金超　金迪（寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波　315212）

推廣寧波大學(xué)校園公共自行車的研究

金超金迪
（寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波315212）

隨著國(guó)內(nèi)各大高校在校生的不斷增多以及校園面積的不斷擴(kuò)張，如何解決校園內(nèi)公共交通秩序問題成為當(dāng)下新的研究課題。本文在借鑒寧波市公共自行車系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和總結(jié)國(guó)內(nèi)大學(xué)校園交通發(fā)展理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，基于寧波大學(xué)的校園地理環(huán)境，從校園內(nèi)建立公共自行車的可行性、選址、運(yùn)作與管理等幾個(gè)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(tǒng)規(guī)劃方案。

校園公共自行車；離散選址布局；雙層規(guī)劃模型；Dijkstra算法

一、引言

目前國(guó)內(nèi)高校學(xué)生人數(shù)不斷增加，為了提高學(xué)生的生活質(zhì)量，校園新校區(qū)的建設(shè)規(guī)模也在逐漸擴(kuò)張，從而會(huì)帶來一系列公共交通問題。其中最為普遍出現(xiàn)的交通問題是教學(xué)區(qū)與生活區(qū)的距離相對(duì)較遠(yuǎn)。寧波大學(xué)各校區(qū)（東校區(qū)、西校區(qū)、北校區(qū)等）是當(dāng)代大規(guī)模校園的典型代表，截至2015年底，占地面積約180萬(wàn)平方米，學(xué)校師生人數(shù)約5萬(wàn)名。在這樣的區(qū)域劃分和人口密度環(huán)境下，絕大部分學(xué)生的出行方式都依賴自行車，這就導(dǎo)致校園內(nèi)自行車擠占道路空間現(xiàn)象日益突出，如何建立良好的校園公共自行車系統(tǒng)來解決自行車合理停放問題成為當(dāng)下重點(diǎn)研究課題之一。

二、規(guī)模預(yù)測(cè)

公共自行車租賃點(diǎn)初建系統(tǒng)包括公共自行車以及停車樁位的規(guī)模數(shù)量，可以考慮自行車和樁位的周轉(zhuǎn)率來預(yù)測(cè)該系統(tǒng)的初建規(guī)模，具體模型如下：

1.自行車數(shù)量規(guī)模預(yù)測(cè)。公共自行車的周轉(zhuǎn)率在自行車數(shù)量規(guī)模預(yù)測(cè)中起著重要的作用，它是指一定時(shí)間內(nèi)每輛自行車平均被借的次數(shù)和自行車歸還次數(shù)以及通過調(diào)度所確定的被借總次數(shù)與最初時(shí)刻租賃點(diǎn)自行車數(shù)量的比值。

2.租賃點(diǎn)樁位規(guī)模預(yù)測(cè)。

停車樁位的周轉(zhuǎn)率計(jì)算可以將上述自行車規(guī)模預(yù)測(cè)模型中的“自行車數(shù)量”換成“樁位數(shù)量”。每個(gè)樁位平均停放自行車的數(shù)量與其他租賃點(diǎn)自行車被借次數(shù)以及自行車的調(diào)度緊密聯(lián)系。

三、離散選址布局雙層規(guī)劃模型

1.模型分析。校園公共自行車租賃點(diǎn)的布局優(yōu)化問題最重要的是在一定區(qū)域內(nèi)確定每個(gè)租賃點(diǎn)最合適的位置以及對(duì)應(yīng)的規(guī)模大小，因此需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型來進(jìn)行求解。在該優(yōu)化問題中，其中一方面的決策目標(biāo)是高校需要通過合理的預(yù)測(cè)模型方案，以達(dá)到整個(gè)公共自行車系統(tǒng)的總建設(shè)成本最低；另一方面的決策目標(biāo)是租賃者需要根據(jù)租賃點(diǎn)位置分布的變化隨時(shí)調(diào)整出行路線，以達(dá)到總出行時(shí)間最小。該問題包含兩種不同的決策目標(biāo)，因此該布局優(yōu)化方案適宜采用雙層規(guī)劃模型［2］。

2.模型假設(shè)。在租賃點(diǎn)的布局優(yōu)化方案中，需要討論需求點(diǎn)和租賃點(diǎn)兩個(gè)角度。需求點(diǎn)是指租賃者所在的位置或者較近的區(qū)域，是該模型主要考慮的因素，對(duì)優(yōu)化布局決策具有決定性的作用，為了整個(gè)模型的合理性，現(xiàn)進(jìn)行下面三個(gè)方面的假設(shè)：

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

（2）假設(shè)租賃點(diǎn)的基本建設(shè)費(fèi)用、設(shè)備費(fèi)用及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用為常數(shù)；

（3）假設(shè)租賃者到租賃點(diǎn)的單位費(fèi)用為常數(shù)，即認(rèn)為所有租賃者總是選擇距離最近的租賃點(diǎn)，他們的時(shí)間成本都是一個(gè)定值。

3.模型構(gòu)造。

（1）上層模型。上層模型可以描述為租賃點(diǎn)布局位置要與校園功能相互協(xié)調(diào)，既考慮初次建設(shè)的經(jīng)濟(jì)成本，又考慮地理環(huán)境對(duì)布局的影響。首先該模型將經(jīng)濟(jì)成本作為主要考慮的因素，在滿足需求點(diǎn)需求量的區(qū)域內(nèi)確定最佳的租賃點(diǎn)布局位置，使總成本這個(gè)決策目標(biāo)達(dá)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(wù)的費(fèi)用相對(duì)較便宜，因此弱化租賃服務(wù)的經(jīng)濟(jì)因素，取租賃者的出行時(shí)間作為主要考慮因素。即確定目標(biāo)函數(shù)為租賃者出行總時(shí)間T的最小值。下層模型是表示滿足租賃者總出行時(shí)間最少的離散站點(diǎn)布局優(yōu)化問題，約束條件中表示租賃點(diǎn)均能滿足需求點(diǎn)租賃者的出行需求。

4.模型求解?；趯幉ù髮W(xué)的校園地理環(huán)境，利用matlab軟件按照上述步驟。

四、調(diào)度方案模型優(yōu)化

該優(yōu)化模型［4］以確定其中一個(gè)租賃點(diǎn)為初始站點(diǎn)，通過搜索路徑，尋找下一個(gè)最優(yōu)的租賃點(diǎn)，具體搜尋規(guī)則如下：

①尋找與初始站點(diǎn)距離最近的X個(gè)租賃站點(diǎn)，按照從小到大的規(guī)律排序；

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

③計(jì)算每一層的自行車調(diào)度數(shù)量（取絕對(duì)值）以及通過的距離，然后計(jì)算這兩個(gè)數(shù)據(jù)的比值。

④以滿足條件的租賃點(diǎn)分別為初始站點(diǎn)，重復(fù)第①至③步。

⑤計(jì)算出每次搜索路徑公共自行車需要調(diào)度的數(shù)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(diǎn)對(duì)應(yīng)的下一個(gè)站點(diǎn)即為下一個(gè)調(diào)度點(diǎn)。

⑥以該確定的租賃點(diǎn)為起始點(diǎn)，重復(fù)第①至⑤步，直到全部自行車調(diào)度完畢。

該優(yōu)化模型在利用Dijkstra算法實(shí)現(xiàn)最短路徑的基礎(chǔ)上增加了調(diào)度時(shí)具體的數(shù)量因素，使得在推廣中更具有實(shí)際意義，盡最大可能提高調(diào)度效率，避免有限資源浪費(fèi)。

五、結(jié)論

本文借鑒寧波市公共自行車近兩年來的發(fā)展?fàn)顩r，基于寧波大學(xué)這個(gè)國(guó)內(nèi)典型的校園地理環(huán)境，分析得到推廣校園公共自行車系統(tǒng)是存在可行性和必要性的。該方案以寧波大學(xué)實(shí)際的地理結(jié)構(gòu)布局為例，在選址和調(diào)度方面分別引入雙層規(guī)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(duì)校園公共自行車系統(tǒng)提出自己的設(shè)想，還有許多不完善的方面。比如公共自行車系統(tǒng)中的計(jì)費(fèi)方案、租賃點(diǎn)的自動(dòng)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(xué)生出行的難題，但也存在許多相應(yīng)的問題。在以后的學(xué)習(xí)和生活中，會(huì)逐步深入研究，逐漸完善該系統(tǒng)的不足，探討更加廣泛的應(yīng)用。

［1］鮑娜.城市公共自行車租賃點(diǎn)選址決策及調(diào)度模型研究［D］.長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

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

［3］王樹西.李安渝.Dijkstra算法中的多鄰接點(diǎn)與多條最短路徑問題［J］.計(jì)算機(jī)科學(xué).2014.06

［4］管娜娜.公共自行車調(diào)度路徑優(yōu)化問題研究［D］.西南交通大學(xué)，2015.

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