shiqi. Study on integrated development of urban and rural passenger transport network——Take Fenghua for example[J]. Communication and Shipping, 2018, 5(3): 67−72, 77.

[3] 杜彩军. 基于县级单元的城际客运联系网络空间结构研究—— 以辽宁省为例[J]. 交通运输研究, 2015, 1(5): 89−97. DU Caijun. Spatial structure of intercity passenger transport linkage network based on county units: Taking Liaoning province as an example[J]. Transport Research, 2015, 1(5): 89−97.

[4] 喻伟, 方磊, 王佳.基于PCA-DEA模型的城市群道路客运一体化协调性评价研究[J]. 铁道科学与工程学报, 2011, 8(4): 74−79. YU Wei, FANG Lei, WANG Jia. Study on integrated road passenger transportation assessment mediation in urban agglomeration based on PCA-DEA model[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2011, 8(4): 74−79.

[5] 李德刚, 罗霞, 霍娅敏. 乡镇汽车客运站场规模确定方法研究[J]. 公路交通科技, 2006(1): 163−166. LI Degang, LUO Xia, HUO Yamin. Determination of township bus station scale[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2006(1): 163−166.

[6] Velaga N, Nelson J, Papangelis K, et al. Designing a passenger-centric information eco-system for integrated and flexible transport systems in rural areas[J]. The Journal of Sustainable Mobility, 2015, 1(2): 73−82.

[7] 张嫣红. 县域城乡道路客运一体化规划思路——以河北省丰宁县为例[J]. 交通与运输, 2018, 34(6): 26−27. ZHANG Yanhong. County road urban and rural road passenger transport integration planning ideas: Take Fengning for example[J]. Traffic and Transportation, 2018, 34(6): 26−27.

[8] Lee J K, Yoo K E, Song K H. A study on travelers’ transport mode choice behavior using the mixed Logit model: A case study of the Seoul-Jeju route[J]. Journal of Air Transport Management, 2016(56): 131−137.

[9] WANG X, YOU S, WANG L. Classifying road network patterns using multinomial Logit model[J]. Journal of Transport Geography, 2017(58): 104−112.

[10] Cronk B C. How to use SPSS®: A step-by-step guide to analysis and interpretation[M]. Routledge, 2019: 1−220.

[11] 陈文涛, 葛幼松. 低碳视角下道路环境对出行选择的影响机制——基于多项Logit模型的实证研究[J]. 生态经济, 2018, 34(1): 37−42.CHEN Wentao, GE Yousong. The influence mechanism of road environment on travel choice from the low-carbon perspective: An empirical research based on multinomial Logit model[J]. Ecological Economy, 2018, 34(1): 37−42.

Research on the development model of urban and rural road passenger transport integration based on rank analysis and multinomial Logit model

WANG Jia, LIU Jingbo, LIU Yongda

(School of Traffic and Transportation Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China)

In order to solve the problems of unclear development ideas and chaotic development models in the integrated development of urban and rural road passenger transport, this paper started with operating characteristics such as fare levels and public welfare free of charge, and used the rank analysis theory and K-means clustering method to propose three different urban and rural road passenger transport integrated development models. Based on the characteristics of economy, population, and travel demand, multinomial Logit selection models for urban-rural road passenger transport integration development models were constructed. The research results show that the model can choose a suitable development mode according to the actual situation, which provides a certain theoretical basis and practical role for the orderly promotion of the integrated development of urban and rural road passenger transport.

urban and rural road passenger transport integration; developing mode;rank analysis;multinomial Logit model;mode selection

U491

A

1672 − 7029(2020)12 − 3224 − 07

10.19713/j.cnki.43−1423/u.T20200186

2020−03−11

国家自然科学基金资助项目(51508041)；湖南省交通科技资助项目(201844)

王佳(1980−)，男，湖南益阳人，副教授，博士，从事城市公共交通规划和综合交通运输研究；E−mail：67985839@qq.com

(编辑 蒋学东)