CN106952414A - 一种针对高峰期公共自行车租赁点选址布局方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种针对高峰期城市公共自行车租赁点选址布局方法。主要包括租赁点数量和空间位置确定及个租赁点自行车数量和停车桩数量确定两个部分。本发明首先指出在高峰期不考虑调度和周转率的合理性；其次指出高峰期不发生部分租还需求转移现象的正确性；再次定义了平均步行距离和时间价值系数的概念，构建了基于步行距离的时间成本模型；最后，在满足所有租还需求的基础上建立以投资者和用户双方成本最小为目标的整数规划模型，确定规划区公共自行车租赁点数量和空间位置与各租赁点自行车和停车桩配置数量。本发明提出的针对高峰期的租赁点选址布局方法，为高峰期以及全天的城市公共自行车选址布局提供了一种参考。

Description

一种针对高峰期公共自行车租赁点选址布局方法

技术领域

本发明涉及一种针对高峰期公共自行车租赁点选址布局方法。

背景技术

当前，世界不少国家面临着机动化交通带来的极大灾难，如城市污染，拥堵等。降低城市机动化出行、倡导低碳出行、绿色出行迫在眉睫。城市公共自行车是一种完全绿色、无能耗、无污染、便捷的交通出行方式，而且有助于解决公交无法完成的末端一公里任务以及城市短距离的出行任务，因此有必要在城市里推广公共自行车的出行。

根据Meddin和DeMaio(2014)的研究知，自1965年在阿姆斯特丹推行，目前在世界上五大洲已经有730多个城市在使用公共自行车系统。各个城市的公共自行车系统的运行效率却是千差万别，其主要根本原因是公共自行车系统的租赁点选址布局不合理。尤其是在高峰期，不合理的站点选址布局将会导致过大用户步行距离，增加借还车的难度，从而使得自行车系统的使用效率大打折扣。因此对高峰期城市公共自行车系统租赁点进行合理的选址布局势在必行。

发明内容

本发明提出了一种针对高峰期城市公共自行车租赁点选址布局方法。主要包括包括租赁点数量和空间位置确定及个租赁点自行车数量和停车桩数量确定两个部分。通过说明高峰期不考虑调度和周转率的合理性与不发生部分租还需求转移现象的正确性，定义平均步行距离和时间价值系数概念与构建基于步行距离的时间成本模型，在满足所有租还需求的基础上建立了以投资者和用户双方成本最小为目标的整数规划模型，确定规划区公共自行车租赁点数量和空间位置与各租赁点自行车和停车桩配置数量。

本发明提出的技术方案为：一种针对高峰期公共自行车租赁点选址布局方法，其包括如下步骤：

1.在高峰期不考虑调度和周转率的合理性与不发生部分租还需求转移现象的正确性说明

1.1由于在高峰期，租还需求发生比较集中，无法在短时间段内实现有效的调度，同时从长远来看调度成本比增加自行车数量和停车桩数量的成本要高，故不需考虑调度是合理的；

1.2由于不需要调度，意味着每个租赁点在高峰期的停车桩额自行车数量都能满足租还需求，同时考虑公共自行车公益性的本质，故不需考虑周转率约束是合理的；

1.3由于各个租赁点可以满足其辐射范围的出行需求，以及由长期转移成本高于增加自行车和停车桩的成本，故高峰期不应发生部分需求转移是正确的。事实上，需求发生部分转移是经济不合理的，因为如果可以允许部分租还需求发生转移，则表明转移的成本小于建设成本，即如果发生一个用户从A站点的租借需求转移到B站点，则表明在A站点建设一个车桩和购买一辆自行车的成本大于长期转移成本。那么则可以推出，当所有的需求从A转移的B时，所节约的成本最大。根据最优理论，因此认为允许全部需求转移，而不允许部分需求转移。

2.定义平均步行距离和时间价值系数概念与构建基于步行距离的时间成本模型

2.1平均步行距离是指规划区域内所有租还用户步行距离的加权平均值；

2.2时间价值系数是指规划区域内所有用户的平均每分钟的货币换算价值，可根据区域内居民的平均月收入MI(元)、平均每月工作时间WT(分钟)及平均的步行速度V(米/分钟)计算，计算式如下：

k＝MI/[WT*V].

2.3时间成本模型利用规划区域内平均的用户时间价值系数与加权平均步行距离相乘得到；

2.4其他概念的定义：

租借(归还)距离：即从出行起点(讫点)到租借(归还)自行车站点的欧氏距离；

租借(归还)等待时间：即在租借(归还)站点排队等待租借(归还)自行车所花时间；

起(讫)点区租赁点：即需求发生(吸引)的自行车租赁点。

3.建立选址布局模型

3.1约束问题：模型约束需要考虑的主要问题如下：

1)每个小区的租还需求得到满足；

2)每个租赁点停车数不得小于自行车数；

3)区域平均的步行距离尽量不超过租还自行车可忍受的极限步行距离(700m)；

4)修建的租赁点总数不大于划分小区总数；

5)单个小区步行距离不得超过1000m；

3.2目标函数问题：目标函数需同时考虑用户和投资者双方的成本。双方成本基于自行车和停车桩的一个服役周期，在一个服役周期内考虑用户总的出行成本和投资者总的成本。用户出行成本使用时间成本模型，投资者成本包括初期建设成本与后期运营维护成本。

3.3整数规划模型：在考虑了约束问题和选取合理的目标函数之后，建立如下模型：

模型参数解释：

T——服役期间一辆自行车被租还的总次数；

d_ij——第i出行小区居民到第j小区租还自行车的步行欧氏距离；

U_i——第i出行小区的用户需求；

f_ij——第i小区居民是否到第j小区站点租还自行车的二值函数，f_ij＝0表示不去，否则去；

a——一辆自行车的购买成本和维护成本的综合成本；

b——一个停车桩的修建成本和维护成本的综合成本；

c_i——在第i个小区修建一个站点的固定成本(与停车桩和自行车数量无关)；

U_m——某个小区成为修建租赁点备选小区的最低用户需求；

X_ij——在第j个小区为第i小区来租还自行车用户所配置的自行车数量；

Y_ij——在第j个小区为第i小区来租还自行车用户所修建的停车桩数量；

d_ma——区域内用户平均租还步行距离的上限值，即可能的步行极限距离；

d_m——每个小区的租还距离都不得超越的极限值；

n——规划区域内小区的总数；

S——区域的总面积；

Den——区域内站点密度，个/km²；

部分式子解释：

(式1)和(式2)分别表示区域内用户总的广义成本和投资者在规划区域内的总成本最小；

(式3)表示第i个小区成为租赁点备选区的条件是当且仅当其租还需求大于最小需求；

(式4)表示第i个小区能切仅能到一个小区进行租还自行车；

(式5)表示第i个小区的所有租还需求都得到满足；

(式6)表示每个小区内修建的总停车桩数量不得小于区域内配置的总自行车数量，即所有归还需求得到满足；

(式9)表示区域内的用户平均租还步行距离不得大于步行极限距离；

(式13)和(式14)分别表示在某个小区是否配置自行车和修建停车桩取决于是否在小区修建租赁点；

由于同等考虑用户成本和投资者成本，因此可以将(式1)和(式2)合在一起，组成一个单目标式。

对所有约束式，可以根据实际计算或者给出约束式中的非决策变量值；

同时可以根据实际求解需要和约束的强弱性对约束式的个数进行增减。

Claims (1)

1.一种针对高峰期公共自行车租赁点选址布局方法，主要步骤如下：

1.在高峰期不考虑调度和周转率的合理性与不发生部分租还需求转移现象的正确性说明

1.1由于在高峰期，租还需求发生比较集中，无法在短时间段内实现有效的调度，同时从长远来看调度成本比增加自行车数量和停车桩数量的成本要高，故不需考虑调度是合理的；

1.2由于不需要调度，意味着每个租赁点在高峰期的停车桩额自行车数量都能满足租还需求，同时考虑公共自行车公益性的本质，故不需考虑周转率约束是合理的；

1.3由于各个租赁点可以满足其辐射范围的出行需求，以及由长期转移成本高于增加自行车和停车桩的成本，故高峰期不应发生部分需求转移是正确的。事实上，需求发生部分转移是经济不合理的，因为如果可以允许部分租还需求发生转移，则表明转移的成本小于建设成本，即如果发生一个用户从A站点的租借需求转移到B站点，则表明在A站点建设一个车桩和购买一辆自行车的成本大于长期转移成本。那么则可以推出，当所有的需求从A转移的B时，所节约的成本最大。根据最优理论，因此认为允许全部需求转移，而不允许部分需求转移。

2.定义平均步行距离和时间价值系数概念与构建基于步行距离的时间成本模型

2.1平均步行距离是指规划区域内所有租还用户步行距离的加权平均值；

2.2时间价值系数是指规划区域内所有用户的平均每分钟的货币换算价值，可根据区域内居民的平均月收入MI(元)、平均每月工作时间WT(分钟)及平均的步行速度V(米/分钟)计算，计算式如下：

k＝MI/[WT*V].；

2.3时间成本模型利用规划区域内平均的用户时间价值系数与加权平均步行距离相乘得到；

2.4其他概念的定义：租借(归还)距离：

即从出行起点(讫点)到租借(归还)自行车站点的欧氏距离；

租借(归还)等待时间：即在租借(归还)站点排队等待租借(归还)自行车所花时间；

起(讫)点区租赁点：即需求发生(吸引)的自行车租赁点。

3.建立选址布局模型

3.1约束问题：模型约束需要考虑的主要问题如下：

1)每个小区的租还需求得到满足；

2)每个租赁点停车数不得小于自行车数；

3)区域平均的步行距离尽量不超过租还自行车可忍受的极限步行距离(700m)；

4)修建的租赁点总数不大于划分小区总数；

5)单个小区步行距离不得超过1000m；

3.2目标函数问题：目标函数需同时考虑用户和投资者双方的成本。双方成本基于自行车和停车桩的一个服役周期，在一个服役周期内考虑用户总的出行成本和投资者总的成本。用户出行成本使用时间成本模型，投资者成本包括初期建设成本与后期运营维护成本。

3.3整数规划模型：在考虑了约束问题和选取合理的目标函数之后，建立如下模型：

$Min=k*T*\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{f}_{ij}*d_{ij}*U_i;$

$Min=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{f}_{ij}*\[a*X_{ij}+b*Y_{ij}\]+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=i}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{fi}}_{ij}*c_i;$

模型参数解释：

T——服役期间一辆自行车被租还的总次数；

d_ij——第i出行小区居民到第j小区租还自行车的步行欧氏距离；

U_i——第i出行小区的用户需求；

f_ij——第i小区居民是否到第j小区站点租还自行车的二值函数，f_ij＝0表示不去，否则去；

a——一辆自行车的购买成本和维护成本的综合成本；

b——一个停车桩的修建成本和维护成本的综合成本；

c_i——在第i个小区修建一个站点的固定成本(与停车桩和自行车数量无关)；

U_m——某个小区成为修建租赁点备选小区的最低用户需求；

X_ij——在第j个小区为第i小区来租还自行车用户所配置的自行车数量；

Y_ij——在第j个小区为第i小区来租还自行车用户所修建的停车桩数量；

d_ma——区域内用户平均租还步行距离的上限值，即可能的步行极限距离；

d_m——每个小区的租还距离都不得超越的极限值；

n——规划区域内小区的总数；

S——区域的总面积；

Den——区域内站点密度，个/km²；

部分式子解释：

(式1)和(式2)分别表示区域内用户总的广义成本和投资者在规划区域内的总成本最小；

(式3)表示第i个小区成为租赁点备选区的条件是当且仅当其租还需求大于最小需求；

(式4)表示第i个小区能切仅能到一个小区进行租还自行车；

(式5)表示第i个小区的所有租还需求都得到满足；

(式6)表示每个小区内修建的总停车桩数量不得小于区域内配置的总自行车数量，即所有归还需求得到满足；

(式9)表示区域内的用户平均租还步行距离不得大于步行极限距离；

(式13)和(式14)分别表示在某个小区是否配置自行车和修建停车桩取决于是否在小区修建租赁点；

由于同等考虑用户成本和投资者成本，因此可以将(式1)和(式2)合在一起，组成一个单目标式。对所有约束式，可以根据实际计算或者给出约束式中的非决策变量值，同时可以根据实际求解需要和约束的强弱性对约束式的个数进行增减。