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)濟給人們的工作和生活帶來了極大的便利，共享單車在我國發(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。針對問題一，我們根據(jù)人口、市區(qū)面積和通勤市場三種計算單車需求量的模型.建立于人口數(shù)量的計算模型中，考慮了人口年齡、性別和受教育程度等不同人群對單車的不同需求，合理地計算出基于人口的共享單車需求量。在依據(jù)城市市區(qū)面積的計算模型中，建立同心圓環(huán)的計算模型，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)，進而更合理的估算共享單車需求量。針對問題二，根據(jù)統(tǒng)計學用柱狀圖或者折線圖來統(tǒng)計一下每天、每周、

2、每月、每年的用車情況；然后，用箱形圖來統(tǒng)計一下一天中、一周中、一個月甚至一年中某個時間段的用車情況；再用方差和標準差求一下每天、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)去決定投放量針對問題三，我們從計算兩點的最短路徑入手，將最短路徑計算出后考慮將早中晚三個時間段內(nèi)的高峰期取平均值后再最初計算.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,算出每個點以需求量。針對問題四，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)的正當利益，推動產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，另一方面需要持

3、續(xù)在城市治理上攻堅突破，進一步提高城市發(fā)展質(zhì)量。只有做到上述兩方面，才能實現(xiàn)共享單車與城市管理的共贏。本文針對當今城市普遍存在的共享單車布置問題，通過市場飽和度測算得出不同時空共享單車的需求量，用統(tǒng)計學原理結(jié)合實際數(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，在實際的運用中具有一定的價值.關(guān)鍵詞：共享單車、市場飽和度測算、統(tǒng)計學、反比例函數(shù)1 .問題重述一、引言1 .背景知識2016年下半年以來，國內(nèi)共享單車一路高歌猛進，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。共享單車響應了時下綠色出行、慢生

4、活的號召，以時髦的外觀和無固定停車點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，共享單車數(shù)量的迅速擴張、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評價企業(yè)競爭力的方法，為企業(yè)了解、提高市場競爭力提供了現(xiàn)實依據(jù)，在實際應用中有較大的參考價值。二.要解決的具體問題（1）建立合理的指標，分析不同時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，使得共享單車的數(shù)量能夠趨于合理性

5、。（3）依據(jù)以上問題的研究成果，嘗試建立適當?shù)臄?shù)學模型，設計出共享單車的調(diào)度方案。（4）如果你是某家共享單車公司的主要負責人，請你設計出一套合理的經(jīng)營方案，并論證其合理性.2、模型假設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量發(fā)生重大改變的情況。2。假設20歲以下和60歲以上的人群暫時沒有單車需求。3 .假設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”之外其他因素對共享單車核心競爭力評價的影響。5。假設出行者均以出行成本最小的原則來選擇出行方式。3,模型符號說明p共享單車需求量9單車市場滲透率“單車投放密度?D地鐵站數(shù)量修正比例?據(jù)通勤市場計算

6、的單車量0.模糊評價指標.?模糊評價評語集?綜合競爭力指標x(0)用戶量原始序列t單車騎行時間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?cc比例系數(shù)?G公交車站數(shù)量地鐵站每站單車需求量0.公交站每站單車需求量°。模糊評價因素集.評判向量0”不同評價類別綜合指數(shù)?X：1)用戶量預測數(shù)據(jù)Z單車騎行費用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年共享單車與城市發(fā)展白皮書發(fā)布(以下簡稱白皮書)1,這是全國首部全面展現(xiàn)共享單

7、車通過交通創(chuàng)新模式，促進城市健康發(fā)展的研究報告。研究發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)新型的智能共享單車在進入城市不到一年的時間里，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%,實現(xiàn)了“自行車王國”的人性化復興。智能共享單車代表著和諧的生活方式，代表著“互聯(lián)網(wǎng)+"與實體經(jīng)濟的完美結(jié)合，不僅帶回了自行車JI流不息的生活氣息，還促進市民積極參與城市共建，推動了城市文明、低碳、智慧、健康的發(fā)展。共享單車在方便人們出行的同時，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)了機動車道，嚴重影響了社會公共秩序,

8、因此，合理的分析共享單車的市場需求和城市承載量的關(guān)系，對于城市的管理和運營公司有效投放單車都具有重要意義。由于各個城市的經(jīng)濟發(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行分析。市場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算單車需求量。圖4-1單車需求量分析視角4。1。2基于人口數(shù)量的計算模型建立最簡單的計算模型如下：M=P凡(41)如果以2.5%的滲透率來計算，上海市的單車需求量為60萬輛，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，

9、建立計算模型為：M=(PmXLm+PwXLw>x0.5+(PzXLz+PgXLg)00.5(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歲性人口對共享單車的需求比例，R是2059歲受教育程度為大學專科及以上的人口數(shù)量，Lz是2059歲受教育程度為大學專科及以上的人口對共享單車的需求比例，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共享單車的需求比例。性女性男人口數(shù)/萬人3163U091019202930394049505960697

10、0以上圖42上海市第六次普查人口的性別年齡23970.3/如圖4-2是上海市第六次普查人口的性別年齡構(gòu)成2,從圖中我們可以計算出，2059歲的男性人口數(shù)量為856o22萬，2059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，我們設置男性的需求比例為8%,女性的需求比例為4%,大體符合目前的市場調(diào)研數(shù)據(jù)。圖43是上海市第六次人口普查受教育程度人口的年齡組成，從圖中可以計算得出,2059歲受教育程度在大學?？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，對于受教育程度不同的人群，單車的需求比例也是不同的，參考白

11、皮書數(shù)據(jù)，受教育程度較高的人群對于單車的需求比例更高，我們設置2059歲受教育程度在大學專科及以上的人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群的單車需求比例為4%,基本符合目前的市場數(shù)據(jù)分析。6-9歲70歲以上100.0080。006569歲6064歲5559歲60.0040.0020o00，0/0<10-14歲一未上過學1519歲小學2024歲初中高中大學?？?5-29歲大學本科50-54歲研允生3034歲4549歲3539歲40-44歲將上述數(shù)據(jù)帶入模型公式（42）計算，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

12、于城區(qū)面積的計算模型在分析共享打車的市場需求中，基于城市建成區(qū)的面積是一項很重要的計算方式。最簡單的模型就是面積乘以單車密度。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，假設單車密度為1000輛每平方公里，則需要單車數(shù)量為156。3萬輛.圖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，單車的密度越小，甚至有些地區(qū)的單車密度幾乎為零.所以設置簡單的計算公式（44）是不合理的?？紤]到距離市中心越遠，單車的密度越小，我們設置了一個同心圓的計算模型（圖4

13、-6所示），不同的圓環(huán)，單車的密度設置不同的值，使計算結(jié)果更加準確.(45)其中，M是依據(jù)城區(qū)面積計算的單車數(shù)量，S是不同區(qū)域的面積，？是城區(qū)單車密度，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1563平方公里，近似為一個半徑為22千米的圓，如圖4-6所示，共分為四個圓環(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（45）進行計算，得到單車數(shù)量為81o9萬輛4。1.4基于通勤市場的計算模型公交站和軌道交通站口都是共享單車

14、市場需求最為強勁的地區(qū)，基于通勤市場進行計算共享單車的市場需求也是一個合理方法。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，若以地鐵立為中心，以1千米為半徑畫圓，60%以上的單車都位于此區(qū)域內(nèi)。根據(jù)白皮書分析數(shù)據(jù)，高達90%的用戶會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，建立以下模型。(4-7)其中，？。是根據(jù)通勤市場計算的單車數(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.考慮到并非所有的單車都中在地鐵站和公交站附近區(qū)域，在計算中加一個改正比例，這個比例設置為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

15、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)量設置為400輛，每座公交站周圍所需單車數(shù)量設置為40輛圖4-7摩拜單車停放位置與上海市地鐵站的位置示意圖將以上數(shù)據(jù)帶入公式(4-7)進行計算，得出上海市所需單車數(shù)量為84.5萬輛。如=MkgGxQx(lU)=(366*x400十1394rx40)(l+20fc)=84.53(4-8)以上三種模型計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=(M+M+M)X1/3=86(4-9)目前市場上投放的共享單車約50萬輛，雖然市場并沒有飽和，但是整體需求增長會趨緩，考慮到城市管理

16、等因素，繼續(xù)增加單車投放量沒有太大必要，目前，增強單車的管理能力，提升服務質(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)推行免費公共自行車服務，已知地區(qū)基本信息如下(如圖所示)目前該地區(qū)現(xiàn)有17個網(wǎng)點600輛免費自行車統(tǒng)計車輛數(shù)如下表所示編號上午7:00車輛數(shù)下午5:30車輛數(shù)17070Xr60903403043010530106301075045S30109130P701030101130201230KO13201014506015201()16205173060由圖上作業(yè)法，可以計算出在居民聚集區(qū)每平方厘米的密度是2173個人，而非居民集區(qū)為563個人由問題二已知如果是

17、建立一百個模型則完全覆蓋了這個區(qū)域，3600量自行車也完全可以滿足需求。建立目標函數(shù)：=L-1001=01，2，3rgymiK-£_Vy<3600j_q1，330.5x+0.03y<110V/(x)-kr)=帶入求解得至少要有87個網(wǎng)點和2933輛自行車以圖上作業(yè)法，可知倆個小區(qū)至少需要建立15個網(wǎng)點，需要1062量自行車。4。3問題三的模型建立與求解設擁有最大負荷為Q的k調(diào)度車從指定的節(jié)點出發(fā)，對集合為G的節(jié)點進行調(diào)度.完成任務后返回原點。調(diào)度需求量和租賃點間的距離已經(jīng)求得.整個調(diào)度方案可以由下列一組方程和約束條件確定：fflin(4-3-9)之心上C4-3-10)A-

18、1WJt及(4-3-11)>1MJtnyVx*=1(43-12)hl£J=f2Z>”1(4-3-B)e_i芋?？?蟲M0(4-14>4=%&4315)&££，>%(4-26)j-ij-i3"d»t寺與(4317)7-17-1手工匚(4-3-1S(449)式為目標函數(shù)，求出最短距離；(4-4-10)式確定調(diào)度車的數(shù)目；(4-4-11)確定了出發(fā)點；(4-412)(4-4-13)確定了每輛調(diào)度車對特定節(jié)點只能調(diào)度1次,不能重復經(jīng)過一個節(jié)點；(4-4-14)式保證每次調(diào)度時調(diào)度車上的數(shù)量能夠滿足任意節(jié)點的調(diào)度需

19、求量，同時裝載量不能超過調(diào)度車的最大載重；(4-4-15)式確定了某一節(jié)點的總需求量就是從該租賃點離開去往其他租賃點的自行車的數(shù)量之和；(4-4-16)式確定了每一節(jié)點的調(diào)度量（44-17）式給出總需求量、分配量、調(diào)度量從該節(jié)點出發(fā)的自行車數(shù)目和到達該節(jié)點的自行車的數(shù)量之間的關(guān)系。（4418）式保證不同的調(diào)度車不能再同一時刻到達同一個租賃點。根據(jù)以上一組方程和約束條件，就可以將調(diào)度問題相對完整的描述出來。這是一個優(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雜性可標稱的簡潔性，我們采用的算法是啟發(fā)式算法，這將在模型求解中詳細討論。4。4問題四的求解根據(jù)上述測得數(shù)據(jù)以及相關(guān)地區(qū)實際狀況，給出相關(guān)政策性建議：（一）盡快出臺共享單車管理標準與規(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城市公共空間的占用，涉及到公共空間，實則關(guān)乎公共利益的分配，應盡快出臺管理標準與規(guī)范，明確政府、企業(yè)和市民的責任和義務，在發(fā)展和規(guī)范之間尋找平衡點，規(guī)范共享單車行業(yè)，消除負面影影響，將其融入城市交通發(fā)展大局中，與城市公共交通互補促進，調(diào)整市民出行結(jié)構(gòu)和提升出行服務質(zhì)量。（二）共