汽車分時租賃站點投放車輛規(guī)模模型研究

楊晗 張澤仁

摘 要：為了研究合理的汽車分時租賃站點投放車輛規(guī)模，首先分析了汽車分時租賃站點投放車輛規(guī)模的影響因素;然后分析了現(xiàn)有的2種汽車分時租賃站點投放車輛規(guī)模模型——戰(zhàn)略計劃決策模型和運營決策模型的優(yōu)、缺點，并結(jié)合汽車分時租賃企業(yè)的實際需求，提出基于調(diào)度的戰(zhàn)略計劃模型;再整合汽車分時租賃站點需要滿足的調(diào)度時間約束建立模型。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。最后，通過一個算例數(shù)據(jù)對該模型進行了求解，計算結(jié)果證明該模型具有較高的效率和有效性。

關(guān)鍵詞：汽車分時租賃;站點投放;車輛規(guī)模模型

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

Michael[1]給出了分時租賃的定義和具體分類情況，并對歐洲的分時租賃模式發(fā)展現(xiàn)狀和未來潛力進行了詳細的論述。Maria[2]等人利用時間佩特里網(wǎng)，建立電動汽車的分時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2個階段來確定分時租賃站點車輛數(shù)上、下閾值的模型，實例研究表明：該模型可以得到更好的服務(wù)率和更少的移動時間。孫歡歡[4]建立了1個用戶預(yù)約分配模型，并在此基礎(chǔ)上，分別增加時間優(yōu)先權(quán)和車輛資源優(yōu)化這 2 個因素，建立了另外2個用戶預(yù)約分配模型。王麗敏[5]使用層次分析法（AHP），建立了一個分時租賃站點選址評價的指標體系。并通過模糊綜合評價法，建立了響應(yīng)站點選址方案的評價模型。國外已有少量針對汽車分時租賃站點投放車輛規(guī)模的模型，都是傳統(tǒng)的優(yōu)化模型，而中國還停留在對站點選址的研究上。作者通過分析汽車分時租賃站點投放車輛規(guī)模的影響因素，擬提出符合實際需求的站點投放車輛規(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，以分時租賃系統(tǒng)收益最大化為目標函數(shù)，建立了分時租賃站點調(diào)度模型，并假設(shè)調(diào)度在網(wǎng)上完成。國內(nèi)、外有關(guān)汽車分時租賃系統(tǒng)建設(shè)以及站點位置優(yōu)化的研究已經(jīng)較為成熟，盡管國外已有少量針對 汽 車 分 時 租 賃 站 點 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，作者擬提出的分時租賃站點車輛規(guī)模模型，并考慮到各站點之間的實時車輛調(diào)度，以期彌補該研究內(nèi)容上的空白。

1 汽車分時租賃站點投放車輛規(guī)模的影響因素

汽車分時租賃站點投放車輛規(guī)模受分時租賃運營模式、分時租賃的調(diào)度及分時租賃用戶需求3個因素的影響。

1.1 汽車分時租賃的運營模式

1.1.1 典型汽車分時租賃運營模式的對比

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

1.2 汽車分時租賃的調(diào)度模式

1）基于用戶隨機使用的車輛調(diào)度

這種車輛調(diào)度完全依靠用戶的使用行為來進行，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)度被動地完成?；谟脩綦S機使用的車輛調(diào)度過于依賴于用戶，且具有很大的隨機偶然性，一旦用戶的使用需求趨于穩(wěn)定后，該種模式只會導(dǎo)致供需矛盾越來越劇烈。

2）基于用戶的激勵調(diào)度系統(tǒng)

基于用戶的激勵調(diào)度系統(tǒng)旨在通過激勵模式來引導(dǎo)用戶在某些指定站點進行取車和還車。該系統(tǒng)通過適當?shù)莫剟罨蛘吡P金來誘導(dǎo)用戶對其原本的出行路徑和形式進行合理的調(diào)整，將其使用分時租賃車輛的行為轉(zhuǎn)化為對企業(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又能夠使有限的車輛資源能夠得到充分利用。

3）實時響應(yīng)調(diào)度模式

實時響應(yīng)調(diào)度模式的運作依賴于一個實時響應(yīng)的系統(tǒng)中心。該系統(tǒng)中心負責收集和觀察各租賃站點的實時車輛數(shù)，當發(fā)現(xiàn)有實時車輛數(shù)目高于最大上限車輛數(shù)或者低于最小下限車輛數(shù)的站點出現(xiàn)時，即對該站點的車輛進行統(tǒng)籌調(diào)度。

4）需求預(yù)測下的實時響應(yīng)調(diào)度模式

需求預(yù)測下的實時響應(yīng)調(diào)度模式是對實時響應(yīng)調(diào)度模式的優(yōu)化。在實時響應(yīng)調(diào)度模式的基礎(chǔ)上，加入用戶對租賃車輛使用需求的預(yù)測。通過對歷史用戶需求的數(shù)據(jù)收集和總結(jié)，對1d中各個站點的實時車輛需求進行預(yù)測，系統(tǒng)中心再根據(jù)需求預(yù)測變化的趨勢并結(jié)合實時車輛數(shù)，對調(diào)度方案進行預(yù)判，并通知工作人員做好執(zhí)行車輛調(diào)度工作的準備。

在4 種不同的調(diào)度模式中，需求預(yù)測下的實時響應(yīng)的調(diào)度模式不僅能通過減少閑置車輛來提高車輛的使用效率，還能最大限度地減少用戶的等待時間，是最適合分時租賃企業(yè)長期運營的調(diào)度模式。

1.3 汽車分時租賃的用戶需求

1.3.1 汽車分時租賃用戶特征分析

1）個人屬性

分時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，使用分時租賃車輛頻率最高的為有穩(wěn)定工作的上班族;針對教育程度而言，分時租賃用戶有一個明顯趨于高學(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）社會屬性

Ni（z-1）

和 Ni（z-1）′（t）≤0。 （2）

式中：Ni（z-1）為 站 點i 在z-1 時刻剩余的車輛數(shù)。

②第二類為可以調(diào)度車輛出去的站點。這類站點的特征為：當某個時間段開始時，該站點剩余的車輛數(shù)能滿足這個時間段內(nèi)所有時刻的車輛需求，且車輛在該時刻有增加的趨勢，該站點在該時刻時，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 的站點中，選擇最近能夠滿足調(diào)度需求的站點，將車輛調(diào)度給需要調(diào)度車輛進來的站點，最后使所有站點都可以滿足用戶需求。因此，對于某個需要調(diào)度車輛進來的站點存在時間約束，即在該站點到達最大車輛需求時間之前，調(diào)度的車輛要到達。當i站點在z-1時刻需要從j 站點調(diào)度車輛時，其應(yīng)滿足的約束條件為：tz-1′-（z-1）≥tij。 （4）式中：tz-1′為站點i在z 時間段內(nèi)達到最大需求的時刻;tij為站點i與站點j 之間的行駛時間。對于某個系統(tǒng)，存在若干個站點中有若干個時刻需要調(diào)度車輛進去的情況，因此，該時間約束條件的個數(shù)需由具體的用戶需求情況決定。

3.3 算例求解

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

將研究對象5個分時租賃站點作為粒子群優(yōu)化算法的5個維度，這些站點的投放車輛規(guī)模的集合即表示為各粒子群的位置向量，輸入各站點需求函數(shù)和站點間車輛調(diào)度時間作為已知條件，對該模型利用粒子群優(yōu)化算法進行編程求解。

對比分析各站點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 個站點模型求解的結(jié)果都小于該站點的最大需求，只有第 5 個站點模型求解的結(jié)果大于該站點需求。表明：在實際汽車分時租賃企業(yè)運營過程中，如果能夠在用戶使用中綜合實時調(diào)度，則可以通過較少的車輛就達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。

4 結(jié)論

本研究分析了汽車分時租賃站點投放車輛規(guī)模的影響因素后，發(fā)現(xiàn)汽車分時租賃的運營模式、調(diào)度模式及用戶需求都對其站點投放規(guī)模有明顯影響。為了實現(xiàn)分時租賃企業(yè)的實際需求，綜合現(xiàn)有的汽車分時租賃站點投放車輛規(guī)模模型———戰(zhàn)略計劃決策模型和運營決策模型的優(yōu)、缺點，作者提出了一種新的汽車分時租賃站點投放車輛規(guī)模模型，即基于調(diào)度的戰(zhàn)略計劃模型。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。算例求解證明了該模型具有較高的效率和有效性，并能為分時租賃企業(yè)各站點投放車輛規(guī)模提供指導(dǎo)和建議。

作者簡介：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。