本發(fā)明涉及一種針對(duì)高峰期公共自行車租賃點(diǎn)選址布局方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，世界不少國(guó)家面臨著機(jī)動(dòng)化交通帶來的極大災(zāi)難，如城市污染，擁堵等。降低城市機(jī)動(dòng)化出行、倡導(dǎo)低碳出行、綠色出行迫在眉睫。城市公共自行車是一種完全綠色、無能耗、無污染、便捷的交通出行方式，而且有助于解決公交無法完成的末端一公里任務(wù)以及城市短距離的出行任務(wù)，因此有必要在城市里推廣公共自行車的出行。
根據(jù)meddin和demaio(2014)的研究知，自1965年在阿姆斯特丹推行，目前在世界上五大洲已經(jīng)有730多個(gè)城市在使用公共自行車系統(tǒng)。各個(gè)城市的公共自行車系統(tǒng)的運(yùn)行效率卻是千差萬別，其主要根本原因是公共自行車系統(tǒng)的租賃點(diǎn)選址布局不合理。尤其是在高峰期，不合理的站點(diǎn)選址布局將會(huì)導(dǎo)致過大用戶步行距離，增加借還車的難度，從而使得自行車系統(tǒng)的使用效率大打折扣。因此對(duì)高峰期城市公共自行車系統(tǒng)租賃點(diǎn)進(jìn)行合理的選址布局勢(shì)在必行。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出了一種針對(duì)高峰期城市公共自行車租賃點(diǎn)選址布局方法。主要包括包括租賃點(diǎn)數(shù)量和空間位置確定及個(gè)租賃點(diǎn)自行車數(shù)量和停車樁數(shù)量確定兩個(gè)部分。通過說明高峰期不考慮調(diào)度和周轉(zhuǎn)率的合理性與不發(fā)生部分租還需求轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的正確性，定義平均步行距離和時(shí)間價(jià)值系數(shù)概念與構(gòu)建基于步行距離的時(shí)間成本模型，在滿足所有租還需求的基礎(chǔ)上建立了以投資者和用戶雙方成本最小為目標(biāo)的整數(shù)規(guī)劃模型，確定規(guī)劃區(qū)公共自行車租賃點(diǎn)數(shù)量和空間位置與各租賃點(diǎn)自行車和停車樁配置數(shù)量。
本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種針對(duì)高峰期公共自行車租賃點(diǎn)選址布局方法，其包括如下步驟：
1.在高峰期不考慮調(diào)度和周轉(zhuǎn)率的合理性與不發(fā)生部分租還需求轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的正確性說明
1.1由于在高峰期，租還需求發(fā)生比較集中，無法在短時(shí)間段內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效的調(diào)度，同時(shí)從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看調(diào)度成本比增加自行車數(shù)量和停車樁數(shù)量的成本要高，故不需考慮調(diào)度是合理的；
1.2由于不需要調(diào)度，意味著每個(gè)租賃點(diǎn)在高峰期的停車樁額自行車數(shù)量都能滿足租還需求，同時(shí)考慮公共自行車公益性的本質(zhì)，故不需考慮周轉(zhuǎn)率約束是合理的；
1.3由于各個(gè)租賃點(diǎn)可以滿足其輻射范圍的出行需求，以及由長(zhǎng)期轉(zhuǎn)移成本高于增加自行車和停車樁的成本，故高峰期不應(yīng)發(fā)生部分需求轉(zhuǎn)移是正確的。事實(shí)上，需求發(fā)生部分轉(zhuǎn)移是經(jīng)濟(jì)不合理的，因?yàn)槿绻梢栽试S部分租還需求發(fā)生轉(zhuǎn)移，則表明轉(zhuǎn)移的成本小于建設(shè)成本，即如果發(fā)生一個(gè)用戶從a站點(diǎn)的租借需求轉(zhuǎn)移到b站點(diǎn)，則表明在a站點(diǎn)建設(shè)一個(gè)車樁和購(gòu)買一輛自行車的成本大于長(zhǎng)期轉(zhuǎn)移成本。那么則可以推出，當(dāng)所有的需求從a轉(zhuǎn)移的b時(shí)，所節(jié)約的成本最大。根據(jù)最優(yōu)理論，因此認(rèn)為允許全部需求轉(zhuǎn)移，而不允許部分需求轉(zhuǎn)移。
2.定義平均步行距離和時(shí)間價(jià)值系數(shù)概念與構(gòu)建基于步行距離的時(shí)間成本模型
2.1平均步行距離是指規(guī)劃區(qū)域內(nèi)所有租還用戶步行距離的加權(quán)平均值；
2.2時(shí)間價(jià)值系數(shù)是指規(guī)劃區(qū)域內(nèi)所有用戶的平均每分鐘的貨幣換算價(jià)值，可根據(jù)區(qū)域內(nèi)居民的平均月收入mi(元)、平均每月工作時(shí)間wt(分鐘)及平均的步行速度v(米/分鐘)計(jì)算，計(jì)算式如下：
k＝mi/[wt*v].
2.3時(shí)間成本模型利用規(guī)劃區(qū)域內(nèi)平均的用戶時(shí)間價(jià)值系數(shù)與加權(quán)平均步行距離相乘得到；
2.4其他概念的定義：
租借(歸還)距離：即從出行起點(diǎn)(訖點(diǎn))到租借(歸還)自行車站點(diǎn)的歐氏距離；
租借(歸還)等待時(shí)間：即在租借(歸還)站點(diǎn)排隊(duì)等待租借(歸還)自行車所花時(shí)間；
起(訖)點(diǎn)區(qū)租賃點(diǎn)：即需求發(fā)生(吸引)的自行車租賃點(diǎn)。
3.建立選址布局模型
3.1約束問題：模型約束需要考慮的主要問題如下：
1)每個(gè)小區(qū)的租還需求得到滿足；
2)每個(gè)租賃點(diǎn)停車數(shù)不得小于自行車數(shù)；
3)區(qū)域平均的步行距離盡量不超過租還自行車可忍受的極限步行距離(700m)；
4)修建的租賃點(diǎn)總數(shù)不大于劃分小區(qū)總數(shù)；
5)單個(gè)小區(qū)步行距離不得超過1000m；
3.2目標(biāo)函數(shù)問題：目標(biāo)函數(shù)需同時(shí)考慮用戶和投資者雙方的成本。雙方成本基于自行車和停車樁的一個(gè)服役周期，在一個(gè)服役周期內(nèi)考慮用戶總的出行成本和投資者總的成本。用戶出行成本使用時(shí)間成本模型，投資者成本包括初期建設(shè)成本與后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。
3.3整數(shù)規(guī)劃模型：在考慮了約束問題和選取合理的目標(biāo)函數(shù)之后，建立如下模型：
模型參數(shù)解釋：
t——服役期間一輛自行車被租還的總次數(shù)；
dij——第i出行小區(qū)居民到第j小區(qū)租還自行車的步行歐氏距離；
ui——第i出行小區(qū)的用戶需求；
fij——第i小區(qū)居民是否到第j小區(qū)站點(diǎn)租還自行車的二值函數(shù)，fij＝0表示不去，否則去；
a——一輛自行車的購(gòu)買成本和維護(hù)成本的綜合成本；
b——一個(gè)停車樁的修建成本和維護(hù)成本的綜合成本；
ci——在第i個(gè)小區(qū)修建一個(gè)站點(diǎn)的固定成本(與停車樁和自行車數(shù)量無關(guān))；
um——某個(gè)小區(qū)成為修建租賃點(diǎn)備選小區(qū)的最低用戶需求；
xij——在第j個(gè)小區(qū)為第i小區(qū)來租還自行車用戶所配置的自行車數(shù)量；
yij——在第j個(gè)小區(qū)為第i小區(qū)來租還自行車用戶所修建的停車樁數(shù)量；
dma——區(qū)域內(nèi)用戶平均租還步行距離的上限值，即可能的步行極限距離；
dm——每個(gè)小區(qū)的租還距離都不得超越的極限值；
n——規(guī)劃區(qū)域內(nèi)小區(qū)的總數(shù)；
s——區(qū)域的總面積；
den——區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)密度，個(gè)/km2；
部分式子解釋：
(式1)和(式2)分別表示區(qū)域內(nèi)用戶總的廣義成本和投資者在規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的總成本最?。?/p>
(式3)表示第i個(gè)小區(qū)成為租賃點(diǎn)備選區(qū)的條件是當(dāng)且僅當(dāng)其租還需求大于最小需求；
(式4)表示第i個(gè)小區(qū)能切僅能到一個(gè)小區(qū)進(jìn)行租還自行車；
(式5)表示第i個(gè)小區(qū)的所有租還需求都得到滿足；
(式6)表示每個(gè)小區(qū)內(nèi)修建的總停車樁數(shù)量不得小于區(qū)域內(nèi)配置的總自行車數(shù)量，即所有歸還需求得到滿足；
(式9)表示區(qū)域內(nèi)的用戶平均租還步行距離不得大于步行極限距離；
(式13)和(式14)分別表示在某個(gè)小區(qū)是否配置自行車和修建停車樁取決于是否在小區(qū)修建租賃點(diǎn)；
由于同等考慮用戶成本和投資者成本，因此可以將(式1)和(式2)合在一起，組成一個(gè)單目標(biāo)式。
對(duì)所有約束式，可以根據(jù)實(shí)際計(jì)算或者給出約束式中的非決策變量值；
同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際求解需要和約束的強(qiáng)弱性對(duì)約束式的個(gè)數(shù)進(jìn)行增減。