基于“前景理论”的路径选择行为建模及实例分析.pdf

http://www.paper.edu.cn

1
基于“前景理论”的路径选择行为建模及实例分析
赵凛1，张星臣2
1北京交通大学,（100044）
2北京交通大学,（100044）
E-mail:[e-mail]

摘要：出行者路径选择行为的建模对于城市交通系统分析具有重要的理论价值和实践
意义。笔者首先回顾了传统的路径选择模型的理论基础——“期望效用理论”的不足；接着
在“前景理论”的框架下对一天内单次出行的路径选择行为进行了理论建模:确定了出行者
的主观感知费用函数，并定义了出行过程中的参照点。最后给出了基于“前景理论”的路径
选择模型与基于“期望效用理论”的路径选择模型的实例对比分析，结果证明基于“前景理
论”的路径选择模型更加接近现实。
关键词：前景理论期望效用理论路径选择行为实例分析

1.引言
出行者路径选择行为的建模是分析智能交通系统的重要组成部分——ATIS（Advanced
TravelerInformationSystem,先进的出行者信息系统)对出行者出行行为影响以及建立仿真系
统的基础和核心。传统的路径选择行为理论是在“期望效用理论”[1]的框架下进行的。该理
论认为在出行个人和备选方案既定的情况下，若以效用来描述各备选方案的吸引程度的话，
每个出行者个人都会选择期望效用最高的备选方案，即“期望效用最大化假说”。
在早期研究所采用的极其简单的决策环境下，人的行为似乎符合“期望效用理论”。但
是，即使是在决策环境中引进少量的复杂因素，实际行为与“期望效用理论”的预见之间，
就立即明显的出现了种种背离。如著名的阿莱悖论和埃尔斯伯格悖论（TheAllaisandEllsberg
paradox）就说明了真实的个体行为表现为系统的违反期望效用理论和主观概率理论共同建
筑的“期望效用最大化假说”[2]。
人们试图找到“期望效用理论”的替代理论来解释不确定性条件下的决策行为。这其中
最著名的便是1979年由Kahneman和Tversky在Simon的“有限理性”[3]的基础上提出的
“前景理论”（Prospecttheory）[4]。
文献[5]曾建立了基于“前景理论”的路径选择模型，但模型不够细致、深入。本文将在
此基础上进一步对出行者在一日内(within-day)单次出行的路径选择行为进行建模，并将给出
实例来对比“前景理论”与“期望效用理论”的不同。
2.出行者决策过程中的决策节点、决策时刻及决策阶段
在本文中的出行者主要指的是城市交通中的通勤者，而且以小汽车为主要出行方式，出
行时段选择早上通勤时段。出行者由出行起点出发，选择某条路径，经过交通网络中的多个

1本课题得到2005年度高等学校博士学科点专项科研基金（20050004031）资助。
-1-
http://www.paper.edu.cn

节点到达终点便完成了一次出行。如果出行者到达网络中的某节点，有两条以上路段直接相
连并以该节点作为路段起点，此时需要进行路径选择，该节点被称为决策节点。出行者选取
行动的时间点称为决策时刻。以T记所有决策时刻的点集。由于出行者只有到达决策节点时
才进行决策，该时刻便是决策时刻，因此T是离散的。两个相邻的决策时刻为一个决策周期
或者阶段。
3.基于“前景理论”的出行者路径选择行为建模
根据“前景理论”,出行者将按照以下过程进行决策：
（1）出行者主观感知各条备选路径的出行费用；
（2）出行者根据“参照点”，判断若选择各条备选路径后可能带来的“收益”与“损
失”;
（3）出行者根据价值函数以及概率权重函数，比较各条备选路径的前景值，选择具有
最大前景值的路径完成出行。
下文将根据上述步骤进行建模。

3.1出行者的主观感知费用
出行者的主观感知费用是出行者进行路径选择的主要依据。
本文研究的出行者主要针对通勤者。对通勤者而言，他们的出行具有严格的时间限制，

必须在工作开始时刻TWork之前到达终点，当早到或晚到时均会产生相关的损失。出行者在
出行过程中主要产生以下费用：
(1)出行时间费用：指的是从出行起点到达出行终点的行程时间产生的费用，包括了途
中等候时间；
(2)延误费用：指的是出行者达到终点后由于没能按照预定时间到达目的地而产生的延

误费用，无论早到或晚到都会产生一定费用。

假设出行者在时刻T0进入交通网络，到达出行终点的时刻为TArrival，工作要求必须到

达到时刻为TWork。当出行者到达时刻TTArrival≤Work时，此时早到，有时间的浪费，产生早

到延迟费用；当出行者到达时刻TTArrival>Work，此时晚到，产生晚到延迟费用。
若出行者从某决策节点k出发到达终点的出行时间为tk，则有
Trip
TTt=+k（1）
ArrivalkTrip