推廣寧波大學校園公共自行車的研究

金超　金迪（寧波大學科學技術學院，浙江 寧波　315212）

推廣寧波大學校園公共自行車的研究

金超金迪
（寧波大學科學技術學院，浙江 寧波315212）

隨著國內各大高校在校生的不斷增多以及校園面積的不斷擴張，如何解決校園內公共交通秩序問題成為當下新的研究課題。本文在借鑒寧波市公共自行車系統的發展現狀和總結國內大學校園交通發展理論和實踐的基礎上，基于寧波大學的校園地理環境，從校園內建立公共自行車的可行性、選址、運作與管理等幾個方面展開探討，提出了具有校園特征因素的公共自行車系統規劃方案。

校園公共自行車；離散選址布局；雙層規劃模型；Dijkstra算法

一、引言

目前國內高校學生人數不斷增加，為了提高學生的生活質量，校園新校區的建設規模也在逐漸擴張，從而會帶來一系列公共交通問題。其中最為普遍出現的交通問題是教學區與生活區的距離相對較遠。寧波大學各校區（東校區、西校區、北校區等）是當代大規模校園的典型代表，截至2015年底，占地面積約180萬平方米，學校師生人數約5萬名。在這樣的區域劃分和人口密度環境下，絕大部分學生的出行方式都依賴自行車，這就導致校園內自行車擠占道路空間現象日益突出，如何建立良好的校園公共自行車系統來解決自行車合理停放問題成為當下重點研究課題之一。

二、規模預測

公共自行車租賃點初建系統包括公共自行車以及停車樁位的規模數量，可以考慮自行車和樁位的周轉率來預測該系統的初建規模，具體模型如下：

1.自行車數量規模預測。公共自行車的周轉率在自行車數量規模預測中起著重要的作用，它是指一定時間內每輛自行車平均被借的次數和自行車歸還次數以及通過調度所確定的被借總次數與最初時刻租賃點自行車數量的比值。

2.租賃點樁位規模預測。

停車樁位的周轉率計算可以將上述自行車規模預測模型中的“自行車數量”換成“樁位數量”。每個樁位平均停放自行車的數量與其他租賃點自行車被借次數以及自行車的調度緊密聯系。

三、離散選址布局雙層規劃模型

1.模型分析。校園公共自行車租賃點的布局優化問題最重要的是在一定區域內確定每個租賃點最合適的位置以及對應的規模大小，因此需要建立相應的數學規劃模型來進行求解。在該優化問題中，其中一方面的決策目標是高校需要通過合理的預測模型方案，以達到整個公共自行車系統的總建設成本最低；另一方面的決策目標是租賃者需要根據租賃點位置分布的變化隨時調整出行路線，以達到總出行時間最小。該問題包含兩種不同的決策目標，因此該布局優化方案適宜采用雙層規劃模型［2］。

2.模型假設。在租賃點的布局優化方案中，需要討論需求點和租賃點兩個角度。需求點是指租賃者所在的位置或者較近的區域，是該模型主要考慮的因素，對優化布局決策具有決定性的作用，為了整個模型的合理性，現進行下面三個方面的假設：

（1）假設租賃點的自行車和停車樁位都是一對一配套，不考慮工作人員將自行車從樁位取出管理；

（2）假設租賃點的基本建設費用、設備費用及運營費用為常數；

（3）假設租賃者到租賃點的單位費用為常數，即認為所有租賃者總是選擇距離最近的租賃點，他們的時間成本都是一個定值。

3.模型構造。

（1）上層模型。上層模型可以描述為租賃點布局位置要與校園功能相互協調，既考慮初次建設的經濟成本，又考慮地理環境對布局的影響。首先該模型將經濟成本作為主要考慮的因素，在滿足需求點需求量的區域內確定最佳的租賃點布局位置，使總成本這個決策目標達到最小。

（2）下層模型。下層模型考慮的角度是租賃者。由于自行車租賃服務的費用相對較便宜，因此弱化租賃服務的經濟因素，取租賃者的出行時間作為主要考慮因素。即確定目標函數為租賃者出行總時間T的最小值。下層模型是表示滿足租賃者總出行時間最少的離散站點布局優化問題，約束條件中表示租賃點均能滿足需求點租賃者的出行需求。

4.模型求解。基于寧波大學的校園地理環境，利用matlab軟件按照上述步驟。

四、調度方案模型優化

該優化模型［4］以確定其中一個租賃點為初始站點，通過搜索路徑，尋找下一個最優的租賃點，具體搜尋規則如下：

①尋找與初始站點距離最近的X個租賃站點，按照從小到大的規律排序；

②依次排好這X個租賃點的順序后，如果這個租賃點為需求點且需求量大于調度車上的剩余自行車，即無法一次性完成調配，刪除該租賃點，并重新得到新的（X-1）個租賃點。

③計算每一層的自行車調度數量（取絕對值）以及通過的距離，然后計算這兩個數據的比值。

④以滿足條件的租賃點分別為初始站點，重復第①至③步。

⑤計算出每次搜索路徑公共自行車需要調度的數量和在此過程中所走過的距離，然后將兩者相除再求和，取比值之和最大的搜索路徑，其初始站點對應的下一個站點即為下一個調度點。

⑥以該確定的租賃點為起始點，重復第①至⑤步，直到全部自行車調度完畢。

該優化模型在利用Dijkstra算法實現最短路徑的基礎上增加了調度時具體的數量因素，使得在推廣中更具有實際意義，盡最大可能提高調度效率，避免有限資源浪費。

五、結論

本文借鑒寧波市公共自行車近兩年來的發展狀況，基于寧波大學這個國內典型的校園地理環境，分析得到推廣校園公共自行車系統是存在可行性和必要性的。該方案以寧波大學實際的地理結構布局為例，在選址和調度方面分別引入雙層規劃模型和Dijkstra算法，利用MATLAB和LINGO軟件求得具體的解。顯然這只是對校園公共自行車系統提出自己的設想，還有許多不完善的方面。比如公共自行車系統中的計費方案、租賃點的自動化管理、自行車本身的安全性等等。雖然這種新型的校園交通方式理論上可以解決大學生出行的難題，但也存在許多相應的問題。在以后的學習和生活中，會逐步深入研究，逐漸完善該系統的不足，探討更加廣泛的應用。

［1］鮑娜.城市公共自行車租賃點選址決策及調度模型研究［D］.長安大學，2012.

［2］崔曉琳.基于軌道交通接駁的公共自行車租賃站點布設研究［D］.北京交通大學，2013.

［3］王樹西.李安渝.Dijkstra算法中的多鄰接點與多條最短路徑問題［J］.計算機科學.2014.06

［4］管娜娜.公共自行車調度路徑優化問題研究［D］.西南交通大學，2015.

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1671-864X（2016）05-0198-01