孫曉燕，韓 曉，閆小勇，王文旭，姜 銳，賈 斌

(1.北京師范大學(xué)系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院，北京 100875；2.廣西師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，廣西 南寧530023；3.北京交通大學(xué)交通系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京 100044)

交通出行選擇行為實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展

孫曉燕1,2，韓 曉1,3，閆小勇3，王文旭1，姜 銳3，賈 斌3

(1.北京師范大學(xué)系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院，北京 100875；2.廣西師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，廣西 南寧530023；3.北京交通大學(xué)交通系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京 100044)

理解出行者在復(fù)雜交通系統(tǒng)中的選擇行為是交通科學(xué)的核心問題。為了觀測(cè)出行者在接近真實(shí)的出行環(huán)境中對(duì)各種關(guān)鍵因素變化的響應(yīng)，研究者們已開始越來越多地使用實(shí)驗(yàn)手段來研究出行選擇行為。本文分別從交通網(wǎng)絡(luò)均衡驗(yàn)證、經(jīng)典交通悖論驗(yàn)證以及交通需求管理措施評(píng)估3個(gè)方面，對(duì)出行選擇行為實(shí)驗(yàn)研究方面的主要進(jìn)展進(jìn)行介紹，并對(duì)當(dāng)前出行選擇行為實(shí)驗(yàn)研究存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討，從3個(gè)方面給出了待解決的問題。

交通系統(tǒng)；復(fù)雜系統(tǒng)；出行選擇行為實(shí)驗(yàn)；交通網(wǎng)絡(luò)均衡；交通需求管理

0 引言

交通系統(tǒng)是一類典型的復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)中存在大量的異質(zhì)性出行者個(gè)體，他們的出行選擇決策行為相互影響，并與交通網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境、信息等外部因素間具有復(fù)雜的耦合作用，最終形成了交通網(wǎng)絡(luò)上豐富的流量時(shí)空分布模式。只有通過觀察交通現(xiàn)象、分析出行選擇行為、發(fā)現(xiàn)群體規(guī)律和復(fù)雜性，進(jìn)而從整體上調(diào)控交通流的時(shí)空分布，才能緩解和預(yù)防交通擁堵，最大限度地利用現(xiàn)有交通資源。其中，首要的任務(wù)是研究具有不同時(shí)空特征的交通需求在城市交通系統(tǒng)中的產(chǎn)生及分配過程：不同類別的出行者如何決定出發(fā)時(shí)間和出行方式，如何選擇換乘地點(diǎn)、工具和路徑，以及這些選擇行為將導(dǎo)致怎樣的網(wǎng)絡(luò)流量分布，即巨量的微觀離散個(gè)人決策結(jié)果如何形成宏觀網(wǎng)絡(luò)聚集現(xiàn)象。同時(shí)，研究由多層次、多類別的復(fù)雜出行決策行為所導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)流量如何受到系統(tǒng)內(nèi)在機(jī)制和外部條件的影響也有重要意義。

傳統(tǒng)交通研究中主要使用交通調(diào)查方法收集反映出行者個(gè)體出行選擇行為的數(shù)據(jù)，但這類方法在反映出行選擇行為方面存在相當(dāng)大的局限，例如無法觀測(cè)尚未實(shí)施的交通管理策略對(duì)出行選擇行為的影響，無法控制影響個(gè)體出行選擇的關(guān)鍵因素等。與交通調(diào)查方法相比，實(shí)驗(yàn)方法的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：1)可以通過實(shí)驗(yàn)評(píng)估尚未實(shí)施的管理政策。通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的方式研究出行者對(duì)交通需求管理策略的響應(yīng)行為，評(píng)估交通需求管理措施實(shí)施的可行性、實(shí)施效果及影響等，從而避免盲目實(shí)施交通需求管理措施所帶來的損失。2)可控性強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)通過設(shè)置對(duì)照組可以解耦多種影響因素對(duì)出行選擇行為的耦合作用，從而關(guān)注某一種特定因素并揭示該因素與復(fù)雜交通現(xiàn)象之間的因果關(guān)系。

由于實(shí)驗(yàn)方法具有上述優(yōu)勢(shì)，從20世紀(jì)80年代中期開始，出行選擇行為實(shí)驗(yàn)引起了交通科學(xué)、行為科學(xué)及實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)學(xué)等諸多領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注[1]。出行選擇行為實(shí)驗(yàn)一般通過招募一定數(shù)量的被試者(指實(shí)驗(yàn)參與者)有償參與，在實(shí)驗(yàn)室模擬的交通場(chǎng)景中研究被試者的出行選擇行為如何受到各種可控因素的影響，基本流程如圖1所示。目前，交通科學(xué)中的一些基本理論，如路徑選擇和出發(fā)時(shí)間選擇的用戶均衡理論及相關(guān)的各種悖論等，已經(jīng)一定程度上得到了實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。此外，實(shí)驗(yàn)也被初步應(yīng)用于評(píng)估和測(cè)試某些交通需求管理措施，例如擁擠收費(fèi)、電子路票(可交易信用)、錯(cuò)時(shí)通勤等。出行選擇行為實(shí)驗(yàn)已成為當(dāng)前交通行為復(fù)雜性研究的一種重要手段。本文將分別從交通網(wǎng)絡(luò)均衡驗(yàn)證、經(jīng)典悖論驗(yàn)證以及交通需求管理措施評(píng)估3個(gè)方面，介紹交通出行選擇行為實(shí)驗(yàn)研究的主要進(jìn)展。

圖1 交通出行選擇行為實(shí)驗(yàn)基本流程圖Fig.1 Flow chart of travel choice behavior experiment

1 交通網(wǎng)絡(luò)均衡驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

出行選擇行為研究的核心問題之一是交通均衡的存在性和收斂性驗(yàn)證。交通中的均衡主要包括用戶均衡(也稱納什均衡)和系統(tǒng)最優(yōu)，前者指擁擠交通網(wǎng)絡(luò)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，出行者改變出行策略不會(huì)減少行駛時(shí)間(或出行成本)，后者指擁擠交通路網(wǎng)上出行者總出行成本最小。目前絕大多數(shù)個(gè)體出行選擇行為實(shí)驗(yàn)都屬于非合作的擁擠博弈實(shí)驗(yàn)[2]，主要包括擁擠網(wǎng)絡(luò)中的路徑選擇博弈[3]和存在瓶頸路段的通勤問題中的出發(fā)時(shí)間選擇博弈[4-6]以及二者的結(jié)合。實(shí)驗(yàn)關(guān)注此類擁擠博弈中系統(tǒng)均衡的存在性、收斂性和影響因素等問題，并期望揭示個(gè)體出行選擇行為的決策規(guī)則和機(jī)制。

1.1 出發(fā)時(shí)間選擇實(shí)驗(yàn)

Mahmassani等[7]從20世紀(jì)80年代開始就使用交通模擬器開展了個(gè)體出發(fā)時(shí)間選擇行為實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)可達(dá)到用戶均衡。Mahmassani等[8]進(jìn)一步研究了在全局信息(所有出發(fā)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的到達(dá)時(shí)間)和有限信息(被試者自己的到達(dá)時(shí)間)兩種條件下用戶均衡的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)反饋全局信息時(shí)系統(tǒng)收斂到用戶均衡的速度更快。此外，Mahmassani等[9]還發(fā)現(xiàn)出行者更傾向于通過改變出發(fā)時(shí)間而不是改變路徑來降低出行成本。

Mahmassani等人的早期實(shí)驗(yàn)中存在被試者對(duì)模擬器中的時(shí)間成本缺乏真實(shí)感受的缺陷。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及普及，交通網(wǎng)絡(luò)均衡實(shí)驗(yàn)開始采用經(jīng)濟(jì)學(xué)中的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)方法開展。目前大部分出發(fā)時(shí)間選擇實(shí)驗(yàn)都是基于Vickrey提出的瓶頸模型(Bottleneck model)或者瓶頸模型的擴(kuò)展[4-6]。瓶頸模型通常用來描述高峰期的通勤出發(fā)時(shí)間選擇行為。Schneider等[10]開展了具有單一瓶頸的出發(fā)時(shí)間選擇實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示20名被試者參與的實(shí)驗(yàn)組中累計(jì)出發(fā)率逐漸趨向于納什均衡，而40名被試者參與的實(shí)驗(yàn)結(jié)果則偏離納什均衡。而如果讓每個(gè)人同時(shí)控制10輛車，則群體選擇結(jié)果會(huì)接近系統(tǒng)最優(yōu)。Ramadurai等[11]通過實(shí)驗(yàn)研究了增加信息量是否有利于系統(tǒng)達(dá)到用戶均衡[11]，發(fā)現(xiàn)在無論提供實(shí)時(shí)信息與否，系統(tǒng)均不能達(dá)到納什均衡，他們認(rèn)為可能存在信息悖論，即給被試者提供更多信息反而會(huì)導(dǎo)致整體收益降低。Ziegelmeyer等[12]開展的瓶頸模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果則表明，被試者的決策行為不受歷史出行信息的影響，僅與自身的學(xué)習(xí)有關(guān)。但被試者的整體行為可收斂到混合策略納什均衡，且增加被試者數(shù)量會(huì)使收斂到均衡的時(shí)間增加。Daniel等[13]在一個(gè)簡(jiǎn)單的Y形交通網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行了出發(fā)時(shí)間選擇實(shí)驗(yàn)。在他們的實(shí)驗(yàn)中240名被試者被分成10組，5組被試者參加高通行能力條件(上游瓶頸通行能力為20/hr)實(shí)驗(yàn)，5組被試者參加低通行能力條件(上游瓶頸通行能力為20/hr)實(shí)驗(yàn)；可選的出發(fā)時(shí)間點(diǎn)近似連續(xù)分布(從上午4:00到8:30，出發(fā)時(shí)間點(diǎn)以秒為單位，共16 200可選的出發(fā)時(shí)間點(diǎn))。每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了50輪，結(jié)果顯示群體行為收斂到混合策略均衡。

另外，Stein等[14]和Rapoport等[15]提出了成批隊(duì)列出發(fā)時(shí)間選擇實(shí)驗(yàn)。他們對(duì)比了各種條件下(例如：信息、排隊(duì)等待收費(fèi)、固定和可變服務(wù)能力)的均衡及群體行為收斂到均衡的速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明信息能夠促進(jìn)個(gè)體及群體向均衡方向?qū)W習(xí)；排隊(duì)等待時(shí)收取費(fèi)用會(huì)降低收斂速度；固定服務(wù)能力時(shí)，群體行為收斂到混合策略均衡；當(dāng)服務(wù)能力可變時(shí)，群體行為背離了均衡。

1.2 出行路徑選擇實(shí)驗(yàn)

目前，開展最為廣泛的交通網(wǎng)絡(luò)均衡驗(yàn)證試驗(yàn)是路徑選擇實(shí)驗(yàn)。在Iida等[16]開展的擁擠路徑選擇實(shí)驗(yàn)中，出行費(fèi)用基于路段BPR(Bureau of Public Roads)函數(shù)計(jì)算，并且實(shí)驗(yàn)用逐輪重復(fù)決策代替逐日出行選擇行為，大大提高了實(shí)驗(yàn)效率。此后，更多的研究人員用類似的方法開展了路徑選擇實(shí)驗(yàn)。Helbing等[17]在路徑選擇實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了類似混沌和“湍流”的行為，系統(tǒng)無法收斂到用戶均衡。Selten等[18]在路徑選擇實(shí)驗(yàn)中考慮了反饋有限信息和全局信息兩種信息，結(jié)果顯示個(gè)體選擇行為在用戶均衡附近波動(dòng)，并且反饋全局信息對(duì)系統(tǒng)波動(dòng)的影響更小。Lu等[19-20]通過實(shí)驗(yàn)比較了反饋在途的交通事故實(shí)時(shí)信息和反饋被試者未選路徑的信息對(duì)個(gè)體行為的影響，發(fā)現(xiàn)在途的實(shí)時(shí)信息能夠降低被試者的平均行駛時(shí)間，同時(shí)能夠提高路網(wǎng)的穩(wěn)定性，但反饋實(shí)時(shí)交通事故信息會(huì)引起個(gè)體更頻繁地改變出行路徑，兩種實(shí)驗(yàn)中均未出現(xiàn)用戶均衡。Zhao等[21]開展的路徑選擇實(shí)驗(yàn)中將兩條道路上的行駛費(fèi)用、被試者自己的決策、輸入的感知費(fèi)用和累積收益等信息反饋給被試者，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示整體選擇行為持續(xù)波動(dòng)，無法收斂到用戶均衡。Dixit等[22]認(rèn)為，使用混合策略納什均衡或隨機(jī)用戶均衡能夠更好地描述和解釋實(shí)驗(yàn)中的這些波動(dòng)現(xiàn)象和用戶均衡。

Ben-Elia等[23]從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面總結(jié)了信息對(duì)出行選擇行為的影響，認(rèn)為交通信息能夠幫助個(gè)體處理不確定因素，但是對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)上群體行為的影響仍無定論。最近，Mak等[24]在一個(gè)較大規(guī)模路網(wǎng)上實(shí)施的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明實(shí)時(shí)信息對(duì)用戶均衡沒有顯著影響。此外，Rapoport等[25]通過實(shí)驗(yàn)研究了出行前信息對(duì)路徑選擇的影響，結(jié)果顯示提供出行前信息會(huì)使整體向均衡收斂，但個(gè)體行為呈現(xiàn)多樣性，無法用單一的理論解釋。Denant-Boèmont等[26]通過允許被試者購買信息實(shí)驗(yàn)研究了信息的價(jià)值，結(jié)果表明當(dāng)路徑選擇收益變化較大時(shí)，個(gè)體傾向購買信息；另一方面，被試者在實(shí)驗(yàn)中的積累越多，越依賴于自身的經(jīng)驗(yàn)作出選擇。

1.3 其他類型的交通網(wǎng)絡(luò)均衡驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

個(gè)體一次完整的出行決策包括出發(fā)時(shí)間選擇、出行路徑選擇和出行方式選擇，同時(shí)還會(huì)受到道路信息、天氣信息、道路收費(fèi)及自己的出行經(jīng)驗(yàn)等因素的影響，所以除了上述1.1和1.2中的實(shí)驗(yàn)之外(出行方式選擇從本質(zhì)上講，與路徑選擇實(shí)驗(yàn)相同。目前的出行方式選擇實(shí)驗(yàn)主要是為了驗(yàn)證交通中的經(jīng)典悖論，見本文的第2小節(jié)。)，很多交通網(wǎng)絡(luò)均衡驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)是幾種決策的組合，或者著重研究某種因素對(duì)均衡的影響。

Gabuthy等[27]的實(shí)驗(yàn)中，被試者的決策包括出行路徑和出發(fā)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)設(shè)置了兩條出行路徑，14個(gè)出發(fā)時(shí)間點(diǎn)和高、低兩種收費(fèi)條件。96名被試者隨機(jī)分成了12組，8人/組，每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行15輪。結(jié)果顯示低收費(fèi)條件下趨于均衡的速度更快，但是群體行為顯示出持續(xù)的大幅震蕩，沒有收斂到均衡。他們解釋沒有到達(dá)均衡的可能原因是實(shí)驗(yàn)中的輪數(shù)太少。

劉天亮等[28]通過實(shí)驗(yàn)研究了朋友圈的交通信息交互對(duì)出發(fā)時(shí)間和路徑選擇行為的影響，揭示了交通信息交互率對(duì)系統(tǒng)均衡狀態(tài)的影響。

個(gè)體的學(xué)習(xí)機(jī)制與交通系統(tǒng)中的逐日決策行為密切相關(guān)，因此也是交通實(shí)驗(yàn)中的重要內(nèi)容。Nakayama等[29]在路徑選擇實(shí)驗(yàn)中考慮了學(xué)習(xí)效應(yīng)和出行時(shí)間不確定性的作用，發(fā)現(xiàn)路徑切換行為依賴于先前的駕駛經(jīng)驗(yàn)。最近，Ye等[30]利用微信招募被試者開展了路徑選擇實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大約20天左右系統(tǒng)可收斂到用戶均衡，且出行經(jīng)驗(yàn)會(huì)改變個(gè)體對(duì)出行時(shí)間的感受。Avineri等[31]研究了行駛時(shí)間對(duì)個(gè)體路徑選擇行為的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明被試者具有風(fēng)險(xiǎn)偏好的特點(diǎn)。Helbing等[32]的研究則表明學(xué)習(xí)會(huì)促進(jìn)交通網(wǎng)絡(luò)上的群體合作，并減少個(gè)體選擇的不確定性。學(xué)習(xí)機(jī)制和風(fēng)險(xiǎn)方面的研究工作還包括Chorus等[33-34]通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了學(xué)習(xí)鎖定效應(yīng)理論，即傾向風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避的個(gè)體偏好以前做出過的選擇行為。

2 經(jīng)典悖論驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

交通均衡理論中存在很多反直覺的悖論，如Braess[35]悖論和Downs-Thomson(DT)悖論[36-37]。這些悖論很難在實(shí)際交通中觀測(cè)和檢驗(yàn)，因此，實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證這些悖論的理想手段。

Braess悖論指在兩條可選路徑之間增加一條連接反而會(huì)使系統(tǒng)中出行者的總出行成本增加的反?，F(xiàn)象。這種現(xiàn)象源于自私個(gè)體最大化自身效用的動(dòng)機(jī)，導(dǎo)致用戶均衡相對(duì)于系統(tǒng)最優(yōu)狀態(tài)的社會(huì)總成本增加(即非合作代價(jià))。Rapoport等[38]研究了在不同需求水平下增加路段對(duì)網(wǎng)絡(luò)效率的影響，發(fā)現(xiàn)在低需求水平下增加路段會(huì)提高交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體效率，但隨著需求水平提高增加路段則會(huì)導(dǎo)致交通狀況惡化。Rapoport等[39-40]還研究了交通網(wǎng)絡(luò)中的非合作代價(jià)和個(gè)體的分布式?jīng)Q策行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了Braess悖論以及不同條件下的用戶均衡。

DT悖論指提高道路的通行能力反而會(huì)造成交通更加擁堵的反?，F(xiàn)象。造成DT悖論的原因在于路況的改善會(huì)吸引更多人駕車出行，而公交運(yùn)營商則被迫采取減少服務(wù)頻率或者增加收費(fèi)的方式避免損失，這會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致公交乘客減少并加劇道路擁堵。Hartman等利用z-Tree軟件平臺(tái)[41]驗(yàn)證了DT悖論[42]。Dechenaux等[43]則證實(shí)DT悖論在更接近實(shí)際交通系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)條件下也同樣存在。Morgan等[44]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)造成DT悖論和Braess悖論的關(guān)鍵因素是路網(wǎng)中最不擁擠的路徑和道路的交通需求狀況。

瓶頸悖論也是交通均衡理論中的一種悖論：提高道路上游瓶頸的通行能力反而會(huì)增加系統(tǒng)的總出行成本。Daniel等[13]在一個(gè)具有Y形結(jié)構(gòu)的路網(wǎng)實(shí)驗(yàn)中，考慮了上游瓶頸不同的通行能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了瓶頸悖論：增加上游瓶頸通行能力可能引起通勤者出行時(shí)間發(fā)生改變，導(dǎo)致總的出行費(fèi)用增加。

3 交通需求管理措施評(píng)估實(shí)驗(yàn)

交通需求管理指為了提高交通系統(tǒng)效率、減少交通擁擠所采取的影響出行選擇行為的各種政策、技術(shù)與管理措施的總稱。在實(shí)施交通需求管理措施之前，通過實(shí)驗(yàn)的方式研究個(gè)體對(duì)交通需求管理措施的響應(yīng)行為，可以有效地評(píng)估交通需求管理措施的可行性和實(shí)施效果，從而避免實(shí)施無效的交通需求管理措施所造成的代價(jià)。

在交通需求管理措施實(shí)驗(yàn)研究中，道路擁擠收費(fèi)實(shí)驗(yàn)開展較早。Anderson等[45]開展了完全市場(chǎng)博弈的擁擠收費(fèi)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明擁擠收費(fèi)會(huì)使系統(tǒng)效率提高，與擁擠收費(fèi)理論預(yù)測(cè)的結(jié)果[46]相符。Anderson等還在實(shí)驗(yàn)中設(shè)置了投票機(jī)制，讓被試者每10輪進(jìn)行一次擁擠費(fèi)用定價(jià)投票，并決定如何分配返還的費(fèi)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，幾輪投票后就達(dá)到了接近理論最優(yōu)的擁擠定價(jià)水平，表明投票能夠有效地定價(jià)擁擠收費(fèi)。Gabuthy等[27]通過實(shí)驗(yàn)分析了雙路徑路網(wǎng)上收費(fèi)政策對(duì)個(gè)體決策及系統(tǒng)均衡的影響，發(fā)現(xiàn)高收費(fèi)不利于系統(tǒng)達(dá)到用戶均衡。

針對(duì)擁擠收費(fèi)可能造成的資源分配不均等問題，楊海教授等[47]提出了可交易信用機(jī)制(或稱電子路票)：政府通過給出行者發(fā)放電子路票，達(dá)到與實(shí)施擁擠收費(fèi)相同的效果，但不收取擁堵費(fèi)。同時(shí)，出行者可在市場(chǎng)上交易電子路票，從而能夠克服擁擠收費(fèi)中存在的不公平等弊端。最近，Aziz等[48]通過實(shí)驗(yàn)探討的可交易碳排放額度與電子路票有很多相似之處。被試者被分配一定額度的碳排放信用，并在出行時(shí)消耗信用，同時(shí)被試者可以在市場(chǎng)購買和出售碳排放信用，碳排放信用價(jià)格受供需關(guān)系影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，中低收入被試者在非通勤出行中對(duì)碳排放價(jià)格比較敏感，而高收入被試者對(duì)碳排放價(jià)格不敏感。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)在碳排放交易市場(chǎng)中存在囤積信用的行為。

另外一類交通需求管理措施是通過貨幣補(bǔ)貼等形式讓私家車駕駛者使用更加可持續(xù)的交通方式出行。盡管有些研究者在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了私家車與公共交通兩種出行方式選擇的均衡實(shí)驗(yàn)[49]，但Dixit等[50]認(rèn)為在這種實(shí)驗(yàn)中，對(duì)被試者的獎(jiǎng)勵(lì)只取決于開車與乘坐公交所花費(fèi)的時(shí)間。因此，被試者的選擇行為僅受到交通方式時(shí)間特性的影響，而忽略了交通方式的其它特性，難以全面反映實(shí)際中對(duì)交通方式選擇的偏好。因此，交通出行方式選擇實(shí)驗(yàn)研究仍以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)為主，通過招募私家車駕駛者，觀察某種補(bǔ)貼(如發(fā)放免費(fèi)公交卡)機(jī)制對(duì)其通勤方式選擇行為的影響[51-53]。

錯(cuò)時(shí)通勤也是一種重要的交通需求管理措施。Merugu等[54]在印度班加羅爾的Infosys公司開展了鼓勵(lì)非高峰期出行的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中選擇早到公司的通勤者會(huì)得到適當(dāng)?shù)莫?jiǎng)勵(lì)，結(jié)果顯示這一策略能夠引導(dǎo)通勤者錯(cuò)開早高峰出行，從而提高整體交通效率。Rey等[55]采用類似的策略進(jìn)行了出發(fā)時(shí)間選擇實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中高峰前出行的被試者有機(jī)會(huì)獲得隨機(jī)獎(jiǎng)勵(lì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，恰當(dāng)?shù)莫?jiǎng)勵(lì)收益組合能夠使系統(tǒng)達(dá)到社會(huì)成本最優(yōu)，從而顯著提高交通效率。這種早到獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，本質(zhì)上和路徑選擇問題中的擁擠收費(fèi)或發(fā)放電子路票類似，即通過使個(gè)體選擇的外部成本內(nèi)部化而使系統(tǒng)均衡態(tài)趨于系統(tǒng)最優(yōu)。

4 展望

雖然國內(nèi)外學(xué)者在交通出行選擇行為研究方面開展了卓有成效的實(shí)驗(yàn)工作，不斷深化著我們對(duì)個(gè)體出行選擇決策機(jī)制和群體出行復(fù)雜模式成因的認(rèn)識(shí)，但仍存在很多有待解決的問題，主要包括以下幾個(gè)方面。

1)缺少針對(duì)具有供需不確定性的交通網(wǎng)絡(luò)中出行選擇行為的實(shí)驗(yàn)研究。

現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)研究大多針對(duì)供需確定型的簡(jiǎn)化交通網(wǎng)絡(luò)，而實(shí)際的交通系統(tǒng)中需求和供給兩方面往往包含諸多不確定性因素，例如天氣等外界環(huán)境變化引起駕駛行為的變化，交通事故和道路施工等擾亂正常狀態(tài)下的交通流，不同季節(jié)、日期、時(shí)段下居民出行需求的變化，以及大型活動(dòng)和突發(fā)事件等造成的交通流變化等。由于存在這些供需不確定性因素，出行者個(gè)體在實(shí)際的交通系統(tǒng)中進(jìn)行選擇時(shí)面臨一定的風(fēng)險(xiǎn)。出行者在進(jìn)行出行決策時(shí)不僅會(huì)考慮確定因素，同時(shí)還會(huì)結(jié)合自身的風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度和心理認(rèn)知，對(duì)潛在的不確定因素進(jìn)行綜合判斷。目前在理論研究方面對(duì)于面向風(fēng)險(xiǎn)決策的出行者路徑選擇行為已有較多研究成果，例如基于預(yù)期效用理論、前景理論或累積前景理論等提出的各類交通網(wǎng)絡(luò)均衡模型[56]，但這些理論大多缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí)，出行者在面對(duì)供需不確定情景下的真實(shí)選擇行為及其背后的風(fēng)險(xiǎn)決策機(jī)制尚不完全清楚[57-58]。因此，在今后逐步開展面向風(fēng)險(xiǎn)決策問題的個(gè)體出行選擇行為實(shí)驗(yàn)有重要的意義。

2)交通需求管理措施仍然缺乏充分的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

面對(duì)日益嚴(yán)重的交通問題，交通科學(xué)領(lǐng)域的研究人員已經(jīng)提出一些有建設(shè)性的需求管理措施，例如電子路票[47,59]、擁擠收費(fèi)[46,60]和錯(cuò)峰上下班[54,61]等，中國研究人員還根據(jù)中國國情提出了柔性限行以及高速公路柔性免費(fèi)出行等措施。研究人員期望這些措施能夠充分利用現(xiàn)有交通設(shè)施，有效緩解交通擁堵和提高交通系統(tǒng)的效率。但是在中國，這些管理措施仍然缺少足夠的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和支持。由于人群出行行為是導(dǎo)致交通問題的主要原因，所以，通過實(shí)驗(yàn)研究中國城市中個(gè)體出行選擇行為，評(píng)估各種符合中國國情的需求管理措施是非常有價(jià)值的研究課題。

3)出行選擇行為實(shí)驗(yàn)與基于大數(shù)據(jù)的實(shí)證分析仍然缺少有機(jī)的結(jié)合。

實(shí)驗(yàn)和實(shí)證數(shù)據(jù)分析的優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)。一方面，實(shí)驗(yàn)通過設(shè)置對(duì)照組和良好的可控性能夠有效地揭示交通系統(tǒng)中各種機(jī)制以及機(jī)制與現(xiàn)象之間的因果關(guān)系。但是由于實(shí)驗(yàn)控制等原因，通常實(shí)驗(yàn)規(guī)模較小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否能夠完全反映大規(guī)模群體相互作用和交通系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行規(guī)律仍然有待檢驗(yàn)。另一方面，交通大數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含了豐富的個(gè)體選擇行為，為交通研究提供了豐富的依據(jù)。但是，由于實(shí)際交通系統(tǒng)的復(fù)雜性和多種機(jī)制的耦合作用，機(jī)制與現(xiàn)象之間的因果關(guān)系難以鑒別、利用數(shù)據(jù)挖掘手段得到的規(guī)律難以解釋。同時(shí)，實(shí)證數(shù)據(jù)不具有可控性，難以用來準(zhǔn)確地研究和回答所關(guān)注的交通科學(xué)問題。由此可見，實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，即可控性好和可鑒別因果關(guān)系，恰好能夠彌補(bǔ)交通大數(shù)據(jù)分析的缺陷；而實(shí)驗(yàn)的劣勢(shì)，即規(guī)模較小，正是實(shí)證數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)所在。因此，結(jié)合實(shí)驗(yàn)和大規(guī)模實(shí)證數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，能夠更加深入和準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)和管理復(fù)雜交通系統(tǒng)。

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ReviewofLaboratoryExperimentsonTravelChoiceBehavior

SUN Xiaoyan1,2, HAN Xiao1,3, YAN Xiaoyong3, WANG Wenxu1, JIANG Rui3, JIA Bin3

(1.School of Systems Science, Beijing Normal University, Beijing 100875, China; 2.College of Physics and Electronic Engineering, Guangxi Teachers Education University, Nanjing 530023, China;3.Institute of Transportation Systems Science and Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)

A fundamental problem in transportation science is to understand the choices of travelers in complex transportation systems. In order to solve these problems, more and more laboratory experiments have been conducted. This paper reviews the main progress of laboratory experiments on travel choice behavior from three aspects, which are traffic network equilibrium test, classic traffic paradoxes test, and travel demand management schemes evaluation. Moreover, this paper analyzes the existing problems and suggests further developments.

transportation system; complex system; travel choice behavior experiment; traffic network equilibrium; travel demand management

1672-3813(2017)03-0001-07；

10.13306/j.1672-3813.2017.03.001

O231.5; U491

A

2016-07-27；

2016-09-23

國家自然科學(xué)基金(71621001,71631002，71671015)；北京市自然科學(xué)基金(9172013)；中國博士后科學(xué)基金(2015M570045)

孫曉燕(1978-)，女，河北武強(qiáng)人，博士，副教授，主要研究方向?yàn)榻煌ǔ鲂行袨樵囼?yàn)及建模。

閆小勇(1980-)，男，河北淶源人，博士，副教授，主要研究方向?yàn)槿祟悇?dòng)力學(xué)和交通系統(tǒng)復(fù)雜性。

(責(zé)任編輯耿金花)