數(shù)學(xué)模型下的共享單車問題(編輯修改稿)
2025-05-04 02:44 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 站點(diǎn)樁位建設(shè)數(shù)目的限制，避免需求過于集中的要求，綜合考慮其他臨近小區(qū)的出行需求等因素的基礎(chǔ)上，選擇最合理、經(jīng)濟(jì)的布局及配置優(yōu)化方案。 與用戶切身相關(guān)的是用戶出行成本降低，即合理的公共自行車停放點(diǎn)系統(tǒng)應(yīng)該使得用戶的總出行成本最低和滿足的出行需求最大。假設(shè)所有的公共自行車潛在需求全部選擇公共自行車出行(即用戶選擇公共自行車出行的初期意愿始終不變，如果到達(dá)停放點(diǎn)無車時(shí)，用戶則選擇等待或前往下一臨近停放點(diǎn))將決策停放點(diǎn)布局及配置方案，使得用戶總出行成本最低。用戶的出行成本是個(gè)廣義成本，主要包括出行體能消耗和出行時(shí)間成本，出行體能消耗隨著出行時(shí)間成本增加而增加。而用戶在城市中步行速度差別不大，因此可以用用戶選擇公共自行車出行距離表示出行時(shí)間成本。 交通小區(qū)附近布設(shè)停放點(diǎn)和樁位配置總量需要響應(yīng)交通小區(qū)的出行需求。小區(qū)出行需求包括借車出行需求和還車出行需求，簡(jiǎn)稱借還車需求。借還車需求是隨著時(shí)間變化的需求曲線，不同類型的小區(qū)出行需求的變化規(guī)律也不盡相同。因此，要根據(jù)備選停放點(diǎn)的服務(wù)交通小區(qū)內(nèi)借還車出行時(shí)間需求曲線，布局合理的停放點(diǎn)位置以及配置一定數(shù)量的樁位。 調(diào)度工作水平越高，越有利于停放點(diǎn)的正常運(yùn)營(yíng)，保證停放點(diǎn)的高效率工作。相反調(diào)度工作水平越差，由于城市交通的固有的不均衡性和隨機(jī)性，將導(dǎo)致越來越多的停放點(diǎn)失效，無法正常工作，影響用戶的體驗(yàn)。 在現(xiàn)實(shí)實(shí)踐中，基于庫(kù)存理論提出調(diào)度閥值是實(shí)用、有效的調(diào)度方法之一。設(shè)置合理的調(diào)度啟動(dòng)閥值[5]方法如下:在t時(shí)刻假設(shè)i停放點(diǎn)的自行車數(shù)量為，最多能容納的自行車數(shù)量(即服務(wù)點(diǎn)的容量)為，定義t時(shí)刻的自行車數(shù)量與服務(wù)點(diǎn)的容量之比為庫(kù)存率，服務(wù)點(diǎn)的庫(kù)存水平用庫(kù)存率來體現(xiàn)，即 （11）維持較高的調(diào)度工作水平是要耗費(fèi)一定的成本的，稱為調(diào)度成本(運(yùn)營(yíng)成本的一部分)。主要是由于調(diào)度工作引發(fā)的人員、調(diào)度車輛和設(shè)備購(gòu)置及使用費(fèi)用組成。調(diào)度成本與調(diào)度工作量成正相關(guān)關(guān)系，調(diào)度工作量越大，所帶來的運(yùn)營(yíng)成本也越大，現(xiàn)實(shí)實(shí)踐中可以通過優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)工作，節(jié)省調(diào)度成本。 服務(wù)水平是指公共自行車停放點(diǎn)系統(tǒng)被用戶感知的服務(wù)質(zhì)量的一項(xiàng)指標(biāo)，通常根據(jù)需求滿足率，換乘距離，自行車完好率等，這些都已反應(yīng)停放點(diǎn)的保有量是否合適，以及用戶借還車難易程度，舒適和方便等。 另外，如果用戶在指定地點(diǎn)未能成功借還車，需要就近到相鄰?fù)７劈c(diǎn)借還的，其標(biāo)志標(biāo)線的清楚程度、相鄰?fù)７劈c(diǎn)的借還車難易程度都將繼續(xù)影響用戶的服務(wù)質(zhì)量的感知。一定的需求強(qiáng)度下，高水平的服務(wù)質(zhì)量將對(duì)停放點(diǎn)布局和配置提出更高的要求。停放點(diǎn)布局及優(yōu)化思路：停放點(diǎn)布局及配置是影響居民借還車是否方便的很重要的因素之一，合理的布局和基于需求響應(yīng)的合理配置，將滿足居民出行的需要，還有利于提高城市交通公共自行車出行的分擔(dān)率，從而使得城市交通更加綠色、便捷。停放點(diǎn)布局是指停放點(diǎn)在某區(qū)域內(nèi)部的選址問題，停放點(diǎn)的基本設(shè)施配置包括停車樁數(shù)量和自行車輛投入量。保證公共自行車停放系統(tǒng)高效、穩(wěn)定運(yùn)行的目的是為了滿足更多用戶可以快速地到達(dá)公共自行車停放站點(diǎn)，順暢地選擇公共自行車的需求。而為了達(dá)到這一目的，通常的做法是兩個(gè)角度。一是投入建設(shè)大量的稠密、配置較高的公共自行車停放站點(diǎn)系統(tǒng)，配合以較少的調(diào)度工作，以滿足不均衡的用戶出行需求(可以將其想象一種極端情況，在某區(qū)域面積內(nèi)，沿道路一側(cè)全部建設(shè)公共自行車樁位，用戶只要在該區(qū)域內(nèi)，隨時(shí)隨地都已接觸到公共自行車，幾乎不需要調(diào)度工作)。另一做法是設(shè)計(jì)高效、快速響應(yīng)的調(diào)度系統(tǒng)，即對(duì)于某個(gè)站點(diǎn)較短時(shí)間內(nèi)的需求，及時(shí)進(jìn)行借還車需求的調(diào)入或調(diào)出工作，此做法可以配合較少基礎(chǔ)設(shè)施投入(一種極端舉例如，用戶在出行前電話告知或?qū)⒁惶煊密囉?jì)劃告知調(diào)度部門，調(diào)度部門在該借車事件發(fā)生之前及時(shí)將自行車送達(dá)，并在該還車時(shí)間發(fā)生之前提前在目的地騰出空余樁位)?？梢?，兩種做法是相互矛盾的。停放點(diǎn)布局及配置優(yōu)化就是在滿足用戶出行需求的基礎(chǔ)上，綜合兩種做法，布設(shè)空間相對(duì)合理的布局方案和配置合理的樁位數(shù)量及自行車投入數(shù)量。停放點(diǎn)布局及配置優(yōu)化思路如下:對(duì)于己經(jīng)建設(shè)實(shí)施運(yùn)營(yíng)的城市公共自行車系統(tǒng)，根據(jù)其運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析其停放點(diǎn)特征和租借行為特征，挖掘小區(qū)出行借還車需求曲線。用戶出行成本、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和投入成本、運(yùn)營(yíng)調(diào)度成本作為優(yōu)化目標(biāo)，加以需求約束、成本控制、站點(diǎn)規(guī)模、距離限制等構(gòu)建模型。并在模型中假設(shè)用戶就近選擇停放點(diǎn)進(jìn)行借還車，對(duì)已經(jīng)確定停放點(diǎn)分布密度不足的局部區(qū)域提出增加停放點(diǎn)布局及配置方案，增加現(xiàn)狀停放點(diǎn)樁位配置方案以及公共自行車最少投入數(shù)量的優(yōu)化方案?；贗C卡信息的停放點(diǎn)保有量基于IC卡信息的停放點(diǎn)借還車需求多元回歸模型交通小區(qū)停放點(diǎn)選擇模型交通小區(qū)借還車需求停放點(diǎn)借還車需求優(yōu)化目標(biāo)： 用戶出行成本最小 調(diào)度工作量最小 優(yōu)化方案建設(shè)成本最小公共自行車停放點(diǎn)布局優(yōu)化及配置方案約束：滿足小區(qū)借車需求滿足小區(qū)還車需求……公共自行車停放點(diǎn)布局優(yōu)化及配置方案圖1 公共自行車停放點(diǎn)布局及配置優(yōu)化思路 多目標(biāo)優(yōu)化模型的建立在已建成公共自行車系統(tǒng)中，令為已建公共自行車停放點(diǎn)集合，為自行車停放需求點(diǎn)(可以看成是交通小區(qū))的集合，為候選停放點(diǎn)，有N輛自行車。模型思路是求解交通小區(qū)需求全部被滿足下的用戶出行成本最小、調(diào)度工作量最小和優(yōu)化方案建設(shè)投入成本最小的多目標(biāo)優(yōu)化問題。故模型的優(yōu)化目標(biāo)分別是:(1)用戶出行成本最小。(2)調(diào)度工作量最小。
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