公共自行车系统调度管理优化方法研究

摘要

近年来，我国城市交通拥堵和环境污染问题日益严重，而过分依赖私人汽车出行以及单一化的出行方式是导致这些问题的主要原因。因此，国家提出了“优先发展公共交通”的战略，并鼓励多模式交通组合出行。公共自行车系统既是城市交通系统的组成部分，同时也是常规公交、轨道交通的重要接驳方式。将公共自行车与公共交通结合起来，可以吸引更多出行向公共交通方式转移，提高城市公共交通的吸引力和竞争力，使之成为缓解城市交通拥堵、降低污染、促进整个城市交通良性发展的一个重要措施。在此背景下，公共自行车能否发挥好接驳功能，跟公共自行车合理调度有关。因此，研究公共自行车系统调度管理优化问题对提高城市公共交通的机动性和可达性，延伸公交服务，解决“最后一公里”的问题有着重要的意义。 本文针对我国缺乏相关的调度优化方法来指导公共自行车系统调度管理的问题，研究了一种公共自行车调度管理优化方法。论文取得的主要研究成果如下： （1）以江苏省南京市公共自行车选择意愿的调查数据为基础，通过离散选择模型（有序多分类Logit回归模型），定量研究了公共自行车选择意愿与影响因素之间的关系，建立了以高峰时段公共自行车的取车时间（ltap）、公共自行车使用时长（ut）、公共自行车站点布局的合理性（ra）、公共自行车站点的设施水平（el）、性别（女）、是否拥有私家车（没有私家车）和工作属性（job1学生）这些影响因素（解释变量）与公共自行车选择意愿的数学模型；并对模型进行了偏效应分析，从系数、解释变量作单位变化等角度对模型进行了分析。分析发现：对于南京市公共自行车系统而言，个人属性对公共自行车选择意愿的影响要大于出行约束条件和设施水平。 （2）分析了公共自行车租赁站点布局的影响因素和依据，在此基础上提出了基于均方差的TOPSIS（逼近理想点排序法）公共自行车租赁站点布局优化方法并通过实例分析对方法的有效性进行了验证。 （3）提出了一种公共自行车调度区域动态划分的方法。该方法以租赁站点布局优化为基础，首先考虑租赁站点的位置以及站点间的距离，以聚类分析为基础，将距离相近的站点划分到一个区域内（即划分到一个类中）；其次，在不改变区域（类）数量以及每个区域（类）内租赁站点数量的情况下，根据所划分区域（类）内站点实时需求的情况，通过交换需要调入公共自行车站点和需要调出公共自行车站点所在类的方式来降低类内需求量的不平衡性，使得每个类内需要调入公共自行车站点和需要调出公共自行车站点的需求量最大程度均衡化。 （4）考虑道路堵塞或者天气变化这些不确定因素对调度车辆车速的影响，将公共自行车系统调度路径优化问题视为非匀速带时间窗的调度路径优化问题，建立了以调度费用最少为优化目标的数学模型并给出了模型的求解方法，并在此基础上，提出了一种基于时间窗差值检测插入的路径优化算法并通过实例求解验证算法的有效性。 （5）建立了以调度费用最少、调度距离最短的多目标公共自行车动态调度优化模型，进而提出了一种公共自行车调度优化方法，该方法采用离散差分进化算法和插入可行邻域求出新的变异和交叉算子，并有效排除不可行解；并采用局部禁忌搜索算法对最优个体进行局部搜索并提出了一种2-opt可行邻域结构，通过这种邻域结构在局部搜索中减少对不可行解的搜索，得到最优初始调度方案。根据需求预测信息和实时需求信息对最优初始方案进行动态调整，以适应调度过程中产生的需求变化，并保证调度费用尽可能小和调度距离尽可能短。最后通过实例求解验证方法的有效性。 本文研究的公共自行车调度管理优化方法可以为公共自行车系统规划和调度管理提供理论支持，研究成果可以用于分析公共自行车的运营状况，也可以作为公共自行车租赁站点布局优化以及调度策略制定的依据，具有一定的实用价值。

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