00899共享單車的分配與調(diào)度

1、共享單車的分配與調(diào)度摘要共享經(jīng)濟(jì)給人們的工作和生活帶來了極大的便利，共享單車在我國(guó)發(fā)展迅速，但在許多城市中共享單車的資源配置存在一定的不合理性。本文對(duì)共享單車行業(yè)現(xiàn)狀，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，給出了一下建議。針對(duì)問題一，我們根據(jù)人口、市區(qū)面積和通勤市場(chǎng)三種計(jì)算單車需求量的模型。 建立于人口數(shù)量的計(jì)算模型中，考慮了人口年齡、性別和受教育程度等不同人群對(duì)單車的不同需求，合理地計(jì)算出基于人口的共享單車需求量。在依據(jù)城市市區(qū)面積的計(jì)算模型中，建立同心圓環(huán)的計(jì)算模型，依據(jù)距離市中心的距離，給予不同圓環(huán)區(qū)域乘以一定比例系數(shù)，進(jìn)而更合理的估算共享單車需求量。針對(duì)問題二，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)用柱狀圖或者折線圖來統(tǒng)計(jì)一下每天、每周

2、、 每月、每年的用車情況；然后，用箱形圖來統(tǒng)計(jì)一下一天中、一周中、一個(gè)月甚至一年中某個(gè)時(shí)間段的用車情況；再用方差和標(biāo)準(zhǔn)差求一下每天、每周、每月、每年的數(shù)據(jù)離散程度。最后，可以求一下平均值，根據(jù)上面這些數(shù)據(jù)去決定投放量針對(duì)問題三，我們從計(jì)算兩點(diǎn)的最短路徑入手，將最短路徑計(jì)算出后考慮將早中晚三個(gè)時(shí)間段內(nèi)的高峰期取平均值后再最初計(jì)算。我們建立反比例函數(shù)關(guān)系式 ; , 再根據(jù)歸一化條件求得概率系數(shù)K, 算出每個(gè)點(diǎn)以需求量。針對(duì)問題四，緩解共享單車與城市管理的一些矛盾，是值得思考的。這種乘著互聯(lián)網(wǎng)快車產(chǎn)生的新模式、新業(yè)態(tài)，亟需更加開放、包容的治理思維。一方面要確保企業(yè)的正當(dāng)利益，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，另

3、一方面需要持續(xù)在城市治理上攻堅(jiān)突破，進(jìn)一步提高城市發(fā)展質(zhì)量。只有做到上述兩方面，才能實(shí)現(xiàn)共享單車與城市管理的共贏。本文針對(duì)當(dāng)今城市普遍存在的共享單車布置問題，通過市場(chǎng)飽和度測(cè)算得出不同時(shí)空共享單車的需求量，用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)決定不同地區(qū)的投放量，然后通過ArcGIS 系統(tǒng)，確定分布趨勢(shì)和?？棵芏鹊贸稣{(diào)度方案，給出了量化分析后的相關(guān)政策性建議，在實(shí)際的運(yùn)用中具有一定的價(jià)值。關(guān)鍵詞：共享單車、市場(chǎng)飽和度測(cè)算、統(tǒng)計(jì)學(xué)、反比例函數(shù)221. 問題重述一、引言1. 背景知識(shí)2016年下半年以來，國(guó)內(nèi)共享單車一路高歌猛進(jìn)，小黃車、小橙車等各類共享單車如雨后春筍般出現(xiàn)在各大城市的街頭巷尾。共享單車響應(yīng)了

4、時(shí)下綠色出行、 慢生活的號(hào)召，以時(shí)髦的外觀和無固定停車點(diǎn)迅速吸引了用戶的眼球，豐富了市民的出行方式，給最后一公里出行問題帶來便利。與此同時(shí)，共享單車數(shù)量的迅速擴(kuò)張、車輛的無序停放給城市管理帶來了挑戰(zhàn)和難題。2. 問題產(chǎn)生（一）共享單車游離在城市管理辦法之外。（二）車輛亂停亂放，影響市容環(huán)境。（三）存在交通安全隱患。3. 研究意義對(duì)共享單車行業(yè)現(xiàn)狀多角度的分析，并給出了利用理化指標(biāo)評(píng)價(jià)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的方法，為企業(yè)了解、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中有較大的參考價(jià)值。二要解決的具體問題（ 1）建立合理的指標(biāo)，分析不同時(shí)空共享單車資源的需求量。（ 2） 給出不同地區(qū)共享單車的分配方法，使得共

5、享單車的數(shù)量能夠趨于合理性。（ 3）依據(jù)以上問題的研究成果，嘗試建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)出共享單車的調(diào)度方案。（ 4）如果你是某家共享單車公司的主要負(fù)責(zé)人，請(qǐng)你設(shè)計(jì)出一套合理的經(jīng)營(yíng)方案，并論證其合理性。2、模型假設(shè)1. 忽略天氣、節(jié)假日等原因使得地區(qū)的自行車需求量與共享單車供應(yīng)量發(fā)生重 大改變的情況。2. 假設(shè) 20 歲以下和60 歲以上的人群暫時(shí)沒有單車需求。3. 假設(shè)每座地鐵站的單車需求量是相同的。4. 忽略除“硬件”、“軟件”、“布局”之外其他因素對(duì)共享單車核心競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)價(jià) 的影響。5. 假設(shè)出行者均以出行成本最小的原則來選擇出行方式。3. 模型符號(hào)說明P 共享單車需求量 單車市場(chǎng)滲透率單

6、車投放密度?D 地鐵站數(shù)量修正比例?據(jù)通勤市場(chǎng)計(jì)算的單車量 ?模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)?模糊評(píng)價(jià)評(píng)語集?綜合競(jìng)爭(zhēng)力指標(biāo)xi(0)用戶量原始序列t單車騎行時(shí)間f出行頻率V騎行速度不同類別人口數(shù)量 ?不同城市區(qū)域面積 i?比例系數(shù) ?G 公交車站數(shù)量地鐵站每站單車需求量 ?公交站每站單車需求量 ? 模糊評(píng)價(jià)因素集? 評(píng)判向量不同評(píng)價(jià)類別綜合指數(shù) ?xi(1) 用戶量預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)Z 單車騎行費(fèi)用S 騎行距離n 用戶好友數(shù)量4. 模型建立與求解4.1 問題一的模型建立與求解4.1.1 共享單車的市場(chǎng)分析共享單車的出現(xiàn)極大的方便了人們的出行，有效地解決了最后1 公里的問題。2017 年 4 月 12 日 2017 年共

7、享單車與城市發(fā)展白皮書發(fā)布(以下簡(jiǎn)稱 白皮 書 ) 1， 這是全國(guó)首部全面展現(xiàn)共享單車通過交通創(chuàng)新模式，促進(jìn)城市健康發(fā)展的研究報(bào)告。研究發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)新型的智能共享單車在進(jìn)入城市不到一年的時(shí)間里，成為小汽車、公交、地鐵外的第四大出行方式，小汽車的出行次數(shù)減少了55%， 黑摩的的出行次數(shù)減少了53%， 實(shí)現(xiàn)了 “自行車王國(guó)”的人性化復(fù)興。智能共享 單車代表著和諧的生活方式，代表著“互聯(lián)網(wǎng)+”與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的完美結(jié)合，不僅帶回了自行車川流不息的生活氣息，還促進(jìn)市民積極參與城市共建，推動(dòng)了城市文明、低碳、智慧、健康的發(fā)展。共享單車在方便人們出行的同時(shí)，也因不合理停放也給城市公共空間的管理 帶來了極大的困難，大

8、量的單車不僅擠滿了街道兩旁的人行橫道，甚至占據(jù)了機(jī)動(dòng)車道，嚴(yán)重影響了社會(huì)公共秩序。因此，合理的分析共享單車的市場(chǎng)需求和城市承載量的關(guān)系，對(duì)于城市的管理和運(yùn)營(yíng)公司有效投放單車都具有重要意義。由于各個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口、建成區(qū)面積以及地形等因素的影響，共享 單車的發(fā)展也不均衡，在此，我們僅選擇上海市為例進(jìn)行分析。市場(chǎng)需求受影響因素較多，因此采用多角度綜合分析，從單車數(shù)量與城市人口、建成區(qū)面積以及公共交通三方面計(jì)算單車需求量。4-1 單車需求量分析視角4.1.2 基于人口數(shù)量的計(jì)算模型 建立最簡(jiǎn)單的計(jì)算模型如下：Mp=P× L(4-1)如果以2.5%的滲透率來計(jì)算，上海市的單車需求量為6

9、0 萬輛， 但是這樣選 擇的滲透率不一定合理，不同年齡段人的需求也不一樣。為此， 我們考慮人口年齡以及受教育程度，建立計(jì)算模型為：Mp=(Pm× Lm+Pw× LW) × 0.5+(P Z× LZ+Pg× Lg)× 0.5(4-2 )其中，Mp是單車數(shù)量，Pm是 2025歲男性人口的數(shù)量，Lm是 2059歲男性人口對(duì)共享單車的需求比例，P是 2059歲女性人口的數(shù)量，L 是 2059歲性人口對(duì)共享單車的需求比例，Pz是 2059歲受教育程度為大學(xué)?？萍耙陨系娜丝跀?shù)量，Lz是 2059 歲受教育程度為大學(xué)專科及以上的人口對(duì)共享單車的需求

10、比例，Pg 是2059歲受教育程度為高中及以下的人口數(shù)量，Lg是 2059歲受教育程度為高中及以下的人口對(duì)共享單車的需求比例。男性 女性22.3973.377.7806.2960.27155.08132.35239.562/ 萬人89.09169.312091019 2029 3039 4049 5059 6069 70 以 上圖 4-2 上海市第六次普查人口的性別年齡如圖 4-2 是上海市第六次普查人口的性別年齡構(gòu)成2，從圖中我們可以計(jì)2059 歲的男性人口數(shù)量為856.22 萬， 2059 歲的女性人口數(shù)量為788.33 萬，根據(jù)白皮書，男性騎行的數(shù)量要明顯高于女性，我們?cè)O(shè)置男性例為8%，

11、女性的需求比例為4%，大體符合目前的市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)。圖 4-3 是上海市第六次人口普查受教育程度人口的年齡組成，從圖中可以算得出， 2059 歲受教育程度在大學(xué)?？萍耙陨系娜丝跀?shù)量為437.54 萬，2059 歲受教育程度在高中及以下的人口數(shù)量為1207.01 萬，對(duì)于受教育程度群，單車的需求比例也是不同的，參考白皮書數(shù)據(jù)，受教育程度對(duì)于單車的需求比例更高，我們?cè)O(shè)置2059 歲受教育程度在大學(xué)專群的單車需求比例為8%， 2059 歲受教育程度在高中及以下的人比例為4%，基本符合目前的市場(chǎng)數(shù)據(jù)分析。70 歲以上65-69歲60-64 歲55-59 歲50-54 歲6-9 歲100.0080.001

12、0-14歲60.0040.0020.0015-19 歲45-49 歲35-39 歲40-44歲20-24歲25-29歲30-34 歲未上過學(xué)小學(xué)初中高中 大學(xué)?？拼髮W(xué)本科研究生將上述數(shù)據(jù)帶入模型公式（4-2 ）計(jì)算，考慮到人口數(shù)量、性別和受教育程度的影響，得到上海市單車的整體需求量為91.6 萬。4.1.3 基于城區(qū)面積的計(jì)算模型在分析共享打車的市場(chǎng)需求中，基于城市建成區(qū)的面積是一項(xiàng)很重要的計(jì)算 方式。最簡(jiǎn)單的模型就是面積乘以單車密度。Ms=S× ?上海市區(qū)域總面積為6340 平方公里，其中城區(qū)面積1563 平方公里，假設(shè)1000 輛每平方公里，則需要單車數(shù)量為156.3 萬輛。圖

13、4- 4 上海市城市區(qū)域圖考慮城區(qū)的差異性，單車的密度也將發(fā)生變化。圖 4-5 是上海市某日凌晨所有摩拜單車的位置圖。從圖中可以看出在市中心（外灘）共享單車的密度很大，離市中心越遠(yuǎn)，單車的密度越小，甚至有些地區(qū)的單車密度幾乎為零。所以設(shè)置簡(jiǎn)單的計(jì)算公式（ 4-4） 是不合理的?？紤]到距離市中心越遠(yuǎn)，單車的密度越小，我們?cè)O(shè)置了一個(gè)同心圓的計(jì)算模型（圖4-6 所示），不同的圓環(huán)，單車的密度設(shè)置不同的值，使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。4-5)其中，Ms是依據(jù)城區(qū)面積計(jì)算的單車數(shù)量，Si 是不同區(qū)域的面積，?i 是城r 是比例系數(shù)。圖4- 5 上海市某日凌晨摩拜單車位置圖圖 4- 6 同心圓模型上海市城區(qū)面積為

14、1563 平方公里，近似為一個(gè)半徑為22 千米的圓，如圖4-6 所示，共分為四個(gè)圓環(huán)區(qū)域，半徑分別為4千米、 9 千米、 15千米和 22千米，如圖4-6 所示。單車的密度設(shè)置為2000輛每平方公里，比例系數(shù)從里到外一次為 1、 4/9、 4/15、 4/22。將所有數(shù)據(jù)帶入公式（4- 5）進(jìn)行計(jì)算，得到單車數(shù)量為81. 9 萬輛。4.1.4 基于通勤市場(chǎng)的計(jì)算模型公交站和軌道交通站口都是共享單車市場(chǎng)需求最為強(qiáng)勁的地區(qū)，基于通勤市場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算共享單車的市場(chǎng)需求也是一個(gè)合理方法。如圖 4-6 是摩拜單車停放位置與上海市地鐵站的位置示意圖，若以地鐵站為中心，以 1 千米為半徑畫圓，60%以上的單車都

15、位于此區(qū)域內(nèi)。根據(jù)白皮書分析數(shù)據(jù)，高達(dá)90%的用戶會(huì)把共享單車搭配公交和地鐵使用。因此，我們依據(jù)通勤市場(chǎng)，建立以下模型。4-7)其中， ? ? 是根據(jù)通勤市場(chǎng)計(jì)算的單車數(shù)量，? ? 是每座地鐵站需要的單車 數(shù)量， ? 是每座公交站需要的單車數(shù)量?？紤]到并非所有的單車都中在地鐵站和公交站附近區(qū)域，在計(jì)算中加一個(gè)改正比例，這個(gè)比例設(shè)置為20%。 目前， 截止 2015年 12月， 上海市區(qū)共有地鐵站366座， 公交站 13941 座， 考慮到地鐵站人流量較大，出站口較多，每座地鐵站需要單車數(shù)量設(shè)置為400 輛， 每座公交站周圍所需單車數(shù)量設(shè)置為40 輛。圖4- 7 摩拜單車停放位置與上海市地鐵站的

16、位置示意圖將以上數(shù)據(jù)帶入公式（4-7 ）進(jìn)行計(jì)算，得出上海市所需單車數(shù)量為84.5萬輛。（ 4-8 ）以上三種模型計(jì)算所得上海市單車需求量分別為91.6 萬輛、 81.9 萬輛和84.5 萬輛，根據(jù)公式（4-6）取其平均值為86 萬輛。M=（Mp+Ms+Md） × 1/3=86（4-9）目前市場(chǎng)上投放的共享單車約50 萬輛，雖然市場(chǎng)并沒有飽和，但是整體需求增長(zhǎng)會(huì)趨緩，考慮到城市管理等因素，繼續(xù)增加單車投放量沒有太大必要，目前，增強(qiáng)單車的管理能力，提升服務(wù)質(zhì)量才是共享單車企業(yè)的重要議題。4.2 問題二的模型建立與求解某城區(qū)推行免費(fèi)公共自行車服務(wù)，已知地區(qū)基本信息如下（ 如圖所示 ）17

17、個(gè)網(wǎng)點(diǎn) 600輛免費(fèi)自行車統(tǒng)計(jì)車輛數(shù)如下表所示由圖上作業(yè)法，可以計(jì)算出在居民聚集區(qū)每平方厘米的密度是2173 個(gè)人，而非居民集區(qū)為563 個(gè)人由問題二已知如果是建立一百個(gè)模型則完全覆蓋了這個(gè)區(qū)域，3600量自行車也完全可以滿足需求。帶入求解得至少要有87 個(gè)網(wǎng)點(diǎn)和2933 輛自行車以圖上作業(yè)法，可知倆個(gè)小15 個(gè)網(wǎng)點(diǎn)，需要1062 量自行車。4.3 問題三的模型建立與求解設(shè)擁有最大負(fù)荷為Q的k 調(diào)度車從指定的節(jié)點(diǎn)出發(fā)，對(duì)集合為G的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)度。 完成任務(wù)后返回原點(diǎn)。調(diào)度需求量和租賃點(diǎn)間的距離已經(jīng)求得。整個(gè)調(diào)度方案可以由下列一組方程和約束條件確定:(4-4-9) 式為目標(biāo)函數(shù)，求出最短距離;(4

18、-4-10) 式確定調(diào)度車的數(shù)目;(4-4-11) 確定了出發(fā)點(diǎn);(4-4-12)- (4-4-13) 確定了每輛調(diào)度車對(duì)特定節(jié)點(diǎn)只能調(diào)度1 次，不能重復(fù)經(jīng)過一個(gè)節(jié)點(diǎn);(4-4-14) 式保證每次調(diào)度時(shí)調(diào)度車上的數(shù)量能夠滿足任意節(jié)點(diǎn)的調(diào)度需求量，同時(shí)裝載量不能超過調(diào)度車的最大載重;(4-4-15) 式確定了某一節(jié)點(diǎn)的總需求量就是從該租賃點(diǎn)離開去往其他租賃點(diǎn)的自行車的數(shù)量之和;(4-4-16) 式確定了每一節(jié)點(diǎn)的調(diào)度量;（4-4-17） 式給出總需求量、分配量、調(diào)度量從該節(jié)點(diǎn)出發(fā)的自行車數(shù)目和到達(dá)該節(jié)點(diǎn)的自行車的數(shù)量之間的關(guān)系。（4-4-18） 式保證不同的調(diào)度車不能再同一時(shí)刻到達(dá)同一個(gè)租賃點(diǎn)。

19、根據(jù)以上一組方程和約束條件，就可以將調(diào)度問題相對(duì)完整的描述出來。這是一個(gè)優(yōu)化問題，在求解過程中由眾多的算法可以采用，但是考慮到算法的復(fù)雜性可標(biāo)稱的簡(jiǎn)潔性，我們采用的算法是啟發(fā)式算法，這將在模型求解中詳細(xì)討論。4.4 問題四的求解根據(jù)上述測(cè)得數(shù)據(jù)以及相關(guān)地區(qū)實(shí)際狀況，給出相關(guān)政策性建議：（一） 盡快出臺(tái)共享單車管理標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。無規(guī)矩不成方圓，車輛亂停亂放等問題的產(chǎn)生一部分源于管理沒跟上發(fā)展而引發(fā)陣痛。加之交通工具的停放涉及對(duì)城市公共空間的占用，涉及到公共空間，實(shí)則關(guān)乎公共利益的分配，應(yīng)盡快出臺(tái)管理標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，明確政府、企業(yè)和市民的責(zé)任和義務(wù)，在發(fā)展和規(guī)范之間尋找平衡點(diǎn)，規(guī)范共享單車行業(yè)，消除負(fù)面影影響，將其融入城市交通發(fā)展大局中，與城市公共交通互補(bǔ)促進(jìn)，調(diào)整市民出行結(jié)構(gòu)和提升出行服務(wù)質(zhì)量。（二）共享管理配套跟進(jìn)。共享單車后續(xù)的規(guī)范還需要各個(gè)部門共享管