城市共享单车停放问题的最优化研究

陈李明 漆志鹏 余付杰 张斌 周洋

【摘 要】本文对共享单车的租赁点的分布与企业运营成本及居民需求之间的关系进行研究，建立双层规划模型，为共享单车的租赁点的分布规划提供理论支持，在保证企业的成本最小的基础上使居民使用共享单车出行效率最高。

【关键词】共享单车 租赁点选址优化 双层规划模型 LINGO

一、背景介绍

由于我国共享单车市场的新兴性，大量的学术理论将目光集中在行业的发展前景，市场趋势预测等，关于停放的相关理论成果仍然欠缺。虽然目前一些共享单车企业已经注意到了这些问题，并设立租赁点倡议使用者集中停放，但这种租赁点的分布是一种经验上的规划，在实际应用中体现出了很多问题。主要问题有：1）未充分考虑居民与租赁点的距离及交通的便利性，租赁点选址存在不合理的地方。2）未考虑租赁点周边共享单车的需求量，使部分租赁点共享单车不足或有闲置车辆。3）共享单车的集中停放导致的企业运营成本的增加，如租赁点的地价，共享单车的维护和更换费用都会受到影响。这些问题的存在正是共享单车乱停乱放问题不能得到有效解决的原因。

二、双层规划模型

1.模型准备

在共享单车租赁点布局优化问题中，包含了两种不同目标的人群。一种是共享单车企业通过建设租赁点方案，使所需要的成本最低；另一种是使用者通过调整出行方式和路线，使出行时间最少。故适宜采用双层规划模型。

上层模型的建立仅考虑经济因素的影响。在满足区域内居民需求的基础上，综合考虑租赁点地价，共享单车成本及维护费用等因素，以租赁点总建设成本最小为决策目标。下层模型从用户角度考虑，以用户出行效率最高为目标，选取用户出行时间为衡量用户出行效率的主要因素，建立用户出行时间最短的共享单车停放模型。

本文使用美国联邦公路局路阻函数（BPR函数），考察行人对共享单车的影响及机动车对共享单车的影响，并运用二者的影响系数，进行改进之后运用于租赁点周边道路。建立用户出行时间最短模型如下：

其中，：出行总时间；：租赁点到需求点的距离；：租赁点到需求点的步行速度；：足够大的正数；：租赁点周边所有道路通行时间的总和。

三、实例分析

2017年6月6日左右，对南昌市新建区以地铁大厦地铁站为中心的摩拜单车需求量进行调查分析。为了研究方便，我们以地铁大厦地铁站为中心画十字将新建区分成四个区从上往下、从左往右依次为A、B、C、D区，前湖大道以南的区域为E区，这五个小区分别对应为商贸区、景点区、居住区、办公区、高校区，通过调查和计算得出各小区租借需求数，然后计算出相关参数值，如共享单车周转率等。在已知周转率的基础上，可得出各小区所需共享单车租赁点以及每个租赁点配备的单车数量如下：A小区需租赁点数10个，配备单车65辆/租赁点；B小区需租赁点数16个，配备单车70辆/租赁点；C小区需租赁点数14个，配备单车93辆/租赁点；D小区需租赁点数12个，配备单车85辆/租赁点；E小区需租赁点数15个，配备单车60辆/租赁点，将相应数据代入模型中，通过Lingo求解，满足双层规划模型中的两个条件：企业成本小、用户出行效率高，得出如下规划方案：

A：此区为商贸区，以红谷滩万达广场为主，需共设10个摩拜共享单车租赁点。根据本文的研究结果，建议企业在卫东地铁站的4个出入口设定租赁点，其余的租赁点设立在万达广场周围的几个路口。因路口太多，企业可自由选择但需要满足双层规划的两个条件，方便人们出行。

B：此区为景点区，以秋水广场为主，可设立16个租赁点。具体为先在红谷中大道和世贸路交汇的路口设立3个租赁点，可设在三个地铁站出口旁边，然后在红谷中大道和会展路交汇的路口设立4个租赁点，最后将其余的租赁点全部设立在秋水广场周围的各个路口，企业可自行选择路口设立。

C：此区为居民区，以卫东花园小区为主，可设立14个租赁点。首先根据卫东花园各期大小以及人数规模在1期小区和3期小区内部各设立2个租赁点，然后在凤凰中大道的三个路口以4、3、3的规模設立租赁点，方便市民出行。

D：此区为办公区，以地铁大厦和江西省版权局为主，但也包括部分居民区，可设立12个租赁点。可分别在红谷中大道与怡园路、丽景路、翠园路交汇处的三个路口各设立3个租赁点，然后分别在赣江中大道与怡园路、丽景路、翠园路交汇处的三个路口各设立1个租赁点。

E：此区为高校区，以南昌航空大学、南昌大学、江西科技师范大学为主。上文的15个租赁点是以南昌航空大学为例而规划的，但因为各个高校的规模不同，本文不好直接规划租赁点设立方案，故各高校可根据自己的实际情况以及考虑到企业的成本最小化和学生的高效出行进行设定。

综上所述，本文通过双目标规划模型研究共享单车的租赁点该如何规划，改善了共享经济下共享单车对交通的影响，对于提高人们的出行效率具有重大意义，同时也进一步提升了共享单车租赁点布局优化的科学性和可靠性。因此，本文选址规划方法具有现实普及意义。

参考文献

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