關于共享單車投放位置和數量問題研究

謝佳輝　董海文　慕悠然　唐彩華　達志和

摘要：毫無疑問，共享單車出現為居民出行提供極大便利，受到廣大居民喜愛。近年來，隨著共享單車客用量大幅度提升，相關平臺共享單車投入數量也持續上升，導致部分城市共享單車因大量閑置而推擠于城市道路兩側，影響居民生活與環境，突顯研究共享單車投放位置與數量重要性。本文根據共享單車投放情況并在滿足共享單車存取需求基礎上提出投放位置與數量估算模型，旨在規范共享單車停放管理，推動共享交通快速穩定發展。

關鍵詞：共享單車;投放位置;投放數量

近年來，隨著經濟社會快速發展，我國各個城市機動車數量呈持續增長趨勢，但也伴隨著道路擁堵與環境污染等問題。新型共享單車響應國家提出的綠色理念，也是一種健康、環保、低碳、節能新型交通工具。當前我國大部分城市都投放共享單車，為大眾出行帶來便利。雖然共享單車在一定程度上減少機動車使用頻率，但如果共享單車投放位置與投放數量缺少合理則會浪費資源。所以，通過合理分析共享單車投放位置與數量并建立相關調度模型，則能在一定程度上解決共享單車管理問題，提升共享單車使用成效。

1 建模思路

在明確共享單車規模后圍繞用戶停放需求以及在充分考慮共享單車占地面積最小、投放成分等基礎上構建數學模型，再求解多目標。在明確停放需求方面，區域內各大平臺共享單車停放數量直觀反映該區域停車需求，對投放點一段時間內停放量變化進行統計并經數據處理可獲取單車停放量分布特征。在明確投放占地面積與成本方面，通常由停車設施具體型號決定停車設施占地面積。投放成本要兼顧初期與后期運營維護成本，其中占地成本與共享單車停車設施占地面積具有緊密聯系。經停放量數據調查可得知，共享單車用戶停放需求日變化相對較大，如果運用立體式停車設施則需全面滿足高峰期停車需求，那么在相對平緩的時間段則會空出大量泊位，嚴重浪費停車設施資源。所以，共享單車企業可采取立體停車設施與地面劃線式停車位相結合方式則具有較高經濟性且能滿足用戶停車需求。與此同時，研究者運用階梯函數分布形式呈現共享單車停放量，類似于階梯的多個跳躍間斷點，其中每個停放量所對應的累計分布律為一個單獨間斷點。若測停放量數據量較大時則會呈現一條非連續性曲線。此外，不同規劃點具有不同投放量分布，由于無法對適應于所有規劃點內分布函數進行歸納總結，故而需單獨考慮每個規劃點。

2 建立投放量模型

在停放需求假設方面，設某一共享單車規劃點停放量出現頻率與離散型隨機分布相符，那么可將投放量視為停放需求量。在投放成本假設方面，設共享單車投放成本為初級建設與后期運營維護組成，需忽略運營維護成本與停車設施投放間存在的個體差異。在停車設施假設方面，設共享單車停車設施中立體式停車裝置與停放量分布曲線中拐點左側需求相符，那么則由地面劃線備用停車位方式滿足余下停車需求。

在建構模型時需構建目標函數，即投放成本由共享單車投放數量與單個停車設施初期建設與后期運營維護成本組成，總占地面積則由立體停車設施與備用停車位占地面積。還需構建約束條件;在此過程中需結合實際情況與模型假設。其中模型約束即立體停車裝置需滿足近80%用戶停車需求，同時立體停車裝置與備用停車位泊位可滿足共享單車用戶停車需求。在選取防模型方面，一般在線性約束條件下的最小值求解線性目標函數，也稱之線性規劃問題。決策變量在模型中為整數，即構建多目標整體線規劃模型。數學模型如下：

在上述模型中，z1表示共享單車規劃區域停車設施投放所需總成本。Z2為規劃區域中共享單車設施占地面積;T與t分別為停車設施使用年限及年數;pwf即在第t年現值系數。a1與b分別為規劃區域內每臺共享單車停車設施投放初期經濟建設成本與規劃區域在第t年每臺停車設施在后期運營階段所花費維護成本。m與n分別為單個停車設施與備用車位占地面積;x1與x2分別為停車設施投放與備用停車位劃分數量;d與α則為單個停車設施泊位數與單車規劃點投放量分布曲線拐點所對應累計分布律。N與P分別為規劃點停放量最大值以及出現K輛共享單車停放需求概率。

針對共享單車投放位置，由于單車站點選取影響因素與公交車站點建立基本要素相同，以地區各個公交站點為圓心，R為半徑做圓，在此過程中可允許圓存在交叉情況，即遵循就近原則選取距離最近點，再按照距離初步排序篩選每個圓點內站點，最后運用層次分析篩選出共享單車投放位置。該方式減少計算工作量且經濟投入少，經濟效益好，值得廣泛推廣與應用。

3模型求解

在求解模型時運用圖解法并在可行域內使目標函數Z1與Z2最優整數點出現以下兩種情況：其一，當目標函數Z1與Z2最優整數解為相同點時則說明x1與x2同時降低投放成本與占地面積。其二，當目標函數Z1與Z2最優整數解為不同點時，則說明x1與x2同時使投放成本與占地面積最小情況不存在，則無法直接求解模型。需投資者根據實際情況從不同層面比較分析占地面積與經濟成本重要性并作出適當權重，也稱之為分層多目標解決問題。

4結語

總之，共享單車的出現滿足現代社會提出的綠色環保要求，更為人們出行提供便利。本文從共享單車用戶、土地利用以及投資者方面構建構共享單車投放位置與數量模式，結果有利于為城市共享單車規劃管理提供科學指導，滿足用戶出行需求的同時健全完善城市綠色慢行交通設施建設，實現預期經濟與社會效益目標。

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