馮廣超　李素華

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)和共享經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，共享汽車(chē)在中國(guó)城市內(nèi)得到快速推廣使用。本文首先分析了共享新能源汽車(chē)網(wǎng)點(diǎn)選址、車(chē)輛調(diào)度等問(wèn)題的影響因素。其次介紹了選址及調(diào)度模型的相關(guān)變量、目標(biāo)函數(shù)、模型的相關(guān)約束及遺傳算法。最后以武漢市漢陽(yáng)區(qū)為例闡述了共享汽車(chē)備選網(wǎng)點(diǎn)的選擇要求，并結(jié)合實(shí)際共享汽車(chē)公司的現(xiàn)有網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行分析和備選網(wǎng)點(diǎn)優(yōu)化，最終通過(guò)算法程序選擇出最優(yōu)解的備選網(wǎng)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：共享汽車(chē) 區(qū)域網(wǎng)點(diǎn) 選址優(yōu)化

隨著互聯(lián)網(wǎng)和共享經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，共享汽車(chē)在中國(guó)城市內(nèi)得到快速推廣使用，相比購(gòu)買(mǎi)私家車(chē)，共享汽車(chē)的使用成本遠(yuǎn)低于私家車(chē)。目前我國(guó)政策正在推廣新能源汽車(chē)的使用，因此共享新能源汽車(chē)的發(fā)展對(duì)于汽車(chē)行業(yè)具有重要意義。目前共享汽車(chē)仍面臨著諸多問(wèn)題，如用戶(hù)無(wú)車(chē)可用或無(wú)處還車(chē)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上大部分共享汽車(chē)租賃網(wǎng)點(diǎn)為了減少共享汽車(chē)停車(chē)場(chǎng)的建造費(fèi)用，很多是在現(xiàn)有停車(chē)場(chǎng)劃分出一部分專(zhuān)為共享汽車(chē)租賃網(wǎng)點(diǎn)，或者隨機(jī)分配幾個(gè)停車(chē)位給共享汽車(chē)用于存放，然而用戶(hù)需求與共享汽車(chē)停放租賃網(wǎng)點(diǎn)的位置及數(shù)量不匹配，使很多潛在客戶(hù)在有用車(chē)需求時(shí)，無(wú)法在近距離即可接受范圍內(nèi)找到用車(chē)網(wǎng)點(diǎn)，而當(dāng)用戶(hù)在使用共享汽車(chē)到達(dá)需求點(diǎn)目的地時(shí)，尋找還車(chē)點(diǎn)也是一種苦惱，并且此時(shí)共享汽車(chē)APP后臺(tái)并未停止計(jì)費(fèi)，借還車(chē)的不方便導(dǎo)致大部分用戶(hù)在中短距離出行還是會(huì)選擇出租車(chē)和地鐵等其他公共交通工具。因此研究共享汽車(chē)網(wǎng)點(diǎn)選址布局問(wèn)題對(duì)于共享汽車(chē)發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。

1 共享汽車(chē)網(wǎng)點(diǎn)選址模型構(gòu)建

共享汽車(chē)網(wǎng)點(diǎn)選址布局及調(diào)度模型的參數(shù)和相關(guān)變量包括共享汽車(chē)模式的運(yùn)營(yíng)參數(shù)、共享模式的建立成本、各共享汽車(chē)網(wǎng)點(diǎn)之間的距離矩陣或者坐標(biāo)矩陣和市區(qū)用戶(hù)需求量矩陣等。參數(shù)如下[1]：

：租賃網(wǎng)點(diǎn)之間的坐標(biāo)矩陣;：租賃網(wǎng)點(diǎn)的需求量矩陣，在到在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，共享汽車(chē)從租賃網(wǎng)點(diǎn)行駛至網(wǎng)點(diǎn)的需求;：建立租賃網(wǎng)點(diǎn)所需花費(fèi)開(kāi)銷(xiāo);：建立停車(chē)位或充電樁所需花費(fèi)開(kāi)銷(xiāo);：共享汽車(chē)設(shè)備所需要的初始花費(fèi)開(kāi)銷(xiāo);：共享汽車(chē)行駛里程的盈利數(shù)額;：共享汽車(chē)租賃網(wǎng)點(diǎn)的車(chē)輛調(diào)度所需花費(fèi)開(kāi)銷(xiāo);：共享新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航充電所需花費(fèi)開(kāi)銷(xiāo);：共享新能源汽車(chē)單位時(shí)間的充電速度;：共享汽車(chē)最低電量;：共享汽車(chē)使用時(shí)間，單位：年;：共享汽車(chē)分時(shí)租賃模式下的共享汽車(chē)數(shù)量集，={1，2，…，};：共享汽車(chē)的備選點(diǎn)集，={1，2，…，，l};：共享汽車(chē)營(yíng)業(yè)時(shí)間段集，={0，1，…，u，t，w}，u，t，w分別代表獨(dú)立的三個(gè)共享汽車(chē)運(yùn)營(yíng)時(shí)間段。

選址及調(diào)度模型的中間變量通常不會(huì)對(duì)目標(biāo)函數(shù)的相關(guān)計(jì)算造成干擾，然而對(duì)于算法可能會(huì)有一些干擾，共享新能源汽車(chē)的續(xù)航里程數(shù)決定及電量，行駛狀態(tài)下共享車(chē)輛各時(shí)間段的變量和，表示在t時(shí)間段用戶(hù)有租賃行為的共享汽車(chē)數(shù)量;表示在t時(shí)間段管理人員有車(chē)輛調(diào)度行為的共享汽車(chē)數(shù)量。

1.1 目標(biāo)函數(shù)和約束

選址及調(diào)度模型要做到在一定區(qū)域范圍內(nèi)，找到最合適的區(qū)域進(jìn)行共享汽車(chē)停車(chē)網(wǎng)點(diǎn)規(guī)劃，對(duì)各共享汽車(chē)租賃網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀況分析，做出最優(yōu)解的調(diào)整調(diào)度。選址及調(diào)度模型選取的時(shí)間為N，每年共享汽車(chē)的運(yùn)營(yíng)時(shí)間天數(shù)為D，每天的運(yùn)營(yíng)時(shí)間段為T(mén)。選址及調(diào)度模型的運(yùn)營(yíng)收益為，即車(chē)輛運(yùn)營(yíng)年收益;選址及調(diào)度模型需要運(yùn)營(yíng)成本，該成本分為共享汽車(chē)網(wǎng)點(diǎn)設(shè)施成本，共享汽車(chē)租賃網(wǎng)點(diǎn)停車(chē)位花費(fèi)，以及共享車(chē)輛原始價(jià)值成本，用式子表示為，共享汽車(chē)分時(shí)租賃模式運(yùn)營(yíng)成本有運(yùn)營(yíng)調(diào)度和新能源汽車(chē)充電成本，為，車(chē)輛運(yùn)營(yíng)年收益的公式見(jiàn)公式（1）。

1.2 算法及模型求解[2]

遺傳算法是用于模擬生物界不斷發(fā)展更新迭代的一種優(yōu)化算法，在一些需要考慮龐大的數(shù)字計(jì)算量時(shí)，通常使用遺傳算法，然而當(dāng)更新迭代到一定次數(shù)之后，遺傳算法的優(yōu)化作用就開(kāi)始逐漸降低，所以需要綜合考慮才能得出最優(yōu)解。交叉和變異是遺傳算法的兩種操作，其中，交叉算子是整個(gè)遺傳算法中最重要的部分，本文選擇遺傳算法來(lái)進(jìn)行模型求解。

本文所構(gòu)建的選址及調(diào)度聯(lián)合優(yōu)化模型實(shí)際上是一種多目標(biāo)的數(shù)學(xué)問(wèn)題規(guī)劃模型，根據(jù)上述模型的相關(guān)變量，目標(biāo)函數(shù)以及選址調(diào)度模型的相關(guān)約束，代入模型進(jìn)行代碼編寫(xiě)。將上述具體參數(shù)和相關(guān)約束代入到選址模型中，通過(guò)需求量和網(wǎng)點(diǎn)距離最終可以確定選址結(jié)果，見(jiàn)圖1。

2 共享汽車(chē)區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)分析

2.1 共享汽車(chē)區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)劃分

在共享汽車(chē)領(lǐng)域，武漢市目前有g(shù)ofun，聯(lián)動(dòng)云，蜂鳥(niǎo)等共享汽車(chē)集團(tuán)運(yùn)營(yíng)，這些共享出行的運(yùn)營(yíng)平臺(tái)相互競(jìng)爭(zhēng)，要使整個(gè)區(qū)域的運(yùn)營(yíng)布局優(yōu)化，需要投入大量的研究[3]。以武漢市漢陽(yáng)區(qū)的區(qū)域布局為例，將武漢市漢陽(yáng)區(qū)分為縱八橫十的八十個(gè)網(wǎng)格，劃分情況如圖2所示：

在確定好劃分范圍后，需要在該區(qū)域篩選汽車(chē)租賃備選網(wǎng)點(diǎn)，漢陽(yáng)區(qū)網(wǎng)點(diǎn)選址規(guī)則如下[4]：

（1）共享汽車(chē)備選網(wǎng)點(diǎn)周?chē)鲂行枨罅看螅缃煌屑~站點(diǎn)、居民小區(qū)停車(chē)場(chǎng)、商圈停車(chē)場(chǎng)、辦公樓停車(chē)場(chǎng)等，還需要盡可能減少共享汽車(chē)網(wǎng)點(diǎn)與需求點(diǎn)之間的使用路程;

（2）共享汽車(chē)租賃網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)符合該區(qū)域停車(chē)場(chǎng)規(guī)劃，在合法條件下選擇可用于作為停車(chē)網(wǎng)點(diǎn)的地址。并且該區(qū)域應(yīng)有多余空間用來(lái)進(jìn)行共享汽車(chē)充電樁，網(wǎng)點(diǎn)雷達(dá)檢測(cè)等設(shè)備的安裝放置。

（3）推薦的共享汽車(chē)租賃網(wǎng)點(diǎn)分布位置不能脫離該區(qū)域的城市規(guī)劃布局，共享汽車(chē)租賃網(wǎng)點(diǎn)在滿(mǎn)足規(guī)劃需求量的同時(shí)，該網(wǎng)點(diǎn)在周邊區(qū)域內(nèi)應(yīng)做到分布合理，考慮因素不可單一，否則將具有局限性。

2.2 共享汽車(chē)區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)需求量調(diào)研[5][6][7]

根據(jù)實(shí)地勘察武漢市漢陽(yáng)區(qū)的數(shù)據(jù)以及《武漢統(tǒng)計(jì)年鑒》中的人口密度、總數(shù)和面積區(qū)域，通過(guò)確定的需求點(diǎn)位置計(jì)算各需求點(diǎn)的需求人口數(shù)量，由統(tǒng)計(jì)公報(bào)可知18-35歲人口有81176，35-60人數(shù)121731，中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛執(zhí)照的年齡要求規(guī)定驅(qū)動(dòng)車(chē)駕駛員年齡應(yīng)在18周歲到70周歲之間，初步運(yùn)算將此次目標(biāo)人群年齡定為18-60歲，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得202907人。18-60歲占統(tǒng)計(jì)年鑒總?cè)藬?shù)的74.55%。

由問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)得出用車(chē)需求比例數(shù)據(jù)，指標(biāo)“收入”的取值范圍，參照目前市場(chǎng)上共享汽車(chē)的客戶(hù)特征研究，共享汽車(chē)面臨的客戶(hù)月收入以6000元為參考標(biāo)準(zhǔn)。在數(shù)據(jù)分析中，把武漢巿區(qū)人均月收入或職工的平均工資與6000元相除，巿區(qū)內(nèi)年平均工資為71510元，故月平均工資為5959.16元。通過(guò)與共享汽車(chē)目標(biāo)客戶(hù)收入對(duì)比，可知“收入”數(shù)值C1=0.993。出行開(kāi)銷(xiāo)是最主要的參數(shù)之一，通常一輛共享汽車(chē)荷載只能是4到5人，根據(jù)發(fā)出的調(diào)查問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果，取可供2到4人出行的參數(shù)指標(biāo)，因此交通出行人數(shù)值C2=0.732。對(duì)于指標(biāo)參數(shù)“使用共享汽車(chē)經(jīng)歷”的取值，通過(guò)選取有過(guò)共享汽車(chē)作為出行方式這種經(jīng)歷的人員作為目標(biāo)群體[8]。考慮會(huì)選擇使用共享汽車(chē)出行的人數(shù)比例為41.87%，故“使用共享汽車(chē)經(jīng)歷”值C3=0.4187。

故需求量比例C=C1*C2*C3=0.304，通過(guò)漢陽(yáng)區(qū)人口統(tǒng)計(jì)年鑒人數(shù)按此比例在漢陽(yáng)區(qū)劃分需求量，通過(guò)對(duì)漢陽(yáng)區(qū)域停車(chē)場(chǎng)和小區(qū)數(shù)據(jù)的調(diào)研，將漢陽(yáng)區(qū)域停車(chē)場(chǎng)的調(diào)研數(shù)據(jù)通過(guò)蘭圖繪標(biāo)注在漢陽(yáng)區(qū)地圖上，一共有47個(gè)需求備選網(wǎng)點(diǎn)[9]，如圖3漢陽(yáng)區(qū)域需求量劃分圖。

根據(jù)上圖漢陽(yáng)停車(chē)場(chǎng)和小區(qū)的調(diào)研數(shù)據(jù)以及對(duì)漢陽(yáng)區(qū)的用車(chē)需求量分析，結(jié)合需求量劃分圖，可得需求量矩陣，見(jiàn)表1。

3 實(shí)例分析

本文采用某共享汽車(chē)公司APP查看武漢市漢陽(yáng)區(qū)所有可用共享汽車(chē)網(wǎng)點(diǎn)的具體信息，該APP可實(shí)時(shí)查詢(xún)網(wǎng)點(diǎn)位置、停車(chē)位數(shù)量和網(wǎng)點(diǎn)存留車(chē)輛狀況，武漢市漢陽(yáng)區(qū)某共享汽車(chē)公司汽車(chē)停放租賃網(wǎng)點(diǎn)在APP查詢(xún)界面找到租賃網(wǎng)點(diǎn)停車(chē)場(chǎng)位置，通過(guò)蘭圖繪將15個(gè)共享汽車(chē)租賃網(wǎng)點(diǎn)在地圖中標(biāo)出，見(jiàn)圖4。某共享汽車(chē)公司的網(wǎng)點(diǎn)服務(wù)區(qū)域受眾面不大，現(xiàn)存站點(diǎn)分布不均，在多個(gè)中心地帶無(wú)車(chē)可用，服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)輻射面積過(guò)小，不能充分服務(wù)該區(qū)域的客戶(hù)，客戶(hù)需求無(wú)法滿(mǎn)足。

結(jié)合某共享汽車(chē)公司共享汽車(chē)停放區(qū)域的定性評(píng)價(jià)以及出行者的需求預(yù)測(cè)，對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解。已知參數(shù)為武漢市漢陽(yáng)區(qū)的47個(gè)需求備選網(wǎng)點(diǎn)和某共享汽車(chē)公司的15個(gè)共享汽車(chē)網(wǎng)點(diǎn)停放區(qū)域的距離坐標(biāo)，將漢陽(yáng)區(qū)的15個(gè)某共享汽車(chē)公司共享汽車(chē)網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)和篩選出的漢陽(yáng)區(qū)的47個(gè)備選網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)結(jié)合，即將圖3與圖4里的網(wǎng)點(diǎn)放入一個(gè)圖中可得到漢陽(yáng)區(qū)總的網(wǎng)點(diǎn)劃分情況如圖5，已知每一個(gè)網(wǎng)格都是一個(gè)坐標(biāo)單元，各區(qū)域的用戶(hù)需求見(jiàn)圖5。

通過(guò)對(duì)出行者出行方式的調(diào)研，出行者所能接受的新能源共享汽車(chē)停放區(qū)域的最大距離基本在2km以?xún)?nèi)，所以確定停放區(qū)域的覆蓋半徑為2km。某共享公司擬選取停放區(qū)域范圍為5至8處。

根據(jù)以上備選網(wǎng)點(diǎn)的設(shè)計(jì)確定需求量和備選網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)，通過(guò)MATLAB編程軟件，打開(kāi)optimiation里的GA遺傳算法，將算法參數(shù)中群體規(guī)模popsize=80，最大迭代次數(shù)maxGen=500，變異概率PM=0.4，交叉概率PC=0.9，500次迭代后，其種群最優(yōu)值和種群均值己基本趨于穩(wěn)定，計(jì)算結(jié)果如圖6所示，由此可選出增加的6個(gè)網(wǎng)點(diǎn)如表2所示：

由迭代次數(shù)可以看出，到了一百多代就已經(jīng)到了最優(yōu)沒(méi)有變化，從解集中選出包含原共享汽車(chē)公司網(wǎng)點(diǎn)的六個(gè)新型網(wǎng)點(diǎn)作為最優(yōu)解，其中老關(guān)新城網(wǎng)點(diǎn)與原有某共享汽車(chē)公司用車(chē)網(wǎng)點(diǎn)重合，上述六個(gè)用車(chē)網(wǎng)點(diǎn)可對(duì)某共享汽車(chē)公司已存在的網(wǎng)點(diǎn)分布進(jìn)行了優(yōu)化，根據(jù)距離和需求量選出新的停車(chē)網(wǎng)點(diǎn)方便用戶(hù)出行，將使車(chē)輛使用率大大提高，更符合企業(yè)運(yùn)營(yíng)的準(zhǔn)則[10]。

4 結(jié)束語(yǔ)

共享汽車(chē)區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)選址的要素包含需求預(yù)測(cè)和場(chǎng)站優(yōu)先，簡(jiǎn)化的選址及調(diào)度聯(lián)合優(yōu)化模型，只考慮了用戶(hù)需求和公司盈利，通過(guò)分析共享汽車(chē)的車(chē)輛流動(dòng)狀態(tài)來(lái)解決車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題。理論上設(shè)定模型的相關(guān)變量，目標(biāo)函數(shù)以及選址調(diào)度模型的相關(guān)約束之后，最終確定選址結(jié)果。實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，還要考慮諸多城市特點(diǎn)、安全性和車(chē)型等因素，新能源共享汽車(chē)還要考慮網(wǎng)點(diǎn)充電服務(wù)和續(xù)航里程等。

項(xiàng)目：本文系湖北省教育廳教學(xué)研究項(xiàng)目（立項(xiàng)編號(hào)：2017298）;江漢大學(xué)校級(jí)教學(xué)研究“新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革研究”立項(xiàng)項(xiàng)目（立項(xiàng)編號(hào)：JYPJ202102）的研究成果。

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