一種城市公共自行車系統調度優化模型

邵 卿

（湖南鐵路科技職業技術學院，湖南株洲 412000）

城市公共自行車系統有助于解決城市交通擁堵和公共交通出行“最后一公里”難題，但系統運轉過程中需要解決車輛的周轉調度問題。蔣塬銳等[1]針對共享單車供需失衡、共享率低等問題，以提高用車高峰期調度的及時性為目的，在調度結構中引入調度池，明確調度池的使用規則，提出共享單車四級調度結構，考慮節點的調度需求大于調度車的裝載容量和多輛調度車共同滿足單個節點的調度需求的情況，以調度總成本最小為目標，建立共享單車靜態調度模型。李軍等[2]將公共自行車顧客借、還車輛的過程看作排隊現象，完整描述排隊系統的輸入、輸出過程及排隊規則和服務方式，利用實例車輛借還數據，標定顧客借還車的到達及站點服務時間均服從負指數分布，基于損失制排隊系統效率指標計算方法，建立站點最優化車輛調配數（空樁數）計算模型。李迎晨等[3]提出基于遺傳算法的公共自行車高峰期調度模型，可以滿足早晚高峰居民出行的自行車需求。高亮等[4]為提高公共自行車系統調度效率并降低調度成本，提出基于預測庫存變化率的公共自行車動態調度方法，建立優化目標為車輛總行駛距離最短的動態調度模型。于德新等[5]針對現有自行車調度模型假設條件的局限性，提出共享經濟模式下轉運最大化策略，在詳細分析共享單車調度成本及相關參數的基礎上，以成本最小和投放率最高為目標建立共享單車調度模型，引入精英策略和進化算子對遺傳算法進行改進，采用TOPSIS法在改進算法求解出的有效路線集中選擇最優路線。

1 模型構建

模型規劃描述了確定待建租賃點和各點的調配量的情況下，規劃調度車輛的路線安排和分配，使總運輸成本最小。待建的站點編號被定為j(j∈J1)，將車場編號定為0；設運輸車輛編號定為v(v∈V)，建立模型：)，目標為總運輸成本最小，包括固定成本和可變成本。

設定約束條件：

限制調度車數量。

限制調度車的運輸容量。

各站點都被服務，且一輛車僅服務一次。

車輛v為租賃點j調度服務的決策變量，車輛v在租賃點j′結束調度工作后，再到租賃點j進行調度，則xjj′v=1，否則xjj′v=0。

運輸車輛v運輸路徑的決策變量，若車輛v被使用，則ev=1，否則ev=0。

2 算例分析

2.1 算例簡介

擬在某規劃區域內建設一個公共自行車租賃系統，進行自行車調運工作，根據居民的出行需求確定10個自行車出行需求點，分配相應數量的自行車和停車樁，以滿足居民的出行需求，做到任一時段居民在其步行范圍內的租賃點均能夠借到車和還出車，使規劃區域內居民總出行時間最短。但租賃點的建設數目應為7～13，避免租賃點建設太多造成資源的浪費以及租賃點建設過少無法滿足出行者的需求。

候選租賃點和需求點之間的距離如表1所示。

表1 候選租賃點和需求點之間的距離 單位：m

時段1各個需求點的公共自行車租借需求如表2所示。

表2 公共自行車租借需求

算例運算思路邏輯圖如圖1所示。

圖1 算例運算思路邏輯圖

2.2 算例求解

（1）相關常量取值。

C=400 m、M=10 000、g=50 000元、α=15輛、f1=300元、f2=2 000元、v1=1.4 m/s、v2=5 m/s、V=2輛、p=2元/km、r=40元、Q=100輛。

（2）根據租賃點與需求點間的距離以及租賃點的服務半徑C可得每個需求點對應的候選租賃點。

需求點對應的候選租賃點如表3所示。

表3 需求點對應的候選租賃點

（3）運用LINGO編程求解，運行該程序計算規劃區域內居民最短的總出行時間為4 096 021秒，運輸成本為363.5元，共需建設13個租賃點，編號分別為2、4、6、7、8、9、11、14、16、17、18、19、20。

租賃點應分配的自行車數和停車樁數如表4所示。

表4 租賃點應分配的自行車數和停車樁數

依據選址方案及租賃點和需求點之間的距離表可得到各建設的站點應服務的需求點和調度車輛路徑。調度車輛運行路徑為2→4→6→7→16→17→14→18→19→20→11→8→9。

各租賃點各時段的調配量見表5。

表5 各租賃點各時段的調度量

租賃點服務需求點和調度車輛路徑如圖2所示。

圖2 租賃點服務需求點和調度車輛路徑

3 結語

本文研究城市公共自行車系統調度優化問題，基于問題分析建立相關的函數關系，構建公共自行車調度優化模型供科學決策參考，未來可以考慮將研究對象的范圍由本文適用的小區擴大至街區。