（管理科学与工程专业论文）基于“汽车共享”的空车调配问题研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着国民经济和城市化进程的飞速发展，城市汽车数量与日俱增，造成了道路拥 挤、找停车位难、空气污染、交通事故频发等一系列社会问题。一种名为“汽车共享” 的新型交通模式逐步得到社会的关注和认可，它是介于私家车和公共交通之间的交通 创新方式，由专门的汽车共享服务公司进行规范管理和操作。汽车共享模式的运用能 大大减少小汽车的拥有量和使用程度，带来的社会效应、环境效应和经济效益十分可 观。本文重点是研究汽车共享中的空车调配问题，空车调配决策的目标是运输总收益 最大，这需要根据用户需求分布情况和网点车辆等数据，确定每时段各车辆的调配和 运送情况，以求获得经济效益的最大化及运输过程的最优化。在设计调配决策过程中， 需要考虑管理组织策略、网络运营能力、任务需求等诸多因素，其中空车调配决策是 否科学、合理，将直接影响到运输成本、用户满意度和收益最大化的实现，降低和控 制空车调配的成本己成为影响汽车共享公司运作的关键因素之一。鉴于以上分析，无 论从理论还是实践角度考虑，汽车共享中的空车调配都是值得进行深入研究的重要问 题。 本文首先在分析总结当前国内外汽车共享研究工作的基础上，对汽车共享模式作 出系统全面的介绍，详细阐述了其运营类型特点、国际发展状况、操作流程原则、用 户共同特征及实施基本条件等；其次，主要从车辆调配影响因素、调配方式、调配方 案设计、调配策略等方面，对汽车共享中空车调配问题的特点进行具体分析，为模型 的建立和求解等一系列工作提供基础性依据。 在掌握问题实质的情况下，本文以汽车共享公司运营收益为目标，分别建立了需 求完全满足与需求不完全满足的确定性空车调配模型。在模型求解过程中，针对模型 特点及整数解等要求，通过空间和时间上的分解将空车调配问题简化为若干前后关联 的时空阶段以求解。然后利用函数逼近思想，引入线性的边际收益函数近似代替原目 标函数求解，并且具体给出了车辆调配和停车位控制的策略研究。之后，通过讨论载 客移动、空车移动及原地停留等三种车辆调配方式对车辆调配和收益值产生的影响， 构造包含该信息的控制向量，以该向量的确定与更新来逐步得到全局近似最优解，并 作出该调配模型算法的流程图和算例。本文最后对上述基本模型进行扩展，分别建立 了顾客需求随机和考虑用户满意度两种扩展模型。 关键词汽车共享；空车调配；线性逼近；策略 西南交通大学硕士研究生学位论文第1i 页 a b s t r a c t w i t ht h en a t i o n a le c o n o m ya n dt h er a p i dd e v e l o p m e n to fu r b a n i z a t i o n ，c a r sg r o wr a p i d l y , c a u s i n gt r a f f i cc o n g e s t i o n ，f i n d i n gap a r k i n gs p a c ed i f f i c u l t l y , a i rp o l l u t i o n ，t r a f f i ca c c i d e n t s a n das e r i e so ff r e q u e n c yo fs o c i a lp r o b l e m s c a rs h a r i n g ”k n o w na san e wt r a f f i c p a t t e r n ，g r a d u a l l yg e tt h ec o m m u n i t y sc o n c e l t l a n dr e c o g n i t i o n c a r - s h a r i n gs e r v i c ei sa i n n o v a t i v ew a yb e t w e e np r i v a t ec a r sa n dp u b l i ct r a n s p o r t s i th a sd e d i c a t e dc a r - s h a r i n g s e r v i c ec o m p a n i e st or e g u l a t et h em a n a g e m e n ta n do p e r a t i o n c a r - s h a r i n gc a ng r e a t l yr e d u c e t h el e v e lo fc a ro w n e r s h i pa n du s e ，b r i n g i n gt h es o c i a le f f e c t s ，e n v i r o n m e n t a le f f e c t sa n d e c o n o m i cb e n e f i t s t h i sa r t i c l ef o c u s e so nt h es t u d yo ft h ee m p t y c a r - s h a r i n gd e p l o y m e n t t h e t a r g e ti st og e tt h et o t a lc o s to ft h em i n i m u mo rm a x i m u me a r n i n g s ，w h i c ha c c o r d i n g t on e e d s a n dn e t w o r kt r a f f i ct od e t e r m i n et h ea l l o c a t i o no fe a c hv e h i c l ef o rl i n e sa n dd e l i v e r y , i no r d e r t oo b t a i nt h em a x i m u me c o n o m i cb e n e f i t sa n dt r a n s p o r t a t i o np r o c e s so p t i m i z a t i o n i nt h e d e s i g no fd e c i s i o n - m a k i n gp r o c e s s ，i t n e e dt oc o n s i d e rm a n a g e m e n ts t r a t e g y , n e t w o r k o p e r a t i o n sc a p a b i l i t i e s ，m i s s i o nr e q u i r e m e n t sa n d s oo n h o ws c i e n t i f i ca n dr a t i o n a l d e p l o y m e n to fe m p t yc a r s ，h o wt oc o n t r o la n dr e d u c et h ec o s to fv e h i c l ed e p l o y m e n ta f f e c t t h ec a r - s h a r i n gh a sb e c o m eak e yf a c t o ri nc o m p a n y g i v e nt h ea b o v ea n a l y s i s ，t h ep r o b l e mi s w o r t h yo fi n d e p t hs t u d yo fi m p o r t a n ta r e a sb o t hi nt h e o r ya n dp r a c t i c a l b a s e do nt h ea n a l y z i n ga n ds u m m a r i z i n gr e s e a r c hw o r ka th o m ea n da b r o a d ，t h i sp a p e r f i r s t l ys h a r et h e c a rs h a r i n gs y s t e m a t i ca n dc o m p r e h e n s i v ei n t r o d u c tt h ed e t a i lo ft h et y p eo f i t so p e r a t i o n s ，i n t e r n a t i o n a ld e v e l o p m e n ts i t u a t i o n ，o p e r a t i o np r o c e s s ，c h a r a c t e r i s t i c s ，t r a v e l e r c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ef a c t o r so ft h ei m p l e m e n t a t i o n t h e nd i s c u s st h eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c so f e m p t y c a rd i s t r i b u t i o nf i o mt h en e t w o r ko fv e h i c l ea l l o c a t i o nf a c t o r s ，d e p l o y m e n t f o r m ，d e p l o y m e n tp r o g r a ma n dt h ep r i n c i p l e so ft h ea l l o c a t i o n ，w h i c hp r o v i d i n gt h eb a s i sf o r m o d e la n ds o l u t i o n g r a s p i n gt h es u b s t a n c eo ft h ei s s u e s ，t h i sp a p e rt a k e si n t oa c c o u n ti n t e r e s t so fb u s i n e s s a st h eg o a l ，a n de s t a b l i s h e st os a t i s f yt h ed e m a n da n dn e e d sa r en o tf u l l ym e tt h ec e r t a i n t yo f e m p t yc a rd i s t r i b u t i o nm o d e l i nt h em o d e ls o l u t i o np r o c e s s ，f o rt h em o d e lc h a r a c t e r i s t i c sa n d i n t e g e rs o l u t i o n ，t h ee m p t yc a rd i s t r i b u t i o ni sd e c o m p o s e di n t oas e r i e so fl o c a lp r o b l e m sb y r o o ma n dt i m e u s i n gt h ea p p r o x i m a t i o no ff u n c t i o nt e c h n o l o g ya n dw i t ht h em a r g i n a l r e v e n u ea st h ef o u n d a t i o na p p r o x i m a t eo b j e c t i v ef u n c t i o n t h e nc a r r i e do nt h er e s e a r c ho f v e h i c l ea s s i g n m e n ta n dt h ep a r k i n gs p o ts u p p l i e ss t r a t e g yi nd e t a i l t h r o u g hd i s c u s s i o n so f l a d e nm o b i l e ，e m p t ym o b i l ea n ds t a y i n gt o i m p a c t v e h i c l ed e p l o y m e n ta n dt h ev a l u e b u i l d i n gc o n t r o lv e c t o r , w h i c hc o n t a i n st h ei n f o r m a t i o no ft h es t r u c t u r e ，i no r d e rt oi d e n t i f y 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ll 页 - - _i! a n du p d a t et h ev e c t o rt ot h eo v e r a l la p p r o x i m a t eo p t i m a ls o l u t i o n m a k et h ed e p l o y m e n t m o d e lo ft h ea l g o r i t h mf l o wc h a r ta n de x a m p l e f i n a l l yt h ea u t h o r sg i v et h ee x p a n s i o no ft h e m o d e l ，e s t a b l i s h i n gt w ok i n d sm o d e l so fs t o c h a s t i c a n dc o n s i d e r i n gt h ei n t e r e s t so f c u s t o m e r s k e y w o r d s ：c a r s h a r i n g ；v e h i c l ea l l o c a t i o m ；l i n e a ra p p r o x i m a t i o n ；s t r a t e g y 西南交通大学曲南父迥大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密函，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打。4 ”) 学位论文作者签名：且雨莎 指导老师签名： 学位论文作者签名：且酮劲 指导老师签名： 日期：幽 d f日期：j ol o ，2 - 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： ( 1 ) 现有的汽车共享空车调配问题的研究文献大多只是从理论上进行论述，鲜有 针对具体实际的定量分析解释。本文从车辆在网点间的运输过程、空车调配原因、空 车调配特点、调配策略分析等方面入手展开了系统全面的剖析，建立了直观的数学模 型进行量化求解。 ( 2 ) 本文通过引入边际收益的思路，构造较为简单的线性收益函数简化目标函数 形式，将复杂的多阶段问题化解为多个单阶段子问题，最后运用常规的逐次更新算法 求解，并通过算例验证。 ( 3 ) 文章在综合分析基本问题特点的基础上，根据该问题在实际中考虑的一些不 同角度，对模型进行了扩展，建立了相应的数学模型。 ( 4 ) 本文所研究的空车调配问题需要同时考虑任务用车需求和还车需求。文中详 细给出了车辆任务分配和停车位供给的策略分析，提出了具有实际意义的调配方案。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名： 且鹂 日期：幽l o r 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 1 1 1 汽车共享产生的背景 随着国民经济和城市化进程的飞速发展，汽车的普及已对民众的日常出行、外出 旅游以及居住地的选择等都有直接影响。而城市汽车数量的与日俱增，造成了道路拥 挤、找停车位难、空气污染、交通事故频发等一系列社会问题，这己成为影响城市功 能正常发挥和可持续发展的全局性问题。纵观世界，目前城市交通主要采用以下几种 方式：公交车、出租车、地铁、汽车租赁和私家车。 公交车因其发车频率高、载客量大等优势，成为城市公共交通系统的主要方式。 目前许多城市己采取多种方式促进公交系统的发展，如设立公交专用行车线，专用停 车站、免过路费等。但由于道路自身能力有限，公交车的行使时间不稳定，一定程度 上影响公交车调度中心的调度准确率，同时，公交车乘客也承受着较大的拥挤成本。 出租车作为公交车的必要补充，近年在各级城市的发展都尤为迅猛。其服务水平 高于公交车，可以做到点对点服务，灵活便利。但是该交通方式存在一些弊端：首先， 出租车载客量非常小。假设公交车标准载客量为5 0 人，出租车载客量为2 人，而公交 车占地面积约为出租车的3 倍，以此计算出租车每个乘客所占的道路面积约为公交车 乘客的9 倍；其次，部分城市出租车的空驶率较高，对能源、生态环境等都是额外破 坏。据出租车空驶率的相关调查统计显示，北京市的空驶率接近5 0 ，上海的为4 8 ， 西安市占4 5 左右；最后，费用、成本较高。出租车常用于单向行驶，不仅乘客付 费增加，也相应提高运行成本。 地铁作为城市新兴的高速、快捷的交通方式应运而生，其具有运行时间固定、快 速等突出优势，但是其修建和推广受到地质条件、气候条件、技术条件、造价等多方 面因素的制约，且运行过程中站点设置比公交车要少，往往无法直接将乘客送达需求 的目的地。 随着城市经济的快速发展，汽车租赁受到欢迎，该模式为顾客提供了灵活自由的 出行方式。但租赁服务一般具有时间限制，租赁公司往往规定的最短租车时间为一天， 否则无法保证其业务的正常开展。此外，这种出行的费用相对其他方式较昂贵。 私家车随着人们物质消费水平的提高而逐步走入大众生活，其优势不言而喻，可 极大提供家庭福利水平。但是需要资金购车、加入保险，使用过程中需支付燃油费、 停车费等日常开支，这部分固定成本要占到私家车使用总成本的6 0 左右心3 ，而使用成 本只占到3 0 4 0 。另外，在城市交通日益拥挤的背景下，私家车日常的使用率并 不高。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 综上所述，目前社会上存在的各种交通模式已不符合广为倡导的“低碳经济”、“生 态型社会”理念，不能满足广大出行者的需求，而其形成的交通拥堵、生态破坏、能 源短缺等负面影响已成为各国政府面临的棘手问题。解决城市交通问题的传统方法是 新建道路、扩建原有道路、修建过街天桥、增加公共交通工具等，但城市空间相对于 快速增长的车辆相对非常有限，无法控制城市拥挤度的持续提高。交通经济学里有条 非常著名的关于交通拥挤的定律当斯定律( d o w n sl a w ) 就指出：在政府对城市交 通不进行有效管理和控制的情况下，新建的道路设施会诱发新的交通量，而交通需求 总是倾向于超过交通供给3 。从中可看出，对于城市交通建设的大力投资，并不能真正 解决城市交通问题，更需要对现有问题的有效解决和管理，对交通模式的不断探索。 这种背景下，世界各国都在积极探求有效的交通管理措施，尤其是对车辆数量进 行限制。如在欧盟各大城市提高了停车费、增加了道路使用费；美国设计出专供多人 共乘车辆行驶的专用快速车道，仅供乘坐两人以上的车辆行使；英国政府则以白皮书 形式宣布部分城市的大型公司、宾馆、公共建筑等的免费停车场一律改为收费停车场； 韩国目前流行“合乘制”出行，私家车和出租车都可由多位乘客合拼；在新加坡交通 高峰期，私家车空车上路会被罚款；德国有城市对私家车采取按乘车人数收费政策， 若私家车的乘客数量达到两人以上，则可使用快车道，还可减免过路、过桥费用。在 各国这一系列措施的普遍实施下，伴随着人们环保、节约意识的提高，一种名为“汽 车共享”的新型交通模式在国外及国内个别大城市悄然兴起。 国外与国内在汽车共享模式概念的理解上有本质的区别。国外的“汽车共享” ( c a r s h a r i n g ) ，是指多人在不同时段共用同一辆车，以组织运营的形式开展，类似于 在短时的汽车租赁，且手续简便，公司的注册会员可随时通过网络、电话等形式预约 车辆。而国内的“汽车共享”俗称“拼车 ，指多人在同一时段共同使用同一辆车。如 朋友或邻居共用一辆车上班、旅游、外出等，搭乘者与车主共同负担行车费用，开展 形式是无组织的自由行为，会与相关法规有冲突，并缺乏相应的约束机制和纠纷解决 机制，因此国内意义的“汽车共享”模式举步维艰。c a r s h a r i n g 模式区别于简单意义的 拼车，用户都与汽车共享公司联络，与普通拼车相比，通过设立专门的服务公司，不 仅降低了用户的交易成本，而且明确了责任问题，便于对可能出现的矛盾的解决。鉴 于汽车共享这种交通模式全新的经营和服务方式，以其便利、环保、低价的优势得到 越来越多城市政府和消费者的认可。目前，国外的汽车共享服务比国内实施时间长、 服务规范、范围广。研究表明h 1 ：目前全世界已在1 8 个国家的6 0 0 多个城市实施该汽 车共享服务，有近2 0 0 个此类共享服务组织，3 4 8 0 0 0 人共享1 1 7 0 0 台汽车，而这些人 仅仅是有组织的参加汽车共享服务的一部分。而国内也在不断学习借鉴国外模式，如 北京温都水城与租车宝网站合作隋3 ，于2 0 0 8 年1 0 月1 8 日联合推出汽车共享服务，倡 导“按需用车、节能环保的绿色汽车消费理念，提供的服务非常方便，只需出示驾 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 驶证、身份证和信用卡就可以享受该汽车共享服务。在此，作者以国外这种规范的汽 车共享模式作为本文的研究对象。 1 1 2 汽车共享的概念 汽车共享服务是介于私家车和公共交通之间的一种交通创新方式，其理念源于1 9 世纪8 0 年代的欧洲，随后逐渐传入加拿大、美国和日本等国。所谓汽车共享，是指拥 有多种车型的服务公司或组织，通过其广泛分布在邻近各种活动场所的停车场( 俗称 “网点 或“站点”) ，向固定会员随时提供汽车出行的服务。即使用者对车辆在一 定时间内无拥有权但具有使用权，其只需交纳一定的押金和会费，需用车时可向公司 提出申请，汽车共享公司的调度中心将考虑用车时间、地点、车型等条件下，在最合 适的网点准备所需车辆。 这种交通出行模式的出现，使得人们可以享受到一般私家车的开车出行方式，且 具有使用成本低、保养费用低等诸多优势。据相关资料统计，平均每天一辆私家车只 使用4 0 分钟，而其余超过2 3 个小时的时间，车辆处于闲置状态并占用了一定的空间场 地，增加了额外费用晗1 。大家共同使用汽车将有助于改善这些情况，汽车共享模式便是 基于这种思想发展起来的。一辆共享汽车在功能上可以代替6 1 0 辆私家车哺1 ，此种交 通出行模式的出现，大大提高了汽车资源的利用效率，一定程度上缓解了城市交通和 道路设施的压力，能源消耗也因此而减少。有机构曾对参加汽车共享组织的成员调查， 放弃拥有私人汽车后，平均每年将减少汽车出行距离约6 7 0 0 k m ( 约占原来出行距离的 7 2 ) h 3 。汽车共享模式受到这些地方政府的大力宣传和政策鼓励，有些己获得相关法 律及制度的保障。 1 1 3 汽车共享空车调配问题的提出 汽车共享一般是通过专门的汽车共享公司( 组织) 或政府统一实施管理。该模式 的运行离不开对网点设置的周密研究，如需要考虑布设网点的地点( 居民小区、商业 区附近、写字楼区附近等) 、车辆调配策略、定价及费用收取等，其中面临的核心问 题是车辆的配置、调配、运行是否能在给顾客带来高服务水平的情况下保证公司的正 常运转。女1 ：1 2 0 0 2 年3 月1 日，日本本田汽车公司在新加坡推出的汽车共享服务，经过细 致分析，最后确定在三个网点提供1 5 辆汽车，可供5 0 人共同使用，费用则需根据使用 时间具体确定碑1 。而欧洲大型汽车共享公司一般每1 5 2 0 人安排一辆车，每个服务网点 安排3 辆车，该配置可满足其会员需求与车辆供应的平衡。 传统的汽车共享服务要求用户的用车与还车在同一网点，这种运作方式利于运营 公司管理，但是服务不够便捷。在其他交通方式竞争的压力下，促使公司经营者需要 提供灵活的用车和还车时间、网点，这样就将出现大多时段各网点车辆的分配不平衡 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 情况，由此可能造成某些网点没有足够车辆满足用车任务需求，或是某些网点没有足 够停车位以供还车任务需求。这将增加顾客的受挫感，并意味着公司将存在过多损失。 这就需要我们考虑研究如何在各网点间实时调配空车以保证顾客的需求和公司的利益 最大化，这是成功开展汽车共享业务的关键因素，也即是本文所研究的核心问题。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 汽车共享研究综述 汽车共享服务兴起时间不长，目前也只在一些经济发达国家的部分城市成功实施， 学术上对其的研究也非常少且深度较浅，大多站在宏观角度，从理论上分析该模式的 实施意义、现状及前景等，仍有待进一步深入研究。 ( 1 ) 问卷调查类 国内外对汽车共享问题的研究最初以调查研究为主，主要有：f o ot u a ns e i k 分析 了新加坡c a r s h a r i n g 的现实条件，调查了会员和非会员特征以及参与态度旧3 ；s u s a n a s h a h e e n 和a d a me c o h e n 通过搜集3 3 个汽车共享专家对2 1 个国家c a r s h a r i n g 行为的调 查，指出促使人们使用该出行方式的最主要因素是节约费用、使用方便、停车有保证。 同时也对比了世界各地的汽车共享的异同点，预示其未来的广阔发展前景h 1 ；s u s a n a s h a h e e n 和e l l i o tm a r t i n 针对我国北京交通系统的现状，在2 0 0 6 年春对北京8 4 0 个人进 行了抽样，调查其对c a r s h a r i n g 的熟悉度和反应，接受和选择意愿，涉及交通方式和需 要、车辆购买意愿和对汽车共享的兴趣，以调查其潜在的用户市场，并为未来发展提 供依据，揭示了中国北京地区对汽车共享服务的潜在需求n0 1 ；s u s a na s h a h e e n 和 m a t t h e w 的研究表明，普通人对汽车共享没有兴趣与不了解其情况有关，因为在决策过 程中，信息和经验起到重要作用，并采用社会营销理论对旧金山海湾地区的一个汽车 共享项目c a r l i n k 进行了实验研究，发现经过学习该模式的人群中，有近5 4 的人表 示有兴趣加入汽车共享组织，而未学习的人群中仅仅有1 8 的人有兴趣加入3 。 国外学者对采用汽车共享服务模式后用户出行行为的变化也进行了调研。在学者 m u h e i m 和i n d e r b i t z i n 对1 4 6 名接受过瑞士a t g 汽车共享公司服务的用户的调查中发现， 该组织会员年平均行驶里程数是普通人的7 1 ，而使用公共交通出行的次数是普通人 的2 6 ，会员的出行方式选择有了显著变化1 。 通过以上学者的调研报告可归纳出，汽车共享公司的会员主要为无力买车但有用 车需求者、不常使用汽车者、常进行短距离出行者等众多人群。会员则呈现出年轻化、 文化程度较高、收入较高等特点，反映出新型模式推出后的消费人群特点。 ( 2 ) 定性分析类 自1 9 8 0 年以来，欧洲、北美的许多学者对汽车共享服务进行了进一步深入研究。 b a u m 和p e s c h 对德国汽车共享参与者的动机研究时发现，加入汽车共享公司的最主要原 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 因并不是使用成本，而是可靠的停车位保证和邻近居住地；在美国波特兰的研究发现， 最主要原因则是使用成本低和多车型的灵活选择服务。以上研究的结论是：如果能在 成本不超过私家车的同时，像使用私家车一样方便快捷，那么汽车共享服务就会被市 场接受吲。 m e i j k a m prg 从成本一收益角度分析发现，很多私家车使用率并不高，但又不能 没有，而通过汽车共享就可以解决矛盾、减少固定费用。汽车共享的优势在于将固定 成本和使用成本都分摊到每次具体的出行上，因此每次用车的边际费用很接近平均费 用，费用将介于公共交通和私家车之间。文中表明，用户接受汽车共享服务的主要动机 是从经济角度考虑，并可极大降低出行拥挤度羽。 学者s u s a n a s h a h e e n 和m a t t h e wb a r t h 在文中则简要阐述了三种基本的汽车共享模 型：邻里共享、站车、多网点共享，并对三种模式在我国实施的可行性进行了探讨1 ； d a v i db r o o k 讨论了实施汽车共享服务项目的主要考虑因素：商业形式选择、定价问题、 目标市场群体、车辆选择等等，并提出一种利用电子数据表格方式对比各种价格和费 用的方法u 羽。 ( 3 ) 定量分析与实际操作 m u r a k a m i 对汽车共享的实际操作进行了系统分析，其利用先进的信息管理技术和 网络技术，实行全自动系统管理。基于计算机的智能电子系统主要用于管理车辆预订、 提取和记录用户使用情况等方面，网点的计算机控制系统可通过i d 卡识别用户，并可 通过智能交通系统的信息服务，提供到达用户目的地的最短路径。汽车共享服务的具 体操作流程如下：会员注册成功输入起始地、目的地、用车时刻、持续时间、希 望上车地点、车型等车辆可用显示等待时间、取车地点接受停车站 取钥匙取车开走目的地还车个人帐户自动缴费n 引。 在定性分析汽车共享服务特征的基础上，国外一些学者开始了定量研究。f r a n ze p r e t t e n t h a l e r 研究表明，在不考虑保险和汽车折旧率的情况下，对于每年驾驶汽车少于 1 8 0 0 0 公里的人来说，使用共享汽车优于私家车n 5 1 ；而在充分考虑上述两因素的前提下， 平衡点则变为1 5 0 0 0 公里；m a t t h e wb a r t h 和m i c h a e lt o d d 两位学者通过建立多网点汽车 共享服务的仿真模型，详细评估了汽车共享服务车辆的分配、具体使用情况等，并通 过例证表明该系统的决策与服务车辆和出行次数的比值有紧密联系u6 1 ；a b d o l r e z a k a r b a s s ia n dm a t t h e wb a r t h 描述了一种汽车共享中路线预测和到达时间评估的方法，可 以在多站台车辆系统中实现，开发的算法能测算出实际的运送路径和到达时间n 7 1 。 此后，a l v i n ag h k e k s d r u e yl o n gc h e u 等学者对汽车共享多车场间车辆调配的问 题进行了定量研究，创建了解决该问题的三阶段最优模拟决策系统，建立了在需求确 定情况下单车型的混合整数线型规划模型，其以总费用最小化为决策目标，利用启发 式算法求解出结果。文章中作者还以新加坡的一家汽车共享公司为例进行实证分析， 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 得出在该系统下，公司员工雇佣费用将减少5 0 ，无车辆及时满足服务的时间下降 4 6 1 3 ，无可用停车位及时满足服务的时间下降3 7 1 - 4 1 1 剐。 与此同时，我国学者也在逐步加入到汽车共享服务的研究中。早期，黄肇义在分 析汽车共享可能产生的效益和意义基础上，提出了在国内发展实施汽车共享服务的一 些具体举措n 9 1 。此后，晋江月采用哈耶克自然自发的市场经济制度理论，从经济角度 对拼车市场进行了分析，表明拼车能更好的满足与提高供需双方的效用，且可改善城 市交通状况心0 | 。雷孟林对汽车共享中模式之一的“卡普”进行了研究，阐述了其种类 和性质，提出政府可以对经营性“卡普”给予适当鼓励的观点，并提出具体建议措施心1 j 。 薛跃、杨同宇、温素彬三位学者在对汽车共享概念和发展历程的研究基础上，对其经 济社会特性和创新发展模式等进行了研究哺3 。夏凯旋，何明升采用实证研究方法，以北 京市非正式的汽车共享服务为对象，通过模型对其服务水平进行了实证分析，重点是 对服务质量评价影响因素进行了探索和证明堙1 。 纵观目前国内外对汽车共享问题的研究文献，仍大多以定性研究和理论分析为主， 问卷调研也多集中于探讨其社会的认可度和使用人群的特征，以及给社会带来的效益 等方面，而对于实际操作中所涉及到的需定量分析方面的研究很少，缺乏对于该服务 具体操作层面中问题的研究，如车辆调配、车站选址、车辆与顾客的比率设置、动态 定价等定量问题，这就迫切需要我们从定量角度进一步完善对汽车共享相关问题的研 究，将有助于该模式在我国的应用实施。 1 2 2 空车调配研究综述 关于空车调配问题的研究，近年在国际已引起众多学者的广泛关注和研究兴趣， 随着对该问题研究的不断深入，不仅出现大量论述研究历史方面的文献，也不断涌现 出该领域新的研究方法与成果。在国际理论界为空车调配问题研究打下良好的基础上， 我国国内学者也陆续展开相应领域的探索。目前对于空车调配问题的研究领域中，不 考虑调配路径问题，而单纯考虑车辆在网络中各网点间调配的研究领域主要为铁路中 的空车调配及航运中集装箱调运。现对国内外相关研究做以下综述： ( 1 ) 空车调配应用领域 当前，空车调配问题已在铁路、航运、航空、公路等各类运输方式的研究中得到 广泛应用，空车调配决策是否科学、合理、有效将直接影响到物流运送的效率、客户 需求满意度、公司效益等众多方面。铁路中的空车调配问题其特点是空车停靠地的不 稳定性与运输需求在地区间的矛盾和不平衡，因此需要对空车进行优化调度。而在航 运的空集装箱调配过程中，也将遇到由于经济不平衡而导致的各地区运输需求的不平 衡，以及空集装箱在各港口的极大差异。这也就需要航运公司对于空集装箱进行调配， 以满足客户需求。以上的铁路部门和航运公司都十分必要对空车或空集装箱的调配制 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 订出运输与调配方案，从而可以最大限度地降低运输成本，又能使客户的满意度达到 最大化。该问题的实质就是如何科学、高效的进行实时动态的空车箱调配。 而本文所研究的汽车共享中的空车调配问题则是由传统空车调配问题派生出的， 两者在本质上具有很多共同点，同时又因为各自特点而存在着细节问题上的差别，以 下将存在的一些主要差异用表格形式列出进行对比，如表1 1 所示： 表1 - 1 对比空车调配差异 汽车共享空车调配铁路空车调配空集装箱调配 对象空车，载人车辆空车，载货车辆空集装箱 车辆供给数已知，任车辆供给数已知，任务空集装箱供给数、需求数均 需求 务需求确定需求为随机变量为随机变量 具有独立法人资格隶属于政府相关部门，具有独立法人资格的航运 组织形式的公司，只能调配本可调配辖区内所有空公司，只能调配本公司或合 公司网点的车辆 垄 作单位的空箱 调运距离较短，频率调运距离较短，受气候航线长，受气候等条件影响 时间限制较高，抵达需车网点条件影响小，抵达需车大，抵达目的网点的时间偏 的时间偏差小网点的时间偏差小 差大 ( 2 ) 国外空车调配问题研究现状 a 、确定性问题 国外对于空车调配问题的研究是从确定性条件出发的。s c m i s r a 是较早对静态空 车调配问题通过数学模型进行研究的学者，他将空车调配问题转化为类似经典的“运 输问题”，通过建立以空车调配费用最小化为目标的线性规划模型进行求解瞄引；而p h i l i p c e 与s u s s m a nj m 两位学者，则将该问题抽象为调配网络各节点的“库存问题”进行 分析探讨担3 1 。以上文献均是将原问题向经典模型进行转化，而m e n d i r a t t av b 和t u m o u i s t m a ，m e n d i r a t t a v b 则是将原问题分解为空车在各节点的库存问题与在各节点间网络 的流向问题进行求解瞳引晗。 f e e n e yg ，m c g a u g h e yr s ，g l i e k m a nt s 和s h e r a l ih d 等对确定性条件下动态空货 运车辆调配问题进行了探讨，但以上文献也都仅限于对空车调度的考虑，而未涉及到 载人( 货) 车辆晗6 2 7 2 引。s h e nws 和k h o n gcm 对航运中空集装箱的调运问题进行了研 究，通过建立确定性的网络优化模型，分析各港口对于空集装箱调运的决策啪3 ；在美 国学者w a r r e nb p o w e l l 和t a s s i oa c a r v a l h o 的研究中，他们将问题具体化为确定性条件 下有时间窗限制的多车型车辆动态调配问题，其利用线性规划模型对原有的动态网络 模型进行简化，从而该模型可用于有时间窗限制和多车型的车辆调配问题啪1 ；a b r a c h e j , c r a i n i ct g 和g e n d r e a um 对空集装箱在确定性条件下调配的问题建立了动态模型，并 设计出新的分解算法解决了空集装箱未来的需求与调配问题阳；e l i o d o r 9 0 建了一个多 阶段集装箱库存量和空箱调配问题模型，在考虑众多不确定因素的情况下如何完成集 装箱的租赁、库存以及分配等决策呤2 1 。 b 、动态性问题 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 随着对空车调配问题研究的逐步深入，动态调配理论逐渐兴起。当前绝大部分空 车调配相关文献均涉及到其动态性，即空车调配应随时间的变化而调整。 国外对于动态问题的研究始于d a n t z i gg 和f u l k e r s o nd ，他们利用动态网络研究油 轮的调配问题，以其使油轮数量最小化呤刭；w w w h i t e 和a m b o m b e r a u l t 研究了铁路运 输中空集装箱的调配，通过构造一个时空模型来描述空集装箱的调运问题，且给出了 诱导式网络流算法，可用于运输任务供需确定的空箱调运，但无法考虑缺货情况1 ； g p o u i m e 在传统的时空模型中增加了线路能力以及空车库存等约束，以运输延误时间 最小化、空车运输距离最小化和空车库存最小化为约束求解朝。 随着随机控制理论的出现与发展，对于随机空车调配问题的研究也逐步出现。 w c j o r d a n 和m a t u m q u i s t 将运输任务需求假定服从正态分布，而运输时间则设为服从 负二项分布，以收益( 包含运输收益、库存费用、运输成本等) 最大化为目标函数建 立模型求解m 1 ；l l r a t c l i f f e ，b v i n o t 和f t s p a r r o w 的研究则是将线性规划和随机线性 规划结合运用到空车调配的模型中，在线性规划部分，将空车按照一般运输问题进行 优化调配，而随机线性规划部分，则按空车供求的历史分布规律预测分析，多余空车 按概率进行预分配口7 1 ；g j b e a u j o n 和m a t u r n q u i s t 在分析运输时间和任务需求都具有不 确定性的基础上，构建了收益最大化的非线性规划模型，并利用期望值近似化不确定 值来处理该问题啪1 。 c 、算法类 目前，国内外对于车辆调度问题算法方面的研究己较为成熟，算法大致可分为精 确算法与启发式算法两大类。前者主要包括分枝定界法、割平面法、动态规划等方法。 b a l i n s k im ，q u a n d tr 以及r a omr ，z i o n ts 设计了集分割和列生成算法，求解出一般 车辆调度问题和带有时间窗的车辆调度问题钔m 3 ；e i l o ns ，w a t s o n g a n d y cdt 和 c h r i s t o f i d e sn 则利用动态规划方法求解出车辆数固定的调度问题，并且引入可行性规 则和松弛过程减少状态的数量h ；f i s h e rml 和j a i k u m a rr 等学者提出三下标车辆流方 程，以此求解带有车位约束、时间窗约束及无停留时间条件下的车辆调度问题h 引； l a p o r t eg 等学者利用分枝定界算法求解了一般车辆调度问题h 副。 而常见的启发式算法主要有遗传算法、蚁群算法、贪婪算法等。例如s s p i e c k e r m a n n 和s v o s s 等学者将空车调配问题看作类似车间的调度问题，建立以调配费用最小化为目 标的模型，并设计出贪婪算法进行求解1 。 在多阶段调配问题的研究中，为便于问题的求解，有些研究者尝试利用函数逼近 技术简化原有问题。著名学者p o w e l lw b 和c a r v a l h ot a 就率先创建出可解决在确定性 条件下动态车队管理问题的物流排队网络( l q n ) 模型，以线性函数来近似逼近期望 目标函数，并通过实证说明l q n 方法优于传统线性规划算法h 5 蚓；t a s s i o a c a r v a l h o 和 w a r r e nb p o w e l l 在原有研究的基础上，针对l q n 模型设计出最优控制参数，将多阶段 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 ii| 的最优化问题分解为多个连续时空中独立的子问题，通过控制变量的调整，逐步得到 全局最优解，并利用大量实验数据对算法进行验证h 7 1 ；g r e g o r y a g o d f r e y 和w a r r e nb p o w e l l 两位学者则利用非线性函数逼近未来任务供需情况的动态规划方法，探讨了随机 情况下动态资源的分配问题，并证明这种函数逼近方法是分段线性的且可以提供整数 解4 8 1 。 总体来讲，由于精确性算法基于严格的数学手段，在可求解情况下，其解通常要 优于人工智能算法。但由于严格数学方法的引入，因而其只能有效求解较小规模的确 定性问题。当