專利名稱：城市公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及城市公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局方法，尤其是對(duì)現(xiàn)有公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局的優(yōu)化，屬于交通規(guī)劃領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為一種健康、節(jié)能、環(huán)保的出行方式，公共自行車(chē)一方面為短距離出行帶來(lái)便利，另一方面也通過(guò)換乘(B+R)擴(kuò)大了公共交通站點(diǎn)的客流吸引范圍，改善了中長(zhǎng)距離出行方式結(jié)構(gòu)，節(jié)約了道路資源。實(shí)踐表明，成功發(fā)展公共自行車(chē)，離不開(kāi)正確的規(guī)劃運(yùn)營(yíng)和宣傳引導(dǎo)，其中規(guī)劃布局的不合理往往造成各租賃點(diǎn)資源配置的失衡，導(dǎo)致服務(wù)水平降低、 客源流失以及企業(yè)虧損并最終無(wú)法運(yùn)營(yíng)。現(xiàn)有對(duì)公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局的研究以宏觀和定性分析為主，主要集中在布局原則、特征分析和規(guī)模預(yù)測(cè)上，對(duì)定量模型的研究較少?，F(xiàn)有成果缺乏考慮公共自行車(chē)出行需求和設(shè)施供給間的反饋，同時(shí)模型需要大量調(diào)查數(shù)據(jù)支持，可實(shí)施性不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有方法的不足，本發(fā)明從居民出行需求和交通設(shè)施供給角度出發(fā)，建立基于雙層規(guī)劃的城市公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局優(yōu)化模型，研究模型解法，為公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局決策提供科學(xué)依據(jù)。本發(fā)明采用的具體方案如下一種城市公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局優(yōu)化方法，包括以下步驟1)首先建立用于下層預(yù)測(cè)模型和上層方案評(píng)價(jià)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)；2)進(jìn)行需求預(yù)測(cè)的出行生成和出行分布；3)方案模擬和評(píng)價(jià)，在判定收斂后得到最優(yōu)方案。其中所述的步驟1)中的數(shù)據(jù)庫(kù)建立過(guò)程如下11)首先，確定規(guī)劃范圍，根據(jù)現(xiàn)狀及規(guī)劃用地類(lèi)型，選擇公共自行車(chē)租賃點(diǎn)備選位置；其次，以居民出行調(diào)查資料為基礎(chǔ)，分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，標(biāo)定不同出行者的相關(guān)參數(shù)， 包括年齡、收入結(jié)構(gòu)以及各出行方式的擁有率速度、費(fèi)用、舒適度；12)明確區(qū)域內(nèi)常規(guī)公交和軌道交通的站點(diǎn)位置、服務(wù)范圍，各公共交通線路的發(fā)車(chē)頻率，以及首次進(jìn)入?yún)^(qū)域的公共交通平均乘載率。所述的步驟2~)中的出行生成和分布預(yù)測(cè)過(guò)程如下21)根據(jù)用地類(lèi)型劃分內(nèi)部和外部交通小區(qū)，統(tǒng)計(jì)各小區(qū)內(nèi)人口和崗位數(shù)；22)出行生成根據(jù)用地結(jié)構(gòu)，采用交叉分類(lèi)法，對(duì)不同年齡、出行目的的出行者分別進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)時(shí)間為早高峰；23)出行分布采用雙約束重力模型，并單獨(dú)考慮對(duì)外出行的分布情況。所述的步驟幻中的方案模擬、評(píng)價(jià)及最終方案確定過(guò)程如下
31)初始方案集為由計(jì)算機(jī)隨機(jī)產(chǎn)生定義下種群大小的η個(gè)公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局方案，令其為種群的第一代；32)對(duì)每一個(gè)方案根據(jù)下層模型求解方法進(jìn)行方式劃分和交通分配，由此得出的總出行成本，經(jīng)過(guò)懲罰函數(shù)修正后反饋至上層模型進(jìn)行評(píng)價(jià)；33)若評(píng)價(jià)結(jié)果收斂或達(dá)到種群最大代數(shù)，轉(zhuǎn)移至下一步，否則，對(duì)各方案進(jìn)行自適應(yīng)遺傳算法中的選擇、交叉和變異；更新方案集，轉(zhuǎn)移至下一代，返回步驟32)；34)選擇評(píng)價(jià)結(jié)果最優(yōu)的方案，作為最終方案。本發(fā)明在公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局優(yōu)化問(wèn)題上，采用雙層規(guī)劃模型，對(duì)政府規(guī)劃部門(mén)和出行者兩種不同目標(biāo)的人群分別建模。(1)下層模型下層模型用以描述出行者在既有網(wǎng)絡(luò)上方式和路徑的選擇，即方式分擔(dān)和交通分配。用于聯(lián)合方式分擔(dān)交通分配的網(wǎng)絡(luò)是由公共交通網(wǎng)、道路網(wǎng)、自行車(chē)網(wǎng)和步行網(wǎng)組成的超級(jí)網(wǎng)絡(luò)。在該網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)出行者都將選擇廣義費(fèi)用最省的出行方式和路徑。每一次分配后應(yīng)根據(jù)路段流量對(duì)阻抗進(jìn)行更新并反饋至方式分擔(dān)模型中。方式分擔(dān)方面，由于出行方式較多且涉及到多方式換乘，為避免簡(jiǎn)單Logit (分對(duì)數(shù))模型具有的IIA(相關(guān)選擇獨(dú)立性)特性和喜好隨機(jī)性限制，本發(fā)明采用mixed Logit (混合分對(duì)數(shù))模型。交通分配方面，每一個(gè)出行者將選擇起終點(diǎn)間出行成本最低的方式和路徑。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到平衡時(shí)，出行者無(wú)法通過(guò)變更出行方式和路徑來(lái)降低出行成本。用戶平衡模型實(shí)現(xiàn)了理論上的最優(yōu)，然而實(shí)際上用戶往往基于隨機(jī)的意念出行成本進(jìn)行決策，故采用隨機(jī)用戶平衡模型(SUE)。(2)上層模型政府部門(mén)在規(guī)劃公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局時(shí)，需要根據(jù)所在地區(qū)出行需求特征，選擇最優(yōu)布局方案，使得總出行成本和設(shè)施建設(shè)成本最小。同時(shí)，依據(jù)公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局的原則，建立三個(gè)約束條件租賃點(diǎn)間距、密度和使用量。對(duì)于每一個(gè)布局方案，下層模型根據(jù)方案得到分配流量，將此結(jié)果反饋給上層模型以予評(píng)價(jià)，檢驗(yàn)是否滿足約束條件，并對(duì)方案集進(jìn)行篩選和優(yōu)化，具體方法為對(duì)于下層模型，考慮多方式換乘，建立超級(jí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行方式劃分和交通分配。求解方法為步驟1 創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)公共自行車(chē)租賃點(diǎn)方案布局，建立超級(jí)網(wǎng)絡(luò)；步驟2 計(jì)算阻抗并尋找OD (起訖點(diǎn))對(duì)各單方式的最短路徑?；趩畏绞阶疃搪窂浇Y(jié)果尋找可行的多方式最短路徑，采用floyd(弗洛伊德)算法。步驟3:方式劃分。步驟4 交通分配。采用連續(xù)平均法進(jìn)行分配，分配時(shí)每一次迭代均采用STOCH(隨機(jī)多路徑交通分配)算法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于上層模型的求解，根據(jù)約束條件構(gòu)建合理有效的方案，并將結(jié)果反饋給下層模型。本發(fā)明選擇自適應(yīng)遺傳算法求解上層模型，布局方案由離散的二進(jìn)制基因數(shù)據(jù)表示， 并通過(guò)基因的選擇、交叉和變異對(duì)方案開(kāi)展進(jìn)一步探索；對(duì)于不符合約束條件的方案，通過(guò)適應(yīng)值懲罰降低其被選概率。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明可以以區(qū)域現(xiàn)狀居民出行調(diào)查或目標(biāo)年出行需求預(yù)測(cè)的結(jié)果為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，進(jìn)行公共自行車(chē)布局的規(guī)劃和評(píng)價(jià)，統(tǒng)籌了出行需求與設(shè)施供給，統(tǒng)籌了出行者、政府及規(guī)劃部門(mén)、經(jīng)營(yíng)單位三方的利益和需求；同時(shí)，有成熟的交通預(yù)測(cè)四階段法模型支持，具備較高的科學(xué)性和適用性。


圖1是城市公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局優(yōu)化方法流程圖；圖2是區(qū)域抽象路網(wǎng)圖；圖3是進(jìn)化過(guò)程圖；圖4是最優(yōu)布局方案圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示為本具體實(shí)施方式
中城市公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局優(yōu)化方法流程圖，該方法包括如下步驟第一步數(shù)據(jù)準(zhǔn)備首先，確定規(guī)劃范圍，根據(jù)現(xiàn)狀及規(guī)劃用地類(lèi)型，選擇公共自行車(chē)租賃點(diǎn)備選位置；其次，以居民出行調(diào)查資料為基礎(chǔ)，分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，標(biāo)定不同出行者的年齡、收入結(jié)構(gòu)以及各出行方式的擁有率速度、費(fèi)用、舒適度等參數(shù)。明確區(qū)域內(nèi)常規(guī)公交和軌道交通的站點(diǎn)位置、服務(wù)范圍，各公共交通線路的發(fā)車(chē)頻率，以及首次進(jìn)入?yún)^(qū)域的公共交通平均乘載率。建立超級(jí)網(wǎng)絡(luò)，包括道路網(wǎng)、常規(guī)公交網(wǎng)、軌道交通網(wǎng)、自行車(chē)網(wǎng)和步行網(wǎng)。依據(jù)用地對(duì)內(nèi)部小區(qū)進(jìn)行劃分，依據(jù)出行方向和出行距離對(duì)外部交通小區(qū)進(jìn)行劃分。明確各小區(qū)的人口和崗位分布情況。假設(shè)在占地面積約3平方公里的城市中某居住片區(qū)規(guī)劃建設(shè)公共自行車(chē)租賃點(diǎn)， 居住區(qū)、學(xué)校、購(gòu)物廣場(chǎng)、公園等主要客流集散點(diǎn)均為備選位置。區(qū)域內(nèi)分布軌道線路1條， 站點(diǎn)2個(gè)(方塊)，常規(guī)公交線路6條，站點(diǎn)沈個(gè)，抽象路網(wǎng)由主干路、次干路(機(jī)非分離)、 支路(機(jī)非混合)、軌道交通和常規(guī)公交線路(虛線)組成，如圖2。公共交通與對(duì)外小區(qū)連通關(guān)系見(jiàn)表1。各出行方式技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。表1公共交通與外部小區(qū)連通關(guān)系表
權(quán)利要求
1.城市公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟1)首先建立用于下層預(yù)測(cè)模型和上層方案評(píng)價(jià)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)；2)進(jìn)行需求預(yù)測(cè)的出行生成和出行分布；3)方案模擬和評(píng)價(jià)，在判定收斂后得到最優(yōu)方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局優(yōu)化方法，其特征在于，所述的步驟1)中的數(shù)據(jù)庫(kù)建立過(guò)程如下11)首先，確定規(guī)劃范圍，根據(jù)現(xiàn)狀及規(guī)劃用地類(lèi)型，選擇公共自行車(chē)租賃點(diǎn)備選位置； 其次，以居民出行調(diào)查資料為基礎(chǔ)，分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，標(biāo)定不同出行者的相關(guān)參數(shù)，包括年齡、收入結(jié)構(gòu)以及各出行方式的擁有率速度、費(fèi)用、舒適度；12)明確區(qū)域內(nèi)常規(guī)公交和軌道交通的站點(diǎn)位置、服務(wù)范圍，各公共交通線路的發(fā)車(chē)頻率，以及首次進(jìn)入?yún)^(qū)域的公共交通平均乘載率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局優(yōu)化方法，其特征在于，所述的步驟2)中的出行生成和分布預(yù)測(cè)過(guò)程如下21)根據(jù)用地類(lèi)型劃分內(nèi)部和外部交通小區(qū)，統(tǒng)計(jì)各小區(qū)內(nèi)人口和崗位數(shù)；22)出行生成根據(jù)用地結(jié)構(gòu)，采用交叉分類(lèi)法，對(duì)不同年齡、出行目的的出行者分別進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)時(shí)間為早高峰；23)出行分布采用雙約束重力模型，并單獨(dú)考慮對(duì)外出行的分布情況。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局優(yōu)化方法，其特征在于，所述的步驟3)中的方案模擬、評(píng)價(jià)及最終方案確定過(guò)程如下31)初始方案集為由計(jì)算機(jī)隨機(jī)產(chǎn)生定義下種群大小的η個(gè)公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局方案，令其為種群的第一代；32)對(duì)每一個(gè)方案根據(jù)下層模型求解方法進(jìn)行方式劃分和交通分配，由此得出的總出行成本，經(jīng)過(guò)懲罰函數(shù)修正后反饋至上層模型進(jìn)行評(píng)價(jià)；33)若評(píng)價(jià)結(jié)果收斂或達(dá)到種群最大代數(shù)，轉(zhuǎn)移至下一步，否則，對(duì)各方案進(jìn)行自適應(yīng)遺傳算法中的選擇、交叉和變異；更新方案集，轉(zhuǎn)移至下一代，返回步驟32)；34)選擇評(píng)價(jià)結(jié)果最優(yōu)的方案，作為最終方案。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的城市公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局優(yōu)化方法，其特征在于，所述下層模型求解方法包括如下步驟步驟1 創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)公共自行車(chē)租賃點(diǎn)方案布局，建立超級(jí)網(wǎng)絡(luò)；步驟2 計(jì)算阻抗并尋找OD對(duì)各單方式的最短路徑，基于單方式最短路徑結(jié)果尋找可行的多方式最短路徑，采用floyd算法；步驟3 方式劃分；步驟4 交通分配，采用連續(xù)平均法進(jìn)行分配，分配時(shí)每一次迭代均采用STOCH算法進(jìn)行計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種城市公共自行車(chē)租賃點(diǎn)布局優(yōu)化方法，該方法包括以下步驟首先建立區(qū)域用地、居民結(jié)構(gòu)、出行方式等基本數(shù)據(jù)庫(kù)；其次劃分交通小區(qū)，進(jìn)行出行生成預(yù)測(cè)和出行分布預(yù)測(cè)；然后對(duì)不同的布局方案建立由自適應(yīng)遺傳算法和方式分擔(dān)交通分配組合反饋模型組成的雙層模型進(jìn)行求解并評(píng)價(jià)方案結(jié)果，在評(píng)價(jià)值最終收斂后得到最優(yōu)布局方案使得區(qū)域出行成本和公共自行車(chē)系統(tǒng)設(shè)施建設(shè)成本最小。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明統(tǒng)籌了居民出行需求和交通設(shè)施供給，應(yīng)用范圍廣，量化程度高，能夠?yàn)橄嚓P(guān)決策提供科學(xué)的技術(shù)支持。
文檔編號(hào)G06Q10/00GK102332122SQ201110316200
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者何流, 盧靜, 陳大偉 申請(qǐng)人:東南大學(xué)