城市共享單車停放問題的最優化研究

陳李明 漆志鵬 余付杰 張斌 周洋

【摘 要】本文對共享單車的租賃點的分布與企業運營成本及居民需求之間的關系進行研究，建立雙層規劃模型，為共享單車的租賃點的分布規劃提供理論支持，在保證企業的成本最小的基礎上使居民使用共享單車出行效率最高。

【關鍵詞】共享單車 租賃點選址優化 雙層規劃模型 LINGO

一、背景介紹

由于我國共享單車市場的新興性，大量的學術理論將目光集中在行業的發展前景，市場趨勢預測等，關于停放的相關理論成果仍然欠缺。雖然目前一些共享單車企業已經注意到了這些問題，并設立租賃點倡議使用者集中停放，但這種租賃點的分布是一種經驗上的規劃，在實際應用中體現出了很多問題。主要問題有：1）未充分考慮居民與租賃點的距離及交通的便利性，租賃點選址存在不合理的地方。2）未考慮租賃點周邊共享單車的需求量，使部分租賃點共享單車不足或有閑置車輛。3）共享單車的集中停放導致的企業運營成本的增加，如租賃點的地價，共享單車的維護和更換費用都會受到影響。這些問題的存在正是共享單車亂停亂放問題不能得到有效解決的原因。

二、雙層規劃模型

1.模型準備

在共享單車租賃點布局優化問題中，包含了兩種不同目標的人群。一種是共享單車企業通過建設租賃點方案，使所需要的成本最低；另一種是使用者通過調整出行方式和路線，使出行時間最少。故適宜采用雙層規劃模型。

上層模型的建立僅考慮經濟因素的影響。在滿足區域內居民需求的基礎上，綜合考慮租賃點地價，共享單車成本及維護費用等因素，以租賃點總建設成本最小為決策目標。下層模型從用戶角度考慮，以用戶出行效率最高為目標，選取用戶出行時間為衡量用戶出行效率的主要因素，建立用戶出行時間最短的共享單車停放模型。

本文使用美國聯邦公路局路阻函數（BPR函數），考察行人對共享單車的影響及機動車對共享單車的影響，并運用二者的影響系數，進行改進之后運用于租賃點周邊道路。建立用戶出行時間最短模型如下：

其中，：出行總時間；：租賃點到需求點的距離；：租賃點到需求點的步行速度；：足夠大的正數；：租賃點周邊所有道路通行時間的總和。

三、實例分析

2017年6月6日左右，對南昌市新建區以地鐵大廈地鐵站為中心的摩拜單車需求量進行調查分析。為了研究方便，我們以地鐵大廈地鐵站為中心畫十字將新建區分成四個區從上往下、從左往右依次為A、B、C、D區，前湖大道以南的區域為E區，這五個小區分別對應為商貿區、景點區、居住區、辦公區、高校區，通過調查和計算得出各小區租借需求數，然后計算出相關參數值，如共享單車周轉率等。在已知周轉率的基礎上，可得出各小區所需共享單車租賃點以及每個租賃點配備的單車數量如下：A小區需租賃點數10個，配備單車65輛/租賃點；B小區需租賃點數16個，配備單車70輛/租賃點；C小區需租賃點數14個，配備單車93輛/租賃點；D小區需租賃點數12個，配備單車85輛/租賃點；E小區需租賃點數15個，配備單車60輛/租賃點，將相應數據代入模型中，通過Lingo求解，滿足雙層規劃模型中的兩個條件：企業成本小、用戶出行效率高，得出如下規劃方案：

A：此區為商貿區，以紅谷灘萬達廣場為主，需共設10個摩拜共享單車租賃點。根據本文的研究結果，建議企業在衛東地鐵站的4個出入口設定租賃點，其余的租賃點設立在萬達廣場周圍的幾個路口。因路口太多，企業可自由選擇但需要滿足雙層規劃的兩個條件，方便人們出行。

B：此區為景點區，以秋水廣場為主，可設立16個租賃點。具體為先在紅谷中大道和世貿路交匯的路口設立3個租賃點，可設在三個地鐵站出口旁邊，然后在紅谷中大道和會展路交匯的路口設立4個租賃點，最后將其余的租賃點全部設立在秋水廣場周圍的各個路口，企業可自行選擇路口設立。

C：此區為居民區，以衛東花園小區為主，可設立14個租賃點。首先根據衛東花園各期大小以及人數規模在1期小區和3期小區內部各設立2個租賃點，然后在鳳凰中大道的三個路口以4、3、3的規模設立租賃點，方便市民出行。

D：此區為辦公區，以地鐵大廈和江西省版權局為主，但也包括部分居民區，可設立12個租賃點。可分別在紅谷中大道與怡園路、麗景路、翠園路交匯處的三個路口各設立3個租賃點，然后分別在贛江中大道與怡園路、麗景路、翠園路交匯處的三個路口各設立1個租賃點。

E：此區為高校區，以南昌航空大學、南昌大學、江西科技師范大學為主。上文的15個租賃點是以南昌航空大學為例而規劃的，但因為各個高校的規模不同，本文不好直接規劃租賃點設立方案，故各高校可根據自己的實際情況以及考慮到企業的成本最小化和學生的高效出行進行設定。

綜上所述，本文通過雙目標規劃模型研究共享單車的租賃點該如何規劃，改善了共享經濟下共享單車對交通的影響，對于提高人們的出行效率具有重大意義，同時也進一步提升了共享單車租賃點布局優化的科學性和可靠性。因此，本文選址規劃方法具有現實普及意義。

參考文獻

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