城市公共自行车调度优化研究

【摘要】公共自行车便利了市民的短途出行。但管理过程中存在的调度不合理问题，也使得公共自行车的使用效率没有充分提升、管理成本居高不下。本文通过对公共自行车调度系统研究分析，提出建立预警机制、运用运筹学当中的“最小费用流法”建立模型来优化调度路径的方法，在提高调度效率降低成本方面提供了一种可行的解决方案。

【关键词】公共自行车 调度 物联网 最小费用流

一、我国城市公共自行车发展现状

随着城市的迅速扩张，交通问题越来越严重，公共自行车受到人们的关注。

我国公共自行车正式运行始于2008年。在绿色奥运的背景下，为缓解环境污染和交通拥挤的压力，杭州、北京、武汉等城市先后建设并推广了公共自行车系统。

目前“以武汉为代表的"政府主导，企业经营"模式，以杭州为代表的"政府包办"模式较为成功。”北京市由于早期城市规划建设没有留出畅通的自行车道，发展中遇到瓶颈。即使如此，自2014年12月28日北京市公共交通全面调价后，公共自行车骑行量、周转率显著增加，调价后首个工作日骑行人数同比增加14%，达8.1万人次，工作日车辆周转率超过2.5次，部分站点超过10次每日。显示了公共自行车在城市交通中不可替代的作用，也暗示了北京市民对完善城市公共自行车系统的日益迫切的需求。此外，以苏州为代表，积极为游客提供方便的租车服务，创新旅游标准化，促进旅游业的发展。

二、城市公共自行车调度问题

城市公共自行车具有缓解交通压力、减少环境污染、便民利民、服务游客等多方面的价值。公共自行车系统中存在的各站点车辆的调度衔接问题，关系到公共自行车能否真正发挥其价值。

目前，各城市中公共自行车的调度存在调度路径不合理、站点调度不及时等问题。未能建立与周围人流量关联的实时需求预测机制和站点使用量预警系统，调度作业的存在一定的滞后性、不科学性。这些问题的存在，一方面直接影响了市民使用公共自行车出行时的用户体验，阻碍了公共自行车的推广发展。另一方面使得调度成本居高不下。调度费占整个运营费一小半，再者就是硬件方面的维护保养费和软件方面的人力资源费用。有序的调度能够提高使用效率，无序的调度则使公共自行车成为额外的负担。本文旨在通过对公共自行车的调度系统分析，探讨优化公共自行车调度的方案，供有关机构参考。

三、公共自行车调度优化研究

当前可从动态监控和路径优化两方面提高公共自行车的调度效率。

（一）实施有预见性的、精准的实时动态监控

对于居民在人流高峰期、人员密集区用车不方便问题，以苏州市为例，会要求调度车在5-10分钟内赶到。但是这种调度方式，依然是事后响应。在未来可借助物联网技术实现对公共自行车精准的动态监控并利用实时数据建立预测机制，实现事前调度。物联网技术在公共自行车系统中的应用将使得系统远程实时监控、调度、维护等多方面管理更加便捷，并促进用户实现通借通还。通借通还和远程调度的实现将降低运营管理的费用。

（二）调度车辆路径的优化模型

目前的公共自行车的调度主要是通过调度中心接受站点的调度警报之后，才派出调度车进行调度。这无法满足自行车使用高峰期的调度需求。本文将这一问题转化为“最小费用流”问题。在高峰期到来之前实现调度，保证最优利用。“最小费用流”指的是在有代价与容量约束的网络上，安排一定的流量，使得所安排流量的费用或者代价达到最小。“最小费用流”问题的解决有比较成熟的算法，并且计算效率比较高，同时可以敬误差限制在一个小范围内，防止误差的再传递。

根据影响公共自行车调度系统的两个主要因素：调度车运行距离和调度自行车数量，本研究利用“最小费用流”法，建立公共自行车调度路径模型。

公共自行车调度路径模型：

为了研究公共自行车调度模型，我们首先引入如下定义：

N（V，S，X，D，R，P）――自行车网络；

V――需要进行调度的自行车站点集合，i或j表示站点元素；

S――各站点的路线集合；

（i，j）――从站点i到站点j的路线，路程用si，j表示；

X――调度车辆的流动数；

xi，j――i、j点间调度车上的自行车数；

xi+――i站点流入的车辆数；

xi-――i站点流出的车辆数；

D――调度前站点自行车数量，用表示；

R――调度车的最大容量

Pi――各个站点的最佳自行车数量，是各站点每日可达到平衡状态的公共自行车辆数，即Pi是一个固定已知数；

（1）计算min（S）=■Sij，选取最短路程作为路线选择；

（2）每次选择Si时应满足ri

（3）重复（2），直到■ri=■xi；

（4）最终得到最佳组合，即最佳线路V（i，j）={vi，vj，…}

通过对到达站点的选取，求取最佳线路V，可实现最高调度效率。这样，可将自行车调度的问题转化为求解最小费用流的网络优化问题。最小费用流问题的解决有比较成熟的算法，并且计算效率比较高，这就使得公共自行车调度算法的效率得到了提高，为实现全自动调度提供了可能。

四、结语

城市公共自行车调度优化研究，尤其路径的研究存在多种解决方案，采用不同的方法会得到不同的优化结果。本文运用运筹学中的“最小费用流”构建了初步的模型，具体结果有待检验，期待进一步的研究。