城市综合换乘枢纽的出租车合乘调度方法

第３８卷第３期　２０１７年６月　大　连　交　通　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＤＡＬＩＡＮ　大　学　学　报　

ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２０１７　

文章编号：１６７３—９５９０（２０１７）０３—０００１—０６　

城市综合换乘枢纽的出租车合乘调度方法　郑明明　，徐洪峰　，左忠义　（１．大连交通大学交通运输工程学院，辽宁大连１１６０２８；２．大连理工大学交通运输学院，辽宁大连　１１６０２４）米　

摘要：分析了城市综合换乘枢纽实施出租车合乘的必要性．初步构建了面向城市综合换乘枢纽的出租车　合乘组织模式．将出站乘客合乘的组织调度描述为静态一点对多点出租车合乘匹配问题，以出租车数量最　小、总费用最小为优化目标，建立了混合整数规划模型，利用基于遗传算法和单纯形法的启发式算法求解　该模型．算例分析表明，有效组织综合换乘枢纽处的出租车合乘可以明显减少进入枢纽站的出租车辆，降　低出租车辆行驶的总里程，显著提高出租车司机单次出行收入，同时明显降低乘客平均支出费用，能够体　现出较好的社会、经济效益．　关键词：交通工程；出租车合乘；启发式算法；城市综合换乘枢纽　文献标识码：Ａ　

０　引言　出租车合乘（ｔａｘｉ　ｐｏｏｌｉｎｇ）是指多名乘客自愿　同意支付一定的费用、共同乘坐同一辆出租车的　交通出行模式．从乘客的角度，合乘可以缓解打车　难、减少乘车费用；从驾驶员的角度，合乘可以降　低空驶率、增加营运收入．同时，合乘还将产生提　高运能、节约能源、减少污染、缓解拥堵等溢出效　应．因此，鼓励出租车合乘具有十分重要的现实意　义．但是，驾驶员随意拼客、随意要价、长距离绕　行、长时间等客等行为，在很大程度上影响了乘客　的合乘意愿、限制了合乘的推广实施．显然，寻求　安全、规范、高效的出租车合乘运营组织模式显得　尤为重要．　根据乘客起终点的不同，可以将出租车合乘　模式分为３类：①起点相同、终点相同的合乘（一　点对一点）；②起点相同、终点不同或起点不同、　终点相同的合乘（一点对多点或多点对一点）；③　起点不同、终点不同的合乘（多点对多点）．根据　组织方式的不同，又可以将出租车合乘问题分为　静态车辆合乘问题（乘客上车前先组合好，上车　后按最佳线路行走即可）和动态车辆合乘问题　（车上已有部分乘客，行驶途中再与其他乘客合　乘）．Ｔａｏ提出应用基于时空网络图的启发式算法　求解以单辆出租车行程距离最短和乘客等待时间　最小为目标的静态一点对多点出租车匹配问　题…，Ｌｅｅ研究应用两步调度算法求解动态的多　点对一点的多辆出租车匹配问题　．Ｊｕｎｇ提出应　用混合模拟退火算法求解动态多点对多点的出租　车合乘组织　Ｊ．Ｈｏｓｎｉ应用拉格朗日算法和启发　式算法求解动态带时间窗的多点对多点的出租车　合乘调度　Ｊ．周和平和程杰分别应用遗传算法研　究静态和动态多点对多点的出租车合乘问　题　Ｊ．国内外的研究集中于多点对多点的出租　车合乘问题以及动态出租车合乘组织，对静态一　点对多点的出租车合乘组织研究甚少．　本文旨在以满足城市综合换乘枢纽处出站乘　客的换乘需求为出发点，基于合乘乘客具有批量　到达，合乘起点相同，请求合乘时间一致，出行距　离较长，终点随机分布的特点，将其定位为静态一　点对多点多辆出租车合乘匹配问题．在综合考虑　社会效益、经济效益的前提下，研究城市综合换乘　枢纽处出租车合乘组织模式及关键调度技术．　

米收稿日期：２０１６．０９—１９　基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１３７４１９３）　作者简介：郑明明（１９７９一），女，讲师，硕士，主要从事城市公共交通规划与管理方法研究　Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｅｎｇｍｍ１９７９＠１２６．ｃｏｍ．　２　大　连　交　通　大　学　学　报　第３８卷　１城市综合换乘枢纽出租车合乘组　织模式设计　

１．１必要性分析　典型的城市综合换乘枢纽包括机场、火车站、　长途汽车站、客运码头等，综合换乘枢纽作为一个　复杂系统，最核心的功能是换乘功能，目前乘客到　站后到达城市内部的常见换乘方式主要有城市轨　道交通、常规公共汽车、出租车、社会车辆、步行和　其他方式．综合换乘枢纽处的合乘出租车可以看　作一种介于常规公共汽车和常规出租车之间的换　乘方式，这种换乘方式可以减少进出枢纽站的出　租车辆数，有利于节约停车用地和简化枢纽站内　外部的交通组织．区别于城市轨道交通和常规公　共汽车固定的发车时刻，合乘出租车可以提供较　

为及时和灵活的门到门的交通服务．相比常规出　租车，在制定合理的出租车费率标准的基础上，可　以降低乘客的出行费用．基于枢纽站批量到站的　合乘乘客数量和有效的出租车合乘调度安排，可　以提高出租车满载率，增加出租车司机的单次出　行收入．　１．２合乘组织模式　在综合换乘枢纽站组织乘客合乘出租车，需　要构建以乘客的合乘需求为驱动，以合乘信息平　台为核心，出租车辆、合乘停车场、通信设备及软　件等设施设备为支持的服务系统．出租车合乘服　务系统总体构架如图１所示，系统在一个周期　（例如５　ｒａｉｎ）的合乘组织流程如图２所示．　

图１　出租车合乘服务系统总体构架图　２基于城市综合换乘枢纽站的合乘　信息平台调度建模及求解　

城市综合换乘枢纽站出租车合乘运营组织主　要依托于合乘信息平台的调度管理，而其中合乘　调度建模及求解是一项关键技术．　２．１问题描述　城市综合换乘枢纽站出租车合乘调度属于一　点对多点的静态多辆出租车合乘组织问题．调度　结果需要确定出租车数量、乘客乘坐的出租车编　号、每辆出租车的服务路线、每辆出租车的收费以　及每位乘客的费用．而出租车合乘服务路线与费　率的确定，不仅要考虑到出租车合乘的社会效益，　还要考虑到运营车辆和乘客的利益．因此，本文以　出租车数量最少、出租车辆行驶总时间最短和乘　客总费用最小为优化目标建立优化模型．　２．２模型的建立　２．２．１基本假设　①派出的车辆类型相同，载客能力相同；②中　途不允许搭乘其他乘客；③车辆无故障行驶；④任　一目的地节点具有合乘意愿的乘客数小于出租车　容量；⑤出租车辆充足．　２．２．２数学符号定义　从图论的角度，可以将该问题表示为一个无　向带权图Ｇ＝（　，Ｅ），Ｖ＝｛０，１，２，…，／ｖ｝为节点　集，Ｅ＝｛（ｉ，Ｊ）Ｉ　ｉ，　∈Ｖ｝为边集．节点集中的０　表示枢纽站，其余节点表示客户目的地节点．　Ｓ／Ｚ／ＺｎＺ　为到达节点ｉ的乘客数量，每一条边（ｉ，Ｊ）　都有一个行驶时间ｔ¨且当ｉ∈　｛０｝时，ｔ　。＝　。。．Ｍ为出租车路线集合，Ｍ＝｛１，２，…，Ｋ｝；　第３期　郑明明，等：城市综合换乘枢纽的出租车合乘调度方法　３　ｃｎｕｍ　为第ｋ辆出租车的载客能力；ｒ　为客户节点　ｉ在ｋ线路上编号，　∈｛１，２，…，　｝．　。表示出　租车起步价里程（ｋｍ），Ｃ　表示出租车起步价　（元），Ｒ，表示司机因合乘运营而增加的最小收入　百分比（建议取０％～２０％），Ｒ　表示乘客因合乘　而得以减少的最小费用百分比（建议取２０％～　

３０％），ｄｋ　，％表示线路　上节点ｒｋｉ到ｒｋｊ之间的距　

离，ｇ　表示线路ｋ上节点Ｔｋｉ到ｒ　车上的乘客　数，　为时间与费用之间转换系数，即出租车司机　工作出行时间价值．　

乘客使用手机ＡＰＰ向合乘信息平台发出合乘请求　、　ｒ　信息平台定周期整理需求信息，系统优化建模并求解，计算出所需　出租车数量、行驶路线、出租车和乘客费用，形成若干订单　

、　ｒ　信息平台向出租车司机发布该周期的所有订单　

、　ｒ　出租车司机根据实际情况接单　／＾＼　

：　镪　＼　～　：：　一　Ｙ　’ｒ　

Ｉ信息平台将接单出租车车牌　信息平台将接单成功信息　信息平台将订单信息和　Ｉ　信息发送给合乘停车场　发送给出租车司机　出租车信息发送给该订　单乘客　

、　，　合乘停车场根据该周期接单　出租车在５ｍｉｎ内行驶　乘客在５ｍｉｎ内　的出租车车牌信息放行并安　至合乘停车场　步行至合乘停车场　排出租车停靠，　将到达出租车的停靠位置显　示在电子屏幕上　信息平台记录未到出　Ｙ　

ｊ１日至隆低访　耦生　Ｎ　ｒ十ｌ’～　＾Ｌｕ　●Ｊ＾—ｒ　、　ｒ　、　ｒ　ｌ　均信用等级　

、　，　／　

銎至　瓣　

一　Ｙ工　

出租车向信息平台发送未到达　乘客在下一周期合乘组织　乘客信息，并驶离停车场　中具有优先权或费用折扣　

、，　信息中心记录相关信息，使该出租车　

在下一次抢单中具有优先权，同时降　低未准时到达乘客的信用等级　

出租车驶离停车场　、　，　、　

结束一个周期的枢纽站出租车合乘组织　

图２　出租车合乘服务系统组织流程图　４　大　连　交　通　大　学　学　报　第３８卷　２．２．３决策变量　（１）车辆数变量　设ｑ为车辆数变量（即路线数变量），ｑ∈　｛１，２，…，Ⅳ｝．　（２）路径变量　设　为路径变量，为１时表示出租车　经过　边（ｉ，　），为０时表示不经过．　（３）费用变量　设Ｒ　ｋ　为费用变量，表示第ｋ条线路上（即　出租车　）从节点ｒ　到　单位乘客单位距离的费　率（元／ｋｉｎ．人）．　２．２．４优化模型　Ｋ：ｒａｉｎ（ｑ）　ｑ　Ｎ　

．』　。…　≥　ｓｎｕｍｊ　（　）　

ｑ∈｛１，２，…，／Ｖ｝　ｍｉｎｚ＝ｃ￣∑∑∑　＋∑∑∑Ｒ　，ｄｋ％，　ｉ＝０ｉ＝Ｏ　ｋ：１　ｋ　１ｉ：０ｉ＝０　（２）　

ｓ．ｔ．∑∑　＝１，Ｖｊ＝１，２，…，Ⅳ　（３）　

∑∑　＝１，Ｖ　ｉ＝１，２，…，Ⅳ　（４）　∑ｓｎｕ　（∑　）≤ＣＩＬＵｍ　，Ｖｋ＝１，２，…，Ｋ（５）　∑　≤１，Ｖ　＝１，２，…，Ｋ　（６）　∑　：０，Ｖ　＝１，２，…，Ｋ　（７）　∑　＝∑　ｋ　，　ｕ：１，２，…，Ｎ，Ｖ　＝１，２，…，Ｋ　（８）　ｒ　：ｒ“＋１　（９）　

以　％ｋ，　ｋ　

≥（１＋Ｒ。）［ｒ。（∑∑ｄＩ嘣，．　一Ｌｏ）＋ＣＯ］当　∑∑（ｚ　．　Ｌｏ，Ｖ后＝１，２，…，Ｋ　（１ｏ）　ｋ　ｋ≥（　＋Ｒ１）ｃ。　当∑∑ｄｋ　，％　≤Ｌ。，Ｖ　ｋ＝１，２，…，Ｋ（１１）　

Ｊ　一７　ｒ　≤（　一只　）［　％＂ｙ：　ｄ　一　）＋ｃ（】］　

荟Ｒ　ｋ，…ｄｋ　￣＜　ｚ　Ｃｏ，当，　≤　。　Ｖｓ＝２，３…，Ｎ，Ｖｋ＝１，２，…，Ｋ　（１３）　∈｛０，１｝，Ｖｉ，　＝０，１，２，…，Ｎ，Ｖｋ＝１，２，…，　（１４）　Ｒ　ｋ。％≥０，Ｖｉ，　：０，１，２，…，Ⅳ，Ｖ厶＝ｌ，２，…，　

（１５）　其中，式（１）表示以最少数量的出租车辆满足本　周期乘客需求，式（２）表示该周期出租车辆行驶　总时间和乘客总费用最小．考虑到城市综合换乘　枢纽组织出租车合乘的社会效应，以最少的出租　车辆数满足服务需求可以减少对枢纽站周边和内　部交通压力，节约停车场用地，以及提高车辆满载　率，降低污染和节约能源的作用，因此，将出租车　辆数最少最为第一目标，总费用最小最为第二目　标．式（３）～（１５）为约束条件．式（３）、（４）表示每　一位乘客只被一辆车服务，式（５）表示每辆出租　车运载的乘客数不能超过其容量限制．式（６）和　式（７）表示每一条线路只有～辆车从枢纽站出　发，但不返回枢纽站．式（８）确保每条路径连续　性．式（９）保证节点ｉ和　在路线七上是相邻节点．　式（１０）和（１１）表示每条线路提供合乘服务的出　租车司机单程收入要比不提供合乘服务时收入　高．式（１２）和（１３）表示每条线路每位乘客合乘出　租车费用要较单独乘坐出租车时费用节省．　２．２．５求解算法　城市客运枢纽站的出租车合乘调度优化模型　是一个｝昆合整数规划问题，本文在求解过程中采　用遗传算法策略求解　，而采用单纯形法求解　尺　．　（１）算法流程　Ｓｔｅｐｌ：输入枢纽站位置、道路网结构、路网特　性、出租车容量等基础数据．输入客户数、客户节　点位置，以车辆数最少为第一优化目标，求出所需　出租车数量（即线路数）；　Ｓｔｅｐ２：设定初始化种群大小ＰＯＰ—Ｎ，交叉概　率Ｐ　，变异概率Ｐ　，迭代次数ｇｅｎ等参数，随机生　成初始种群；