韓世行 高鈺 牛睿琪 程剛 洪彬

西藏大學(xué)工學(xué)院 西藏拉薩市 850000

1 引言

近年來(lái)共享電單車(chē)因操作方便、使用高效、低碳環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，得到飛速發(fā)展，“最后一公里”出行問(wèn)題得到了良好解決，滿(mǎn)足了用戶(hù)短途出行的需求。與此同時(shí)，由于受到道路資源、交叉口通行能力限制以及共享電單車(chē)企業(yè)管理不善等原因?qū)е聠?wèn)題頻發(fā)：因受城市道路資源限制，城市內(nèi)可容納的共享電單車(chē)數(shù)量有限，而投放規(guī)模上限不明確。因共享電單車(chē)過(guò)量導(dǎo)致共享資源浪費(fèi)、企業(yè)成本增加、占用公共空間、影響城市道路交通正常行駛與停泊等問(wèn)題，從而造成出行者出行體驗(yàn)受到影響以及城市面貌遭到破壞等一系列問(wèn)題。

此研究可為政府制定共享電單車(chē)相關(guān)政策以及共享企業(yè)在城市共享電單車(chē)投放量預(yù)測(cè)方面發(fā)展提供參考。

2 研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)外主要以微觀調(diào)度路徑優(yōu)化、商業(yè)模式、交通事故特征等方面研究為主。針對(duì)共享單車(chē)宏觀投放規(guī)模上限預(yù)測(cè)，李珍萍等根據(jù)共享單車(chē)供需不平衡進(jìn)行研究，建立共享單車(chē)調(diào)度優(yōu)化問(wèn)題的整數(shù)規(guī)劃模型，使區(qū)域內(nèi)單車(chē)站點(diǎn)的供需量基本可達(dá)到平衡，并且總調(diào)度成本最小，得出共享單車(chē)調(diào)度優(yōu)化的最佳方案；肖建華等根據(jù)共享單車(chē)供需不平衡、破損信息不確定等特征，融合魯棒優(yōu)化方法，以系統(tǒng)調(diào)度時(shí)間最短為目標(biāo)，得出基于破損信息不確定的新車(chē)投放-舊車(chē)調(diào)撥-壞車(chē)回收共享單車(chē)聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化模型。陳佳惠等為保證共享單車(chē)的調(diào)度效率， 針對(duì)共享單車(chē)的調(diào)度路徑優(yōu)化問(wèn)題開(kāi)展研究，基于禁忌搜索算法，以調(diào)度車(chē)輛最少和調(diào)度成本最低為目標(biāo)，構(gòu)建多車(chē)場(chǎng)有時(shí)間窗要求的共享單車(chē)調(diào)度路徑優(yōu)化模型；王珂等采用網(wǎng)絡(luò)自填式問(wèn)卷方法，調(diào)查共享單車(chē)事故率，事故發(fā)生原因等，得出共享單車(chē)交通事故是多種因素作用的結(jié)果，需制定和完善自行車(chē)交通安全法規(guī)、改善騎行環(huán)境、開(kāi)展安全教育、推廣使用頭盔等綜合措施預(yù)防和減少共享單車(chē)道路交通事故。范婷婷等本文通過(guò)對(duì)共享單車(chē)宣傳、押金管理、硬件及軟件等方面的問(wèn)題的分析，進(jìn)一步提出了共享單車(chē)發(fā)展的解決措施，從而促進(jìn)共享單車(chē)的持續(xù)發(fā)展。

3 模型建立

3.1 道路網(wǎng)負(fù)載影響要因分析

對(duì)路網(wǎng)承載能力與交叉口非機(jī)動(dòng)車(chē)承載能力造成影響的因素包括道路特性和外部約束兩部分。道路特征是指道路等級(jí)、交叉路口、道路幾何尺寸等影響，外部約束是指公共交通和停車(chē)資源的制約比例。機(jī)動(dòng)車(chē)道和非機(jī)動(dòng)車(chē)道的比較，在行駛車(chē)輛、設(shè)計(jì)指標(biāo)、道路結(jié)構(gòu)等方面，均存在著明顯差異。非機(jī)動(dòng)車(chē)道路網(wǎng)承載力與交叉路口非機(jī)動(dòng)車(chē)承載能力的確定，是根據(jù)非機(jī)動(dòng)車(chē)交通流量特性來(lái)決定的。影響非機(jī)動(dòng)車(chē)道路網(wǎng)承載力的主要因素為汽車(chē)與行人。

3.2 模型構(gòu)建

在理想環(huán)境下非機(jī)動(dòng)車(chē)的路網(wǎng)容量是城市非機(jī)動(dòng)車(chē)道路總量時(shí)空資源除以單位非機(jī)動(dòng)車(chē)所占時(shí)空消耗量得出的數(shù)值，交叉路口非機(jī)動(dòng)車(chē)承載能力為單位信號(hào)燈時(shí)間可通過(guò)非機(jī)動(dòng)車(chē)輛數(shù)乘以所選地區(qū)路口數(shù)量的結(jié)果。

但在實(shí)際環(huán)境中還應(yīng)該考慮道路干擾系數(shù)、道路等級(jí)以及非機(jī)動(dòng)車(chē)出行率等各項(xiàng)參數(shù)的訂正?，F(xiàn)實(shí)環(huán)境中由于民眾上班通勤，早中晚為非機(jī)動(dòng)車(chē)使用的高峰時(shí)刻，因此早中晚時(shí)段非機(jī)動(dòng)車(chē)道的負(fù)載達(dá)到最大程度，此時(shí)有效結(jié)合非機(jī)動(dòng)車(chē)出行高峰小時(shí)時(shí)段與共享電單車(chē)在高峰小時(shí)出行中所占比重可計(jì)算非機(jī)動(dòng)車(chē)道路網(wǎng)的有效運(yùn)營(yíng)時(shí)間。

本項(xiàng)目將模型修正參數(shù)分為高峰時(shí)段出行修正參數(shù)和道路修正參數(shù)。高峰時(shí)段出行修正參數(shù)包括出行不均衡、高峰小時(shí)內(nèi)出行比重和共享電單車(chē)出行比例，道路修正參數(shù)包括交叉道路口限制、道路坡度系數(shù)、騎行干擾系數(shù)以及道路等級(jí)等。計(jì)算道路網(wǎng)承載能力水平的目的是推斷預(yù)測(cè)道路網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀況，后續(xù)結(jié)合共享電單車(chē)日常使用率，可得出共享電單車(chē)的路網(wǎng)容量。梁愛(ài)艷使用時(shí)空消耗模型計(jì)算出共享單車(chē)宏觀投放規(guī)模，本文對(duì)該模型進(jìn)行了改進(jìn)，增加交叉口非機(jī)動(dòng)車(chē)承載能力，提高了宏觀投放規(guī)模預(yù)測(cè)精確度，其計(jì)算公式如下所示：

：理想條件下的路網(wǎng)容量；：路網(wǎng)總時(shí)空資源；C：個(gè)體非機(jī)動(dòng)車(chē)在行駛狀態(tài)下占用非機(jī)動(dòng)車(chē)道的空間與時(shí)間資源。：非機(jī)動(dòng)車(chē)道總長(zhǎng)度；：非機(jī)動(dòng)車(chē)道有效寬度，兩側(cè)安全間隔為0.5米。L、W：不同級(jí)別下非機(jī)動(dòng)車(chē)道的有效長(zhǎng)度與有效寬度，：數(shù)值為1～2，分別代表城市I級(jí)道路與II級(jí)道路。：高峰小時(shí)；H：非機(jī)動(dòng)車(chē)在出行狀態(tài)下最小安全縱向車(chē)距（非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)頭與前方非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)頭最小安全縱向車(chē)距）。：非機(jī)動(dòng)車(chē)在出行狀態(tài)下最小安全橫向車(chē)距（非機(jī)動(dòng)車(chē)左側(cè)與右方非機(jī)動(dòng)車(chē)左側(cè)最小安全橫向車(chē)距）。

C：拉薩市城關(guān)區(qū)所選非機(jī)動(dòng)車(chē)道實(shí)際總路網(wǎng)容量；：路網(wǎng)承載能力；：非機(jī)動(dòng)車(chē)道路等級(jí)修正系數(shù)，I級(jí)道路與II級(jí)道路取 0.80；：外部干擾系數(shù)包括非機(jī)動(dòng)車(chē)道停放機(jī)動(dòng)車(chē)或非機(jī)動(dòng)車(chē)造成的干擾與潛在行人干擾，必須根據(jù)道路隔離設(shè)施的實(shí)際配置確定；：路口總計(jì)折算系數(shù)，該系數(shù)受到人行橫道基礎(chǔ)設(shè)施、道路路口等方面影響，該值在拉薩市城關(guān)區(qū)所選道路上取0.55；：地區(qū)空間失衡系數(shù)是基于城市空間的集成特征和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定的，拉薩市城關(guān)區(qū)呈“塊狀”空間形態(tài)，因此=0.60；：高峰時(shí)間出行者使用共享電單車(chē)出行所占使用非機(jī)動(dòng)車(chē)出行的比重；：高峰小時(shí)出行不均衡系數(shù)，非特殊情況下取1.1～1.3；：折算后高峰小時(shí)內(nèi)非機(jī)動(dòng)車(chē)中共享單電車(chē)出行所占比例。

：非機(jī)動(dòng)車(chē)行車(chē)狀態(tài)下的平均速度；：非機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛者行車(chē)狀態(tài)下對(duì)突發(fā)情況反應(yīng)所時(shí)間；：非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)輪與非機(jī)動(dòng)車(chē)道的摩擦系數(shù)；：前后非機(jī)動(dòng)車(chē)安全間隔距離；l：非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)身長(zhǎng)度；：共享電單車(chē)單日周轉(zhuǎn)率；l：非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)身寬度；：左右非機(jī)動(dòng)車(chē)安全間隔距離（國(guó)內(nèi)外無(wú)明確規(guī)定，本文取0.3m）；：共享電單車(chē)平均出行時(shí)間0.25小時(shí)。

N：城市或區(qū)域內(nèi)以路網(wǎng)承載能力為約束條件的共享電單車(chē)實(shí)際投放總量。

：共享電單車(chē)啟動(dòng)加速度；：共享電單車(chē)加速時(shí)長(zhǎng)；：共享電單車(chē)平均運(yùn)行速度行駛至通過(guò)交叉口所需時(shí)間；：某一時(shí)刻通過(guò)同一橫斷面非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)輛數(shù)；C：交叉口非機(jī)動(dòng)車(chē)承載力水平；T：?jiǎn)挝恍盘?hào)燈可通行時(shí)間；：交叉路口數(shù)量；：共享電單車(chē)在交叉路口所走平均路程。：非機(jī)動(dòng)車(chē)行至交叉口時(shí)將轉(zhuǎn)至紅燈概率。

N：城市或區(qū)域內(nèi)以交叉口非機(jī)動(dòng)車(chē)承載力為約束條件的共享電單車(chē)實(shí)際投放總量。

若N＞N，則所選地區(qū)共享電單車(chē)宏觀投放規(guī)模上限為N；

若N＜N，則所選地區(qū)共享電單車(chē)宏觀投放規(guī)模上限為N；

若N=N，則該所選地區(qū)共享電單車(chē)宏觀投放規(guī)模上限為N或N。

3.3 等級(jí)劃分

依據(jù)我國(guó)《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》將非機(jī)動(dòng)車(chē)道服務(wù)水平分為自由騎行、穩(wěn)定騎行、限制騎行、間斷騎行I-IV四個(gè)等級(jí)（見(jiàn)表1）。I級(jí)與II級(jí)非機(jī)動(dòng)車(chē)道道路服務(wù)水平可保證非機(jī)動(dòng)車(chē)在道路網(wǎng)內(nèi)穩(wěn)定持續(xù)通行；在III級(jí)非機(jī)動(dòng)車(chē)道道路服務(wù)水平狀態(tài)下道路網(wǎng)的承載能力處于上限邊界，導(dǎo)致非機(jī)動(dòng)車(chē)輛行駛速度緩慢，不利于騎行；在IV級(jí)非機(jī)動(dòng)車(chē)道道路服務(wù)水平狀態(tài)下，道路網(wǎng)處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，行駛環(huán)境惡劣，可能導(dǎo)致部分路段堵塞。為使非機(jī)動(dòng)車(chē)在出行狀態(tài)時(shí)可穩(wěn)定騎行，城市大部分道路網(wǎng)或區(qū)域大部分道路網(wǎng)的承載能力應(yīng)控制在二級(jí)及以上服務(wù)水平狀態(tài)，因此本文只計(jì)算一級(jí)和二級(jí)服務(wù)水平下拉薩市共享電單車(chē)的宏觀規(guī)模上限。

表1 非機(jī)動(dòng)車(chē)道服務(wù)等級(jí)劃分

4 宏觀投放規(guī)模預(yù)測(cè)實(shí)例驗(yàn)證

4.1 限制條件

因拉薩市各城區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀有較大差距，本研究將拉薩市按市轄區(qū)進(jìn)行分割，根據(jù)拉薩市城關(guān)區(qū)現(xiàn)居人口、市轄區(qū)面積等數(shù)據(jù)計(jì)算城關(guān)區(qū)內(nèi)共享電單車(chē)的宏觀投放規(guī)模上限。

4.2 車(chē)輛換算

非機(jī)動(dòng)車(chē)折算系數(shù)根據(jù)各種不同車(chē)輛在行駛時(shí)占用道路凈空的程度，分別確定對(duì)標(biāo)準(zhǔn)車(chē)型的折算系數(shù)。拉薩市城關(guān)區(qū)非機(jī)動(dòng)車(chē)按種類(lèi)及數(shù)量可分為山地自行車(chē)，私人電動(dòng)自行車(chē)，共享電單車(chē)，人力三輪車(chē)，電動(dòng)三輪車(chē)5類(lèi)，本文非機(jī)動(dòng)車(chē)道交通量換算采用共享電單車(chē)標(biāo)準(zhǔn)車(chē)型，各非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)型和車(chē)輛折算系數(shù)規(guī)定見(jiàn)表2。

表2 拉薩市非機(jī)動(dòng)車(chē)道路當(dāng)量共享電單車(chē)折算系數(shù)

4.3 數(shù)據(jù)獲取

（1）拉薩市城關(guān)區(qū)所選一級(jí)道路總長(zhǎng)為=17654m，二級(jí)道路所選總長(zhǎng)為=53902m；

（2）拉薩市非機(jī)動(dòng)車(chē)道路寬：I級(jí)道路=2.5m，II級(jí)道路=2.0m；

（3）道路坡度修正系數(shù)：I級(jí)道路與II級(jí)道路=0.80；

（4）外部干擾系數(shù)：使用市政道路護(hù)欄或道路分隔線(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)道與非機(jī)動(dòng)車(chē)道進(jìn)行劃分的路段，可能會(huì)受到機(jī)動(dòng)車(chē)或行人影響，因此I級(jí)道路與II級(jí)道路外部因素干擾系數(shù)=0.7；

（5）拉薩市城關(guān)區(qū)所選道路路口總計(jì)折算系數(shù)=0.55；

（6）地區(qū)空間失衡系數(shù)是基于城市空間的集成特征和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定的，拉薩市城關(guān)區(qū)呈“塊狀”空間形態(tài)，因此=0.60；

（7）拉薩市城關(guān)區(qū)非機(jī)動(dòng)車(chē)高峰小時(shí)出行狀態(tài)不均衡系數(shù)=1.2；

（8）高峰小時(shí)出行比重=15.01%；

（9）在北京東路路口與小昭寺路交叉口非工作日晚高峰18：30-19：30內(nèi)對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)中的5類(lèi)非機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量（共享電單車(chē)、私人自行車(chē)、私人電動(dòng)自行車(chē)、人力三輪車(chē)，電動(dòng)三輪車(chē)）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，經(jīng)調(diào)查為0.159；

（10）共享電單車(chē)出行狀態(tài)下平均車(chē)速=16.5km·h；

（11）按照年齡劃分（18歲以下；18歲-34歲；35-54歲），其平均反應(yīng)時(shí)間為t=2.27s；

（12）基于拉薩市城關(guān)區(qū)所選道路實(shí)際情況，求得在瀝青或混凝土（干）、瀝青、混凝土（濕）三種道路情況下車(chē)輪與地面附著系數(shù)=0.5；

（13）單車(chē)前后安全距離=2.0m；

（14）共享電單車(chē)車(chē)身長(zhǎng)度l=1700mm；

（15）非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)身寬度l=410mm；

（16）左右非機(jī)動(dòng)車(chē)安全間隔距離（國(guó)內(nèi)外無(wú)明確規(guī)定，本文取=0.3m）；

（17）共享電單車(chē)平均出行時(shí)間=0.25小時(shí)；

（18）共享電單車(chē)啟動(dòng)加速度=1m/s；

（19）《道路交通管理與控制》指出最大單位信號(hào)燈綠燈時(shí)間為30-60s，本文設(shè)置單位信號(hào)燈可通行時(shí)間為T=60s；

（20）交叉路口數(shù)量=107；

（21）共享電單車(chē)在交叉路口所走平均路程=23.56m；

（22）非機(jī)動(dòng)車(chē)行至交叉口時(shí)將轉(zhuǎn)至紅燈概率=0.083。

4.4 分析結(jié)論

表3 不同路網(wǎng)承載力水平下的共享單車(chē)投放量

此文依據(jù)城市道路網(wǎng)承載能力與交叉口非機(jī)動(dòng)車(chē)承載能力，建立時(shí)空消耗模型，計(jì)算得出在地區(qū)城市道路路網(wǎng)內(nèi)共享電單車(chē)預(yù)測(cè)投放規(guī)模上限。此外，本文以拉薩市城關(guān)區(qū)I、II級(jí)道路、交叉口數(shù)據(jù)和共享電單車(chē)使用情況數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證實(shí)例，在滿(mǎn)足企業(yè)利益的情況下，取周轉(zhuǎn)率為2.0，得出拉薩市城關(guān)區(qū)共享電單車(chē)合理投放量應(yīng)在17294輛以下。

5 結(jié)語(yǔ)

由于近幾年來(lái)共享電單車(chē)發(fā)展迅速，極有可能出現(xiàn)“堆積如山”的問(wèn)題，因此本文以拉薩市為例進(jìn)行了共享電單車(chē)的宏觀投放規(guī)模預(yù)測(cè)并得出相應(yīng)結(jié)論：以有限的道路承載力與交叉口非機(jī)動(dòng)車(chē)承載能力為約束條件，考慮非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)總時(shí)空資源的消耗與單位信號(hào)燈可通行狀態(tài)時(shí)交叉口通過(guò)非機(jī)動(dòng)車(chē)最大上限，結(jié)合非機(jī)動(dòng)車(chē)中共享電單車(chē)出行分擔(dān)比例和周轉(zhuǎn)率，構(gòu)建時(shí)空消耗模型，進(jìn)而計(jì)算得宏觀性的共享電單車(chē)投放規(guī)模。通過(guò)對(duì)拉薩市城關(guān)區(qū)實(shí)證調(diào)查，確定時(shí)空消耗模型中各參數(shù)取值，得出拉薩市城關(guān)區(qū)二級(jí)路網(wǎng)容量水平下的共享單車(chē)投放量為17294輛。