基于机会成本的出行者行为决策研究*

龙雪琴 金书鑫 黄新婷

(长安大学公路学院 西安 710064)

基于机会成本的出行者行为决策研究*

龙雪琴 金书鑫 黄新婷

(长安大学公路学院 西安 710064)

以后悔理论为基础，引入机会成本，研究了出行者面临突发交通事故时的行为决策过程.VMS以一定的时间间隔向出行者发布事故延误时间，并预测每条路径的出行时间；同时，出行者根据自身的选择，计算每条路径的机会成本.结合每条路径的预测出行时间和机会成本，出行者做出最终的选择.用一个算例证明了机会成本对出行者路径选择结果的重要影响，并与效用理论进行了对比，出行者行为决策存在较大的区别.

交通工程；出行行为；后悔理论；机会成本；行为决策

0 引 言

研究表明，出行者的行为受到多种因素的影响，出行者的决策往往表现出与效用理论的明显背离.经济学家Simon最早提出了非理性的概念；Kahneman和Tversky在此基础上提出了累积前景理论.诸多学者应用前景理论[1-3]研究了有限理性下出行者的方式选择、路径选择特性，并比较了效用理论和前景理论下出行者的行为差异.1982年，L.Graham和Bell提出后悔理论[4-5].Athanasios等[6]、鲜于建川等[7]将后悔理论运用到出行者路径选择中，分析了路径属性对出行者出行心理变化的影响.

以上研究显示，出行者不仅仅关注每个选择方案的自身效用，同时关注其他选择方案与拟选择方案的效用差.本文以后悔理论为基础，引入机会成本，研究出行者面临突发交通事故时的行为决策过程，再现出行者对机会成本的敏感性.

1 后悔理论

1) 后悔理论模型 后悔理论(regret theory，RT)认为决策者的选择结果取决于选择方案的预期效用和其他未选择方案的预期效用.RT函数基本形式如下.

(1)

式中：Ri为选择方案i的后悔值；βm为属性m的估计参数；xim，xjm分别为方案i、方案j的属性m的值.

2) 考虑机会成本的模型修正 在出行行为实施之前，出行者并不了解其他人的选择结果，因此将根据自己的选择倾向估计其他出行者的决策行为，计算出行者本人的机会成本.后悔模型修正如下.

(2)

式中：Si为选择路径i的收益值；ti，tj分别为出行者出行之前，对路径i、路径j的预测出行时间；Ti，Tj分别为出行者根据自己的出行倾向，预测路径i、路径j的实际出行时间；α1，α2分别为预测出行时间和实际出行时间的权重，α1+α2=1.

通过比较其他备选方案与拟选择方案的出行时间差，两者之间差值越大，说明拟选择方案的效益越大.

2 场景假设

假设一条道路上发生交通事故.事故被发现后，VMS立即第一次(k=1)预测并发布交通消散还需的时间r，此后以Δt的时间间隔持续更新.定义发生事故的道路为a，事故发生后通行能力降为c’，正常道路通行能力为ca，事故持续时间为d，进入事故上游交叉口处的总交通量为定值Q.美国FHWA《交通控制系统手册》中给出了不同类型紧急事件下，道路有效通行能力系数，具体见文献[8].根据对国内交通事故的分析，不同类型事件的持续时间具体见文献[9].

(3)

事故道路的总出行时间t1,a=r1,a+t0,a，其他道路的出行时间为

(4)

当k>1时，设第k个时间间隔各道路上的交通量为qk,i，则第k次发布的事故消散时间：

(5)

事故道路的总出行时间tk,a=rk,a+t0,a，其他道路的出行时间：

(6)

2) 实际出行时间估计值 出行者出行之前，根据每条路径的选择概率计算其承担的流量，并据此计算每条路径的出行时间.第k个时间间隔内，每条路径的选择概率为

(7)

估算每条路径的流量q'k,i=Q·Pk,i，每条路径的估算行程时间：

(8)

3) 每条路径的收益

(9)

对每个时间间隔k，每个出行者选择收益S最大的路径i，据此可以得到每条路径的时间承担流量qk,i，并作为下一个时间间隔出行者的判断依据.

3 算例分析

节点OD间共有3条路径，双向4车道道路a上发生了一起2车相撞的交通事故，占用1条车道.事故持续时间d=0.75 h，VMS发布信息时间间隔Δt=3 mins.各条道路自由流时间分别为t0,1=0.5 h，t0,2=0.4 h，t0,a=0.3 h，进入节点O的交通量为Q=5 500 pcu/h.正常情况下，各道路的通行能力为c1=1 800 pcu/h，c2=1 500 pcu/h，ca=3 500 pcu/h.

1) 后悔理论 事故发生前，各路径的选择比例为：P0,1=0.3，P0,2=0.33，P0,a=0.36；各路径的初始流量分别为q0,1=1 650 pcu/h，q0,2=1 815 pcu/h，q0,a=1 980 pcu/h.发生交通事故后，路径a的通行能力下降为c'=1 225 pcu/h.

设各出行者对预测出行时间t1的权重服从0～1之间的均匀分布，即α1～U(0,1)，α2=1-α1.在事故持续时间内，3条路径的选择结果见图1.

图1 出行者路径选择

(1) 在每一个时间间隔，出行者的路径选择结果较一致.k=1时，所有的出行者均选择路径2；k≥11时，出行者交替选择路径1或路径a.因为各路径的收益仅体现为对出行时间的敏感性，即α1，且α1值较小，因此所有出行者而言，其选择基本相同.

(2) 事故的后期，其选择概率为0.路径2的自由流出行时间最小，为了避免较大的机会成本，出行者均不选择路径2.由此说明，机会成本的预测对出行者决策过程有着举足轻重的作用.

2) 期望效用理论 期望效用理论下，出行者根据各条路径的出行时间进行选择.各路径的预测出行时间参照式(8)计算.则各条路径的选择概率同式(7).每条路径的流量qk,i=Q·Pk,i.基于效用最大化理论，在事故持续时间内，三条路径的选择结果见图2.

图2 出行者路径选择

由图2得知，各条路径的流量变化均较均匀.路径1和路径2的流量呈缓慢下降的趋势，而路径a的流量逐渐增加.随着时间的增加，选择路径a的出行者比例增加，由路径1和路径2向路径a转移.

由以上分析可知，后悔理论和效用理论下，出行者的行为决策有着较大的区别.后悔理论下，出行者的行为决策较一致，且对机会成本的关注较多；而效用理论下，出行者完全按照效用最大化进行选择，各条路径的选择结果较均衡.

4 结 束 语

本文以后悔理论为基础，引入机会成本，分析了出行者面临突发交通事故时的行为决策过程.在面临突发交通事故时，出行者仅获取不完全信息，且根据自己的选择分析每条路径的机会成本，进而进行最终的选择.算例说明，机会成本对出行者路径选择结果有着至关重要的影响.

[1]AVINERI E. The effect of reference point on stochastic network equilibrium[J]. Transportation Science, 2006,40(4):409-420.

[2]CONNORS R D, SUMALEE A. A network equilibrium model with travellers’ perception of stochastic travel times[J]. Transportation Research Part B: Methodological, 2009,43(6):614-624.

[3]胡晓伟,王 健,孙广林.有限理性下出行者方式选择行为[J].哈尔滨工业大学学报,2011,43(12):114-118 .

[4]GRAHAM L, ROBERT S. Regret theory: an alternative theory of rational choice under uncertainty[J]. The Economic Journal. 1982,92(368):805-824.

[5]BELL D E. Regret in decision making under uncertainty[J]. Operations research, 1982,30(5):961-981.

[6]ATHANASIOS T, IZTOK H, ANDREW V. A regret theory approach to decision curve analysis: a novel method for eliciting decision makers’ preferences and decision-making[J]. BMC Medical Informatics and Decision Making,2010,10(51):1-14.

[7]鲜于建川,隽志才,朱泰英.后悔理论视角下的出行选择行为[J].交通运输工程学报,2012,12(3):67-71.

[8]LING Qin, SMITH B. Characterization of accident capacity reduction[R]. Center for Transportation Studies University of Virginia.2001.

[9]刘伟铭,管丽萍,尹湘源.基于决策树的高速公路事件持续时间预测[J].中国公路学报,2005,18(1):99-103.

Study on Traveler′s Behavior Decision Based on Opportunity Cost

LONG Xueqin JIN Shuxin HUANG Xinting

(SchoolofHighway,Chang’anUniversity,Xi’an710064，China)

Based on Regret Theory, introducing opportunity cost, behavior decision of travelers faced with unexpected accidents has been studied. The VMS publish the traffic incident delay at certain intervals. Travelers forecast travel time of each route. At the same time, each traveler determined choice of other travelers according to their own choice, and decided the opportunity cost of each route. Combining the forecasting travel time and opportunity cost, travelers made the final choice. An example has been studied to prove the significant impact of opportunity cost to travelers’ route choice, and Utility Theory has been contrasted with Regret Theory, the result shows finding that there is obvious difference for travelers’ behavior decision.

traffic engineering; travel behavior; Regret Theory; opportunity cost; behavior decision

2015-01-04

*国家自然科学基金项目资助(批准号：51378036)

U491

10.3963/j.issn.2095-3844.2015.03.008

龙雪琴(1982- )：博士，讲师，主要研究领域为出行行为和交通规划