汽車分時(shí)租賃站點(diǎn)投放車輛規(guī)模模型研究

楊晗 張澤仁

摘 要：為了研究合理的汽車分時(shí)租賃站點(diǎn)投放車輛規(guī)模，首先分析了汽車分時(shí)租賃站點(diǎn)投放車輛規(guī)模的影響因素;然后分析了現(xiàn)有的2種汽車分時(shí)租賃站點(diǎn)投放車輛規(guī)模模型——戰(zhàn)略計(jì)劃決策模型和運(yùn)營(yíng)決策模型的優(yōu)、缺點(diǎn)，并結(jié)合汽車分時(shí)租賃企業(yè)的實(shí)際需求，提出基于調(diào)度的戰(zhàn)略計(jì)劃模型;再整合汽車分時(shí)租賃站點(diǎn)需要滿足的調(diào)度時(shí)間約束建立模型。該模型不僅能在調(diào)度的基礎(chǔ)上滿足用戶需求，而且盡可能地減少了閑置車輛的浪費(fèi)。最后，通過(guò)一個(gè)算例數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn)行了求解，計(jì)算結(jié)果證明該模型具有較高的效率和有效性。

關(guān)鍵詞：汽車分時(shí)租賃;站點(diǎn)投放;車輛規(guī)模模型

隨著信息化時(shí)代進(jìn)程的不斷加速，互聯(lián)網(wǎng)專車、社區(qū)共享汽車及分時(shí)租賃等新型的汽車使用模式應(yīng)運(yùn)而生。以共享經(jīng)濟(jì)的形式來(lái)提升車輛使用效率，在一定程度上緩解了汽車的閑置和低載客率等問題。為了實(shí)現(xiàn)分時(shí)租賃模式在中國(guó)的推廣，使其在實(shí)際生活中能夠滿足居民出行需求，僅借鑒國(guó)外已有的經(jīng)驗(yàn)不夠，需要對(duì)中國(guó)不同城市的不同分時(shí)租賃站點(diǎn)布設(shè)和投放車輛規(guī)模進(jìn)行研究，在滿足用戶需求的同時(shí)又盡可能地減少閑置車輛的浪費(fèi)。

Michael[1]給出了分時(shí)租賃的定義和具體分類情況，并對(duì)歐洲的分時(shí)租賃模式發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)潛力進(jìn)行了詳細(xì)的論述。Maria[2]等人利用時(shí)間佩特里網(wǎng)，建立電動(dòng)汽車的分時(shí)租賃模式的最佳車輛規(guī)模和充電樁數(shù)量的優(yōu)化模型。Cao[3]等人通過(guò)2個(gè)階段來(lái)確定分時(shí)租賃站點(diǎn)車輛數(shù)上、下閾值的模型，實(shí)例研究表明：該模型可以得到更好的服務(wù)率和更少的移動(dòng)時(shí)間。孫歡歡[4]建立了1個(gè)用戶預(yù)約分配模型，并在此基礎(chǔ)上，分別增加時(shí)間優(yōu)先權(quán)和車輛資源優(yōu)化這 2 個(gè)因素，建立了另外2個(gè)用戶預(yù)約分配模型。王麗敏[5]使用層次分析法（AHP），建立了一個(gè)分時(shí)租賃站點(diǎn)選址評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系。并通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)法，建立了響應(yīng)站點(diǎn)選址方案的評(píng)價(jià)模型。國(guó)外已有少量針對(duì)汽車分時(shí)租賃站點(diǎn)投放車輛規(guī)模的模型，都是傳統(tǒng)的優(yōu)化模型，而中國(guó)還停留在對(duì)站點(diǎn)選址的研究上。作者通過(guò)分析汽車分時(shí)租賃站點(diǎn)投放車輛規(guī)模的影響因素，擬提出符合實(shí)際需求的站點(diǎn)投放車輛規(guī)模模型。Nourinejad[6]等人在滿足所有用戶需求的前提下，建立了最優(yōu)車輛規(guī)模配置模型;然后，在車輛規(guī)模配置保持不變的基礎(chǔ)上，以分時(shí)租賃系統(tǒng)收益最大化為目標(biāo)函數(shù)，建立了分時(shí)租賃站點(diǎn)調(diào)度模型，并假設(shè)調(diào)度在網(wǎng)上完成。國(guó)內(nèi)、外有關(guān)汽車分時(shí)租賃系統(tǒng)建設(shè)以及站點(diǎn)位置優(yōu)化的研究已經(jīng)較為成熟，盡管國(guó)外已有少量針對(duì) 汽 車 分 時(shí) 租 賃 站 點(diǎn) 投 放 車 輛 規(guī) 模 的 模型，但所涉及到的均為車輛的集中調(diào)度。為此，作者擬提出的分時(shí)租賃站點(diǎn)車輛規(guī)模模型，并考慮到各站點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)車輛調(diào)度，以期彌補(bǔ)該研究?jī)?nèi)容上的空白。

1 汽車分時(shí)租賃站點(diǎn)投放車輛規(guī)模的影響因素

汽車分時(shí)租賃站點(diǎn)投放車輛規(guī)模受分時(shí)租賃運(yùn)營(yíng)模式、分時(shí)租賃的調(diào)度及分時(shí)租賃用戶需求3個(gè)因素的影響。

1.1 汽車分時(shí)租賃的運(yùn)營(yíng)模式

1.1.1 典型汽車分時(shí)租賃運(yùn)營(yíng)模式的對(duì)比

汽車分時(shí)租賃最先在歐洲開始發(fā)展 壯大，其運(yùn)營(yíng)模式分為2大類：①自由流動(dòng)模式，最典型的企業(yè)是德國(guó)的 Car2Go;② 基于站點(diǎn) 模式，其代表性企業(yè)是法國(guó)的 Autolib。中國(guó)的分時(shí) 租賃 模式起步較晚，最先引入分時(shí)租賃模式的是北京、上海及杭州3 個(gè) 城 市，分時(shí)租賃企業(yè)的代表為易卡、EVCARD及微公交。5種典型分時(shí)租賃企業(yè)運(yùn)營(yíng)模式的對(duì)比見表1。

1.2 汽車分時(shí)租賃的調(diào)度模式

1）基于用戶隨機(jī)使用的車輛調(diào)度

這種車輛調(diào)度完全依靠用戶的使用行為來(lái)進(jìn)行，由于出行需要而導(dǎo)致的部分用戶的異地還車，使車輛調(diào)度被動(dòng)地完成。基于用戶隨機(jī)使用的車輛調(diào)度過(guò)于依賴于用戶，且具有很大的隨機(jī)偶然性，一旦用戶的使用需求趨于穩(wěn)定后，該種模式只會(huì)導(dǎo)致供需矛盾越來(lái)越劇烈。

2）基于用戶的激勵(lì)調(diào)度系統(tǒng)

基于用戶的激勵(lì)調(diào)度系統(tǒng)旨在通過(guò)激勵(lì)模式來(lái)引導(dǎo)用戶在某些指定站點(diǎn)進(jìn)行取車和還車。該系統(tǒng)通過(guò)適當(dāng)?shù)莫?jiǎng)勵(lì)或者罰金來(lái)誘導(dǎo)用戶對(duì)其原本的出行路徑和形式進(jìn)行合理的調(diào)整，將其使用分時(shí)租賃車輛的行為轉(zhuǎn)化為對(duì)企業(yè)所需要完成的有效的車輛調(diào)度，從而在滿足用戶使用需求的同時(shí)又能夠使有限的車輛資源能夠得到充分利用。

3）實(shí)時(shí)響應(yīng)調(diào)度模式

實(shí)時(shí)響應(yīng)調(diào)度模式的運(yùn)作依賴于一個(gè)實(shí)時(shí)響應(yīng)的系統(tǒng)中心。該系統(tǒng)中心負(fù)責(zé)收集和觀察各租賃站點(diǎn)的實(shí)時(shí)車輛數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有實(shí)時(shí)車輛數(shù)目高于最大上限車輛數(shù)或者低于最小下限車輛數(shù)的站點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，即對(duì)該站點(diǎn)的車輛進(jìn)行統(tǒng)籌調(diào)度。

4）需求預(yù)測(cè)下的實(shí)時(shí)響應(yīng)調(diào)度模式

需求預(yù)測(cè)下的實(shí)時(shí)響應(yīng)調(diào)度模式是對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)調(diào)度模式的優(yōu)化。在實(shí)時(shí)響應(yīng)調(diào)度模式的基礎(chǔ)上，加入用戶對(duì)租賃車輛使用需求的預(yù)測(cè)。通過(guò)對(duì)歷史用戶需求的數(shù)據(jù)收集和總結(jié)，對(duì)1d中各個(gè)站點(diǎn)的實(shí)時(shí)車輛需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，系統(tǒng)中心再根據(jù)需求預(yù)測(cè)變化的趨勢(shì)并結(jié)合實(shí)時(shí)車輛數(shù)，對(duì)調(diào)度方案進(jìn)行預(yù)判，并通知工作人員做好執(zhí)行車輛調(diào)度工作的準(zhǔn)備。

在4 種不同的調(diào)度模式中，需求預(yù)測(cè)下的實(shí)時(shí)響應(yīng)的調(diào)度模式不僅能通過(guò)減少閑置車輛來(lái)提高車輛的使用效率，還能最大限度地減少用戶的等待時(shí)間，是最適合分時(shí)租賃企業(yè)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的調(diào)度模式。

1.3 汽車分時(shí)租賃的用戶需求

1.3.1 汽車分時(shí)租賃用戶特征分析

1）個(gè)人屬性

分時(shí)租賃用戶男性比女性多一些;處于30～44歲年齡段內(nèi)的用戶占比最高，使用分時(shí)租賃車輛頻率最高的為有穩(wěn)定工作的上班族;針對(duì)教育程度而言，分時(shí)租賃用戶有一個(gè)明顯趨于高學(xué)歷的走向，其中，擁有大學(xué)教育經(jīng)歷的分時(shí)租賃使用者占據(jù)了接近一半的比例，其次為碩士/MBA;而在月收入方面，分時(shí)租賃用戶中占比最大的為月收入在中等水平的用戶，其次為月收入在較高水平的用戶。

2）社會(huì)屬性

Ni（z-1）

和 Ni（z-1）′（t）≤0。 （2）

式中：Ni（z-1）為 站 點(diǎn)i 在z-1 時(shí)刻剩余的車輛數(shù)。

②第二類為可以調(diào)度車輛出去的站點(diǎn)。這類站點(diǎn)的特征為：當(dāng)某個(gè)時(shí)間段開始時(shí)，該站點(diǎn)剩余的車輛數(shù)能滿足這個(gè)時(shí)間段內(nèi)所有時(shí)刻的車輛需求，且車輛在該時(shí)刻有增加的趨勢(shì)，該站點(diǎn)在該時(shí)刻時(shí)，可以調(diào)度出去車輛。即：

Ni（z-1）≥max（Oik）-Oi（z-1）（k∈（z，z+1））

和 Ni（z-1）′（t）≥0。 （3）

該模型的核心在于：從可以調(diào)度車輛出去 的站點(diǎn)中，選擇最近能夠滿足調(diào)度需求的站點(diǎn)，將車輛調(diào)度給需要調(diào)度車輛進(jìn)來(lái)的站點(diǎn)，最后使所有站點(diǎn)都可以滿足用戶需求。因此，對(duì)于某個(gè)需要調(diào)度車輛進(jìn)來(lái)的站點(diǎn)存在時(shí)間約束，即在該站點(diǎn)到達(dá)最大車輛需求時(shí)間之前，調(diào)度的車輛要到達(dá)。當(dāng)i站點(diǎn)在z-1時(shí)刻需要從j 站點(diǎn)調(diào)度車輛時(shí)，其應(yīng)滿足的約束條件為：tz-1′-（z-1）≥tij。 （4）式中：tz-1′為站點(diǎn)i在z 時(shí)間段內(nèi)達(dá)到最大需求的時(shí)刻;tij為站點(diǎn)i與站點(diǎn)j 之間的行駛時(shí)間。對(duì)于某個(gè)系統(tǒng)，存在若干個(gè)站點(diǎn)中有若干個(gè)時(shí)刻需要調(diào)度車輛進(jìn)去的情況，因此，該時(shí)間約束條件的個(gè)數(shù)需由具體的用戶需求情況決定。

3.3 算例求解

選取5個(gè)分時(shí)租賃站點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，分別預(yù)設(shè)該5個(gè)分時(shí)租賃站點(diǎn)在理想狀態(tài)下的需求函數(shù)（見 表 3），并 預(yù) 設(shè) 各 站 點(diǎn) 間 調(diào) 度 車 輛 的 行 駛時(shí)間。

將研究對(duì)象5個(gè)分時(shí)租賃站點(diǎn)作為粒子群優(yōu)化算法的5個(gè)維度，這些站點(diǎn)的投放車輛規(guī)模的集合即表示為各粒子群的位置向量，輸入各站點(diǎn)需求函數(shù)和站點(diǎn)間車輛調(diào)度時(shí)間作為已知條件，對(duì)該模型利用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行編程求解。

對(duì)比分析各站點(diǎn)的最大車輛需求和模型 求解，其結(jié)果見表4。

從表4 中可以看出，前4 個(gè)站點(diǎn)模型求解的結(jié)果都小于該站點(diǎn)的最大需求，只有第 5 個(gè)站點(diǎn)模型求解的結(jié)果大于該站點(diǎn)需求。表明：在實(shí)際汽車分時(shí)租賃企業(yè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，如果能夠在用戶使用中綜合實(shí)時(shí)調(diào)度，則可以通過(guò)較少的車輛就達(dá)到完全滿足用戶需求的目的，以此能夠減少企業(yè)初期投入，并減少閑置車輛的浪費(fèi)。

4 結(jié)論

本研究分析了汽車分時(shí)租賃站點(diǎn)投放車輛規(guī)模的影響因素后，發(fā)現(xiàn)汽車分時(shí)租賃的運(yùn)營(yíng)模式、調(diào)度模式及用戶需求都對(duì)其站點(diǎn)投放規(guī)模有明顯影響。為了實(shí)現(xiàn)分時(shí)租賃企業(yè)的實(shí)際需求，綜合現(xiàn)有的汽車分時(shí)租賃站點(diǎn)投放車輛規(guī)模模型———戰(zhàn)略計(jì)劃決策模型和運(yùn)營(yíng)決策模型的優(yōu)、缺點(diǎn)，作者提出了一種新的汽車分時(shí)租賃站點(diǎn)投放車輛規(guī)模模型，即基于調(diào)度的戰(zhàn)略計(jì)劃模型。該模型不僅能在調(diào)度的基礎(chǔ)上滿足用戶需求，而且盡可能地減少了閑置車輛的浪費(fèi)。算例求解證明了該模型具有較高的效率和有效性，并能為分時(shí)租賃企業(yè)各站點(diǎn)投放車輛規(guī)模提供指導(dǎo)和建議。

作者簡(jiǎn)介：楊晗（1983.08—），男，漢族，江蘇南京人，本科，工程師，研究方向：新能源汽車共享出行研究。