劉裕發(fā) 田佳偉

摘 要：為滿足學(xué)生假期超量出行需求、改善公交出行擁擠環(huán)境、節(jié)約出行成本，基于旅行商問題對大學(xué)生假期出行定制交通進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計(jì)研究。基于鎮(zhèn)江市大學(xué)生的定制交通問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，探索了鎮(zhèn)江地區(qū)大學(xué)生對于定制交通的需求結(jié)構(gòu)。針對定制交通的路線規(guī)劃旅行商問題，利用哈密頓回路方法進(jìn)行了路徑規(guī)劃?；谑謾C(jī)APP的定制公交系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)五大功能模塊得以實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：路線規(guī)劃；旅行商問題；哈密頓回路；軟件設(shè)計(jì)

1.研究背景

目前，鎮(zhèn)江市內(nèi)有江蘇大學(xué)、江蘇科技大學(xué)等多所高校，在校的學(xué)生年出行總量很大。盡管鎮(zhèn)江的公共出行系統(tǒng)正在不斷地更新改善，而且公共交通的整體服務(wù)水平已經(jīng)有很大地提高，但是這依舊不能滿足鎮(zhèn)江市大學(xué)生的出行需求。此外，鎮(zhèn)江市公共出行系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡(luò)覆蓋有限，運(yùn)行效率參差不齊。因此，現(xiàn)有的基礎(chǔ)公交服務(wù)已不能滿足大學(xué)生假期的出行需求，需要發(fā)展新的出行方式。目前，已經(jīng)有關(guān)于南京大學(xué)城仙林校區(qū)學(xué)生周末使用定制交通出行的研究，并且通過該出行方式有效緩解了交通擁擠狀況。該方法適用于學(xué)校相對密集且目的地相對集中的大學(xué)城區(qū)。但是，由于鎮(zhèn)江高校分布不集中且未形成集約型大學(xué)城，以江蘇大學(xué)為例，江蘇大學(xué)的四個(gè)校區(qū)分布在鎮(zhèn)江市的三個(gè)區(qū)，所以，有必要針對鎮(zhèn)江高校的分布特點(diǎn)來進(jìn)行具體的路徑規(guī)劃分析。

2.研究方法

本項(xiàng)目主要基于意向的大學(xué)生出行調(diào)查及分析，了解大學(xué)生假期出行狀況；并進(jìn)一步對大學(xué)生定制公交需求進(jìn)行預(yù)測及分析；結(jié)合鎮(zhèn)江大學(xué)校園分布情況，選擇運(yùn)籌學(xué)中的旅行商問題模型，利用哈密頓回路原理，進(jìn)行定制公交的路徑規(guī)劃；最后基于APP開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)公交定制系統(tǒng)APP的開發(fā)和設(shè)計(jì)。主要的研究方法如下：

（1）基于問卷的描述性統(tǒng)計(jì)分析方法

文章搜集相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)合大學(xué)生假期出行情況，設(shè)計(jì)調(diào)查問卷，包括人口統(tǒng)計(jì)特征，出行特征，心理特征變量，選取鎮(zhèn)江市大學(xué)生為樣本發(fā)放問卷，并收集有效數(shù)據(jù)，利用SPSS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性需求分析。

（2）哈密頓回路方法

定制公交的路線規(guī)劃實(shí)質(zhì)是解決旅行商問題，而旅行商問題的本質(zhì)則是求解最優(yōu)哈密頓回路。哈密頓回路簡單來說就是從指定的起點(diǎn)到指定的終點(diǎn)，且途中所有其他節(jié)點(diǎn)都會(huì)經(jīng)過且只有一次。哈密頓回路所求的最短路徑與它的兩個(gè)必要條件有關(guān)，即封閉的環(huán)和一個(gè)連通圖，且圖中任意兩點(diǎn)可達(dá)。公式如下所示：

dij 是i與j之間的距離，

除起點(diǎn)與終點(diǎn)外，各邊不構(gòu)成圈。

（3）基于APP技術(shù)的軟件設(shè)計(jì)方法

目前基于APP開發(fā)平臺(tái)的手機(jī)APP設(shè)計(jì)方法很多，實(shí)現(xiàn)了各種需求的系統(tǒng)功能的實(shí)際開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目中的定制交通系統(tǒng)的各種交互功能，應(yīng)用于大學(xué)生定制交通行為。

3.定制巴士開通條件

3.1 調(diào)查問卷設(shè)計(jì)

本次調(diào)查問卷針對鎮(zhèn)江市大學(xué)生群體，從出行頻率、方式、目的和基礎(chǔ)公共交通系統(tǒng)的準(zhǔn)時(shí)性、安全性、便捷性等角度出發(fā)，對大學(xué)生假期出行需求進(jìn)行全面的調(diào)查分析。

3.2 調(diào)查對象及問卷發(fā)放

本次調(diào)查的對象為江蘇大學(xué)、江蘇科技大學(xué)以及丹徒新區(qū)大學(xué)城內(nèi)的學(xué)生。共發(fā)出問卷500份，實(shí)際回收問卷500份，對問卷進(jìn)行系統(tǒng)地整理與統(tǒng)計(jì)后，得到廢卷共15份，有效問卷共485份，本次調(diào)查問卷的有效回收率為97%。

3.3 調(diào)查數(shù)據(jù)分析

本組通過對有效的485份問卷進(jìn)行整理，從調(diào)查對象年級(jí)分布、學(xué)生出行頻率分布、出行方式、所在學(xué)校的交通情況以及對定制巴士的接受程度等方面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，對于鎮(zhèn)江市大學(xué)生出行而言，由于公共交通骨干網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限，運(yùn)營效率參差不齊，大學(xué)生假期出行擁堵現(xiàn)狀普遍。對鎮(zhèn)江而言，大學(xué)生周末回家出行具有較明顯的點(diǎn)對點(diǎn)特征，選擇公共交通和出租車去車站的大學(xué)生人數(shù)較多，需要開通定制巴士來實(shí)現(xiàn)一站式到達(dá)，因此推行定制交通方式具有足夠的客觀條件。

4.路徑規(guī)劃

4.1 學(xué)校選擇

目前，鎮(zhèn)江市已經(jīng)有江蘇大學(xué)、江蘇科技大學(xué)等高等院校以及正在建設(shè)中的鎮(zhèn)江高校園區(qū)，在校師生達(dá)到10萬余人，橫跨鎮(zhèn)江的三個(gè)市區(qū)，覆蓋面積大。因此，選擇江蘇大學(xué)、鎮(zhèn)江高校園區(qū)、江蘇科技大學(xué)東校區(qū)、江蘇科技大學(xué)西校區(qū)

4.2 距離測量

通過高德地圖對每個(gè)學(xué)校之間的距離進(jìn)行逐一測量。例如，起點(diǎn)設(shè)為鎮(zhèn)江客運(yùn)站，終點(diǎn)設(shè)為江蘇大學(xué)，根據(jù)鎮(zhèn)江市實(shí)際道路網(wǎng)分布及高德地圖給出的三條備選方案，選擇由莊泉路至丁卯高架轉(zhuǎn)谷陽路到達(dá)江蘇大學(xué)，路程10公里，總共經(jīng)過13個(gè)紅綠燈。以同種路徑距離測量方式，將所取的點(diǎn)逐一測量，整理匯總得到兩點(diǎn)之間的距離。

4.3 模型選取

本次選擇的模型是運(yùn)籌學(xué)中的旅行商問題模型，旅行商問題的本質(zhì)是求解最優(yōu)哈密頓回路。哈密頓回路簡單來說就是從指定的起點(diǎn)到指定的終點(diǎn)，且途中所有其他節(jié)點(diǎn)都會(huì)經(jīng)過且只有一次。哈密頓回路所求的最短路徑與它的兩個(gè)必要條件有關(guān)，即封閉的環(huán)和一個(gè)連通圖，且圖中任意兩點(diǎn)可達(dá)。公式如下所示：

dij是i與j之間的距離， （1表示連線，0表示不連線），則有

除起點(diǎn)與終點(diǎn)外，各邊不構(gòu)成圈。

利用lingo軟件，編寫相應(yīng)的程序，將所測得的距離參數(shù)輸入程序中，得到一條最優(yōu)路徑。

4.4 結(jié)論

通過規(guī)劃，設(shè)計(jì)出一條由鎮(zhèn)江客運(yùn)站出發(fā)，途徑江蘇科技大學(xué)東校區(qū)、江蘇大學(xué)、鎮(zhèn)江高校園區(qū)、江蘇科技大學(xué)西校區(qū)，最終回到鎮(zhèn)江客運(yùn)站的最短路徑，路程全長47.8公里。

定制公交使用該路線運(yùn)行能夠節(jié)約乘客的時(shí)間和出行成本，并且確保一人一位的舒適，從而緩解假期交通擁堵，為解決其他時(shí)間的交通擁堵問題提供了路徑參考。

5.APP開發(fā)與設(shè)計(jì)

基于手機(jī)APP的定制公交系統(tǒng)主要包括五大功能模塊，用戶注冊與登錄、購票選座、車輛調(diào)度、用戶的信息管理和車輛查詢與監(jiān)測。

（1）注冊與登錄

用于鑒別用戶是否為系統(tǒng)授權(quán)的用戶，只有注冊的用戶才能登錄系統(tǒng)。可用手機(jī)號(hào)碼、微信、QQ和郵箱進(jìn)行注冊與登陸。如圖1所示為手機(jī)客戶端用戶注冊與登錄界面。

（2）購票選座

主要實(shí)現(xiàn)用戶購買車票的功能。在車輛發(fā)車前半個(gè)小時(shí)將不能在手機(jī)上進(jìn)行購票服務(wù)，并且在退票時(shí)需要支付一定的手續(xù)費(fèi)。如圖2所示為手機(jī)客戶端購票界面。

（3）車輛調(diào)度

車輛調(diào)度的具體事務(wù)，本APP將根據(jù)乘客反饋的信息進(jìn)行整合，并提交到車輛所在公司，希望可以幫助公司進(jìn)行更好的車輛調(diào)度。如圖3所示為車輛調(diào)度界面。

（4）用戶信息管理

乘客可以隨時(shí)查看自己的個(gè)人信息并且更新自己的信息，更新的信息會(huì)及時(shí)傳遞到后臺(tái)并保存。還可以在歷史信息中查詢購票信息。如圖4所示為用戶信息管理界面。

（5）車輛查詢與監(jiān)測

乘客可以實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛到站情況，通過手機(jī)上顯示的時(shí)間和距離來判斷自己前往站點(diǎn)的乘車時(shí)間，可以節(jié)約在路上不必要的時(shí)間，提高時(shí)間利用率。如圖5所示為車輛查詢與監(jiān)測界面。

6.總結(jié)

隨著科技的迅猛發(fā)展和智能手機(jī)的全面普及，手機(jī)APP也在快速發(fā)展，方便了人們的學(xué)習(xí)、工作和生活。目前，城市交通擁堵不堪，私人汽車數(shù)量逐漸增多，環(huán)境污染加劇，使得越來越多的城市開始探索居民出行的新方式。定制公交系統(tǒng)作為一種新興的出行系統(tǒng)，通過對各種先進(jìn)技術(shù)的配合運(yùn)用，加上對城市公交路線的調(diào)查和運(yùn)行特點(diǎn)的分析，將兩者有機(jī)結(jié)合以達(dá)到對現(xiàn)代公交的智能調(diào)度，提高公交車的使用效率和上座率，從而緩解交通擁堵。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李艷梅.定制公交系統(tǒng)線網(wǎng)構(gòu)建方法研究[D].西南交通大學(xué)，2016.

[2] 李穎.定制公交的決策與算法研究[D].南京林業(yè)大學(xué)，2017.

*基金項(xiàng)目：本文系江蘇大學(xué)2018年度大學(xué)生科研立項(xiàng)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：17A246