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)
隨著國內(nèi)各大高校在校生的不斷增多以及校園面積的不斷擴張,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)國內(nèi)大學(xué)校園交通發(fā)展理論和實踐的基礎(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、運作與管理等幾個方面展開探討,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
目前國內(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)模也在逐漸擴張,從而會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)的距離相對較遠。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180萬平方米,學(xué)校師生人數(shù)約5萬名。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)下重點研究課題之一。
公共自行車租賃點初建系統(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。公共自行車的周轉(zhuǎn)率在自行車數(shù)量規(guī)模預(yù)測中起著重要的作用,它是指一定時間內(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)與最初時刻租賃點自行車數(shù)量的比值。
2.租賃點樁位規(guī)模預(yù)測。
停車樁位的周轉(zhuǎn)率計算可以將上述自行車規(guī)模預(yù)測模型中的“自行車數(shù)量”換成“樁位數(shù)量”。每個樁位平均停放自行車的數(shù)量與其他租賃點自行車被借次數(shù)以及自行車的調(diào)度緊密聯(lián)系。
1.模型分析。校園公共自行車租賃點的布局優(yōu)化問題最重要的是在一定區(qū)域內(nèi)確定每個租賃點最合適的位置以及對應(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)測模型方案,以達到整個公共自行車系統(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)租賃點位置分布的變化隨時調(diào)整出行路線,以達到總出行時間最小。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)。在租賃點的布局優(yōu)化方案中,需要討論需求點和租賃點兩個角度。需求點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,對優(yōu)化布局決策具有決定性的作用,為了整個模型的合理性,現(xiàn)進行下面三個方面的假設(shè):
(1)假設(shè)租賃點的自行車和停車樁位都是一對一配套,不考慮工作人員將自行車從樁位取出管理;
(2)假設(shè)租賃點的基本建設(shè)費用、設(shè)備費用及運營費用為常數(shù);
(3)假設(shè)租賃者到租賃點的單位費用為常數(shù),即認為所有租賃者總是選擇距離最近的租賃點,他們的時間成本都是一個定值。
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)濟成本,又考慮地理環(huán)境對布局的影響。首先該模型將經(jīng)濟成本作為主要考慮的因素,在滿足需求點需求量的區(qū)域內(nèi)確定最佳的租賃點布局位置,使總成本這個決策目標(biāo)達到最小。
(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)的費用相對較便宜,因此弱化租賃服務(wù)的經(jīng)濟因素,取租賃者的出行時間作為主要考慮因素。即確定目標(biāo)函數(shù)為租賃者出行總時間T的最小值。下層模型是表示滿足租賃者總出行時間最少的離散站點布局優(yōu)化問題,約束條件中表示租賃點均能滿足需求點租賃者的出行需求。
4.模型求解。基于寧波大學(xué)的校園地理環(huán)境,利用matlab軟件按照上述步驟。
該優(yōu)化模型[4]以確定其中一個租賃點為初始站點,通過搜索路徑,尋找下一個最優(yōu)的租賃點,具體搜尋規(guī)則如下:
①尋找與初始站點距離最近的X個租賃站點,按照從小到大的規(guī)律排序;
②依次排好這X個租賃點的順序后,如果這個租賃點為需求點且需求量大于調(diào)度車上的剩余自行車,即無法一次性完成調(diào)配,刪除該租賃點,并重新得到新的(X-1)個租賃點。
③計算每一層的自行車調(diào)度數(shù)量(取絕對值)以及通過的距離,然后計算這兩個數(shù)據(jù)的比值。
④以滿足條件的租賃點分別為初始站點,重復(fù)第①至③步。
⑤計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,其初始站點對應(yīng)的下一個站點即為下一個調(diào)度點。
⑥以該確定的租賃點為起始點,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算法實現(xiàn)最短路徑的基礎(chǔ)上增加了調(diào)度時具體的數(shù)量因素,使得在推廣中更具有實際意義,盡最大可能提高調(diào)度效率,避免有限資源浪費。
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)這個國內(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)中的計費方案、租賃點的自動化管理、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選址決策及調(diào)度模型研究[D].長安大學(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算法中的多鄰接點與多條最短路徑問題[J].計算機科學(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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1671-864X(2016)05-0198-01