基于旅行商問題的大學生假期出行定制交通研究

劉裕發 田佳偉

摘 要：為滿足學生假期超量出行需求、改善公交出行擁擠環境、節約出行成本，基于旅行商問題對大學生假期出行定制交通進行了規劃設計研究。基于鎮江市大學生的定制交通問卷調查數據，探索了鎮江地區大學生對于定制交通的需求結構。針對定制交通的路線規劃旅行商問題，利用哈密頓回路方法進行了路徑規劃。基于手機APP的定制公交系統的開發與設計，使系統五大功能模塊得以實現。

關鍵詞：路線規劃；旅行商問題；哈密頓回路；軟件設計

1.研究背景

目前，鎮江市內有江蘇大學、江蘇科技大學等多所高校，在校的學生年出行總量很大。盡管鎮江的公共出行系統正在不斷地更新改善，而且公共交通的整體服務水平已經有很大地提高，但是這依舊不能滿足鎮江市大學生的出行需求。此外，鎮江市公共出行系統骨干網絡覆蓋有限，運行效率參差不齊。因此，現有的基礎公交服務已不能滿足大學生假期的出行需求，需要發展新的出行方式。目前，已經有關于南京大學城仙林校區學生周末使用定制交通出行的研究，并且通過該出行方式有效緩解了交通擁擠狀況。該方法適用于學校相對密集且目的地相對集中的大學城區。但是，由于鎮江高校分布不集中且未形成集約型大學城，以江蘇大學為例，江蘇大學的四個校區分布在鎮江市的三個區，所以，有必要針對鎮江高校的分布特點來進行具體的路徑規劃分析。

2.研究方法

本項目主要基于意向的大學生出行調查及分析，了解大學生假期出行狀況；并進一步對大學生定制公交需求進行預測及分析；結合鎮江大學校園分布情況，選擇運籌學中的旅行商問題模型，利用哈密頓回路原理，進行定制公交的路徑規劃；最后基于APP開發平臺實現公交定制系統APP的開發和設計。主要的研究方法如下：

（1）基于問卷的描述性統計分析方法

文章搜集相關文獻結合大學生假期出行情況，設計調查問卷，包括人口統計特征，出行特征，心理特征變量，選取鎮江市大學生為樣本發放問卷，并收集有效數據，利用SPSS進行統計性需求分析。

（2）哈密頓回路方法

定制公交的路線規劃實質是解決旅行商問題，而旅行商問題的本質則是求解最優哈密頓回路。哈密頓回路簡單來說就是從指定的起點到指定的終點，且途中所有其他節點都會經過且只有一次。哈密頓回路所求的最短路徑與它的兩個必要條件有關，即封閉的環和一個連通圖，且圖中任意兩點可達。公式如下所示：

dij 是i與j之間的距離，

除起點與終點外，各邊不構成圈。

（3）基于APP技術的軟件設計方法

目前基于APP開發平臺的手機APP設計方法很多，實現了各種需求的系統功能的實際開發，可以實現本項目中的定制交通系統的各種交互功能，應用于大學生定制交通行為。

3.定制巴士開通條件

3.1 調查問卷設計

本次調查問卷針對鎮江市大學生群體，從出行頻率、方式、目的和基礎公共交通系統的準時性、安全性、便捷性等角度出發，對大學生假期出行需求進行全面的調查分析。

3.2 調查對象及問卷發放

本次調查的對象為江蘇大學、江蘇科技大學以及丹徒新區大學城內的學生。共發出問卷500份，實際回收問卷500份，對問卷進行系統地整理與統計后，得到廢卷共15份，有效問卷共485份，本次調查問卷的有效回收率為97%。

3.3 調查數據分析

本組通過對有效的485份問卷進行整理，從調查對象年級分布、學生出行頻率分布、出行方式、所在學校的交通情況以及對定制巴士的接受程度等方面數據進行分析。結果顯示，對于鎮江市大學生出行而言，由于公共交通骨干網絡覆蓋范圍有限，運營效率參差不齊，大學生假期出行擁堵現狀普遍。對鎮江而言，大學生周末回家出行具有較明顯的點對點特征，選擇公共交通和出租車去車站的大學生人數較多，需要開通定制巴士來實現一站式到達，因此推行定制交通方式具有足夠的客觀條件。

4.路徑規劃

4.1 學校選擇

目前，鎮江市已經有江蘇大學、江蘇科技大學等高等院校以及正在建設中的鎮江高校園區，在校師生達到10萬余人，橫跨鎮江的三個市區，覆蓋面積大。因此，選擇江蘇大學、鎮江高校園區、江蘇科技大學東校區、江蘇科技大學西校區

4.2 距離測量

通過高德地圖對每個學校之間的距離進行逐一測量。例如，起點設為鎮江客運站，終點設為江蘇大學，根據鎮江市實際道路網分布及高德地圖給出的三條備選方案，選擇由莊泉路至丁卯高架轉谷陽路到達江蘇大學，路程10公里，總共經過13個紅綠燈。以同種路徑距離測量方式，將所取的點逐一測量，整理匯總得到兩點之間的距離。

4.3 模型選取

本次選擇的模型是運籌學中的旅行商問題模型，旅行商問題的本質是求解最優哈密頓回路。哈密頓回路簡單來說就是從指定的起點到指定的終點，且途中所有其他節點都會經過且只有一次。哈密頓回路所求的最短路徑與它的兩個必要條件有關，即封閉的環和一個連通圖，且圖中任意兩點可達。公式如下所示：

dij是i與j之間的距離， （1表示連線，0表示不連線），則有

除起點與終點外，各邊不構成圈。

利用lingo軟件，編寫相應的程序，將所測得的距離參數輸入程序中，得到一條最優路徑。

4.4 結論

通過規劃，設計出一條由鎮江客運站出發，途徑江蘇科技大學東校區、江蘇大學、鎮江高校園區、江蘇科技大學西校區，最終回到鎮江客運站的最短路徑，路程全長47.8公里。

定制公交使用該路線運行能夠節約乘客的時間和出行成本，并且確保一人一位的舒適，從而緩解假期交通擁堵，為解決其他時間的交通擁堵問題提供了路徑參考。

5.APP開發與設計

基于手機APP的定制公交系統主要包括五大功能模塊，用戶注冊與登錄、購票選座、車輛調度、用戶的信息管理和車輛查詢與監測。

（1）注冊與登錄

用于鑒別用戶是否為系統授權的用戶，只有注冊的用戶才能登錄系統。可用手機號碼、微信、QQ和郵箱進行注冊與登陸。如圖1所示為手機客戶端用戶注冊與登錄界面。

（2）購票選座

主要實現用戶購買車票的功能。在車輛發車前半個小時將不能在手機上進行購票服務，并且在退票時需要支付一定的手續費。如圖2所示為手機客戶端購票界面。

（3）車輛調度

車輛調度的具體事務，本APP將根據乘客反饋的信息進行整合，并提交到車輛所在公司，希望可以幫助公司進行更好的車輛調度。如圖3所示為車輛調度界面。

（4）用戶信息管理

乘客可以隨時查看自己的個人信息并且更新自己的信息，更新的信息會及時傳遞到后臺并保存。還可以在歷史信息中查詢購票信息。如圖4所示為用戶信息管理界面。

（5）車輛查詢與監測

乘客可以實時監測車輛到站情況，通過手機上顯示的時間和距離來判斷自己前往站點的乘車時間，可以節約在路上不必要的時間，提高時間利用率。如圖5所示為車輛查詢與監測界面。

6.總結

隨著科技的迅猛發展和智能手機的全面普及，手機APP也在快速發展，方便了人們的學習、工作和生活。目前，城市交通擁堵不堪，私人汽車數量逐漸增多，環境污染加劇，使得越來越多的城市開始探索居民出行的新方式。定制公交系統作為一種新興的出行系統，通過對各種先進技術的配合運用，加上對城市公交路線的調查和運行特點的分析，將兩者有機結合以達到對現代公交的智能調度，提高公交車的使用效率和上座率，從而緩解交通擁堵。

參考文獻：

[1] 李艷梅.定制公交系統線網構建方法研究[D].西南交通大學，2016.

[2] 李穎.定制公交的決策與算法研究[D].南京林業大學，2017.

*基金項目：本文系江蘇大學2018年度大學生科研立項項目，項目編號：17A246