精品文檔-下載后可編輯城市公共自行車調(diào)度優(yōu)化研究(全文)【摘要】公共自行車便利了市民的短途出行。但管理過程中存在的調(diào)度不合理問題，也使得公共自行車的使用效率沒有充分提升、管理成本居高不下。本文通過對公共自行車調(diào)度系統(tǒng)研究分析，提出建立預(yù)警機(jī)制、運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)當(dāng)中的“最小費(fèi)用流法”建立模型來優(yōu)化調(diào)度路徑的方法，在提高調(diào)度效率降低成本方面提供了一種可行的解決方案。

【關(guān)鍵詞】公共自行車調(diào)度物聯(lián)網(wǎng)最小費(fèi)用流

一、我國城市公共自行車發(fā)展現(xiàn)狀

隨著城市的迅速擴(kuò)張，交通問題越來越嚴(yán)重，公共自行車受到人們的關(guān)注。

我國公共自行車正式運(yùn)行始于2022年。在綠色奧運(yùn)的背景下，為緩解環(huán)境污染和交通擁擠的壓力，杭州、北京、武漢等城市先后建設(shè)并推廣了公共自行車系統(tǒng)。

目前“以武漢為代表的"政府主導(dǎo)，企業(yè)經(jīng)營"模式，以杭州為代表的"政府包辦"模式較為成功。”北京市由于早期城市規(guī)劃建設(shè)沒有留出暢通的自行車道，發(fā)展中遇到瓶頸。即使如此，自2022年12月28日北京市公共交通全面調(diào)價(jià)后，公共自行車騎行量、周轉(zhuǎn)率顯著增加，調(diào)價(jià)后首個(gè)工作日騎行人數(shù)同比增加14%，達(dá)8.1萬人次，工作日車輛周轉(zhuǎn)率超過2.5次，部分站點(diǎn)超過10次每日。顯示了公共自行車在城市交通中不可替代的作用，也暗示了北京市民對完善城市公共自行車系統(tǒng)的日益迫切的需求。此外，以蘇州為代表，積極為游客提供方便的租車服務(wù)，創(chuàng)新旅游標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)旅游業(yè)的發(fā)展。

二、城市公共自行車調(diào)度問題

城市公共自行車具有緩解交通壓力、減少環(huán)境污染、便民利民、服務(wù)游客等多方面的價(jià)值。公共自行車系統(tǒng)中存在的各站點(diǎn)車輛的調(diào)度銜接問題，關(guān)系到公共自行車能否真正發(fā)揮其價(jià)值。

目前，各城市中公共自行車的調(diào)度存在調(diào)度路徑不合理、站點(diǎn)調(diào)度不及時(shí)等問題。未能建立與周圍人流量關(guān)聯(lián)的實(shí)時(shí)需求預(yù)測機(jī)制和站點(diǎn)使用量預(yù)警系統(tǒng)，調(diào)度作業(yè)的存在一定的滯后性、不科學(xué)性。這些問題的存在，一方面直接影響了市民使用公共自行車出行時(shí)的用戶體驗(yàn)，阻礙了公共自行車的推廣發(fā)展。另一方面使得調(diào)度成本居高不下。調(diào)度費(fèi)占整個(gè)運(yùn)營費(fèi)一小半，再者就是硬件方面的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)和軟件方面的人力資源費(fèi)用。有序的調(diào)度能夠提高使用效率，無序的調(diào)度則使公共自行車成為額外的負(fù)擔(dān)。本文旨在通過對公共自行車的調(diào)度系統(tǒng)分析，探討優(yōu)化公共自行車調(diào)度的方案，供有關(guān)機(jī)構(gòu)參考。

三、公共自行車調(diào)度優(yōu)化研究

當(dāng)前可從動態(tài)監(jiān)控和路徑優(yōu)化兩方面提高公共自行車的調(diào)度效率。

（一）實(shí)施有預(yù)見性的、精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)控

對于居民在人流高峰期、人員密集區(qū)用車不方便問題，以蘇州市為例，會要求調(diào)度車在5-10分鐘內(nèi)趕到。但是這種調(diào)度方式，依然是事后響應(yīng)。在未來可借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對公共自行車精準(zhǔn)的動態(tài)監(jiān)控并利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)建立預(yù)測機(jī)制，實(shí)現(xiàn)事前調(diào)度。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公共自行車系統(tǒng)中的應(yīng)用將使得系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度、維護(hù)等多方面管理更加便捷，并促進(jìn)用戶實(shí)現(xiàn)通借通還。通借通還和遠(yuǎn)程調(diào)度的實(shí)現(xiàn)將降低運(yùn)營管理的費(fèi)用。

（二）調(diào)度車輛路徑的優(yōu)化模型

目前的公共自行車的調(diào)度主要是通過調(diào)度中心接受站點(diǎn)的調(diào)度警報(bào)之后，才派出調(diào)度車進(jìn)行調(diào)度。這無法滿足自行車使用高峰期的調(diào)度需求。本文將這一問題轉(zhuǎn)化為“最小費(fèi)用流”問題。在高峰期到來之前實(shí)現(xiàn)調(diào)度，保證最優(yōu)利用。“最小費(fèi)用流”指的是在有代價(jià)與容量約束的網(wǎng)絡(luò)上，安排一定的流量，使得所安排流量的費(fèi)用或者代價(jià)達(dá)到最小。“最小費(fèi)用流”問題的解決有比較成熟的算法，并且計(jì)算效率比較高，同時(shí)可以敬誤差限制在一個(gè)小范圍內(nèi)，防止誤差的再傳遞。

根據(jù)影響公共自行車調(diào)度系統(tǒng)的兩個(gè)主要因素：調(diào)度車運(yùn)行距離和調(diào)度自行車數(shù)量，本研究利用“最小費(fèi)用流”法，建立公共自行車調(diào)度路徑模型。

公共自行車調(diào)度路徑模型：

為了研究公共自行車調(diào)度模型，我們首先引入如下定義：

N（V，S，X，D，R，P）――自行車網(wǎng)絡(luò)；

V――需要進(jìn)行調(diào)度的自行車站點(diǎn)集合，i或j表示站點(diǎn)元素；

S――各站點(diǎn)的路線集合；

（i，j）――從站點(diǎn)i到站點(diǎn)j的路線，路程用si，j表示；

X――調(diào)度車輛的流動數(shù)；

xi，j――i、j點(diǎn)間調(diào)度車上的自行車數(shù)；

xi+――i站點(diǎn)流入的車輛數(shù)；

xi-――i站點(diǎn)流出的車輛數(shù)；

D――調(diào)度前站點(diǎn)自行車數(shù)量，用表示；

R――調(diào)度車的最大容量

Pi――各個(gè)站點(diǎn)的最佳自行車數(shù)量，是各站點(diǎn)每日可達(dá)到平衡狀態(tài)的公共自行車輛數(shù)，即Pi是一個(gè)固定已知數(shù)；

（1）計(jì)算min（S）=■Sij，選取最短路程作為路線選擇；

（2）每次選擇Si時(shí)應(yīng)滿足ri

（3）重復(fù)（2），直到■ri=■xi；

（4）最終得到最佳組合，即最佳線路V（i，j）={vi，vj，…}

通過對到達(dá)站點(diǎn)的選取，求取最佳線路V，可實(shí)現(xiàn)最高調(diào)度效率。這樣，可將自行車調(diào)度的問題轉(zhuǎn)化為求解最小費(fèi)用流的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題。最小費(fèi)用流問題的解決有比較成熟的算法，并且計(jì)算效率比較高，這就使得公共自行車調(diào)度算法的效率得到了提高，為實(shí)現(xiàn)全自動調(diào)度