一种交通需求管理策略下的拼车出行管理方法

摘要

本发明涉及一种交通需求管理策略下的拼车出行管理方法，包括以下步骤：选取管理参数，所述管理参数包括确定高峰拥堵时段下的拥堵路段通行能力、出行者出行需求和时间成本；根据管理参数计算当前的拼车比例阈值；判断当前的拼车比例阈值小于或等于预先设定的拼车比例阈值，若是，则选取第一奖励模块进行拼车出行管理；若否，则执行后续步骤；根据管理参数计算当前的市场渗透率阈值，判断当前的市场渗透率阈值是否小于预先设定的市场渗透率阈值，若是，则选取第二奖励模块进行拼车出行管理；若否，则选取第三奖励模块进行拼车出行管理。与现有技术相比，本发明具有缓解交通拥堵，提高社会整体出行效率等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及交通需求管理领域，尤其是涉及一种交通需求管理策略下的拼车出行管理方法。

背景技术

拼车出行被认为是交通需求管理(TDM)中的一项有效方法，可以潜在地减少汽车拥有量及碳排放量。拼车出行(CarPool)与共乘出行(RidePool)的概念类似，但是拼车出行是指司机和乘客共享出行同时可以满足司机自己的出行需求。但是，在现有阶段拼车出行的司机和乘客存在供需不匹配的问题：一方面，拼车出行的司机需要承担额外的油耗、车辆折损等成本，另一方面，会丧失出行的独立性。因此没有合理的管理手段作用很难平衡司机和乘客的出行成本。

目前，常见的拼车出现管理方案大多为拼车乘客向司机支付一定的费用，从而消除司机与乘客之间的出行成本不平衡的问题。然而，向乘客收取额外的费用也从某种程度上阻止了乘客拼车，没有足够的参与司机和乘客很难保证拼车方案的效率。从而真正的拼车需求无法得到充分展现和满足。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种交通需求管理策略下的拼车出行管理方法，旨在最大程度上缓解交通拥堵，提高社会效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种交通需求管理策略下的拼车出行管理方法，包括以下步骤：

S1、选取管理参数，所述管理参数包括确定高峰拥堵时段下的拥堵路段通行能力、出行者出行需求和时间成本；

S2、根据管理参数计算当前的拼车比例阈值；

S3、判断当前的拼车比例阈值小于或等于预先设定的拼车比例阈值，若是，则选取第一奖励模块进行拼车出行管理；若否，则执行步骤S4；

S4、根据管理参数计算当前的市场渗透率阈值，判断当前的市场渗透率阈值是否小于预先设定的市场渗透率阈值，若是，则选取第二奖励模块进行拼车出行管理；若否，则选取第三奖励模块进行拼车出行管理；

所述第一奖励模块中执行：给予司机或乘客的奖励在高峰时段的开始或结束两端最高，在高峰时段的中间最低，奖励和高峰时间的曲线呈“U”形；

所述第二奖励模块中执行：给予乘客的奖励在高峰时段的中间最低，在高峰时段的两端最高，奖励和高峰时间的曲线呈“V”形；给予司机的奖励在高峰时段的中间最高，在高峰时段的两端最低，奖励和高峰时间的曲线呈倒“V”形；

所述第三奖励模块中执行：给予乘客的奖励在高峰时段的中间最低，在高峰时段的两端最高，奖励和高峰时间的曲线呈“V”形；给予司机的奖励在高峰时段的两端最高，在高峰时段的中间次高，奖励和高峰时间的曲线呈倒“W”形。

进一步地，所述步骤S2中拼车比例阈值的计算表达式如下：

R＝α

其中，R为拼车比例的阈值，α

进一步地，所述步骤S4中市场渗透率阈值的计算表达式如下：

p＝1-(α

R＝α

其中，p为市场渗透率阈值，α

进一步地，第一奖励模块中的奖励方案表达式为：

其中，I

进一步地，第二奖励模块中的奖励方案表达式为：

t′＝t

其中，I

进一步地，第三奖励模块中的奖励方案表达式为：

K＝(α

其中，I

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出了一种交通需求管理策略下的拼车出行管理方法，一方面，在同一交通系统中分别提出了针对拼车司机和乘客的独立奖励方案，以维持拼车司机和乘客数量平衡，从而保证拼车出行模式的持续运行；另一方面，本发明极大地减少交通出行系统总成本，可以缓解交通拥堵，高社会整体出行效率。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明第一模块出行模式示意图。

图3为本发明第二模块出行模式示意图。

图4为本发明第三模块出行模式示意图。

图5为本发明第一模块奖励方案示意图。

图6为本发明第二模块奖励方案示意图。

图7为本发明第三模块奖励方案示意图。

图8为本发明实施例系统总成本与渗透率、拼车比例关系示意图。

图9为本发明实施例系统总成本减少比例、市场渗透率与奖励预算关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供了一种交通需求管理策略下的拼车出行管理方法，包括以下步骤：

步骤S1、选取管理参数，所述管理参数包括确定高峰拥堵时段下的拥堵路段通行能力、出行者出行需求和时间成本。

步骤S2、根据管理参数计算当前的拼车比例阈值。拼车比例阈值的计算表达式如下：

R＝α

其中，R为拼车比例的阈值，α

步骤S3、判断当前的拼车比例阈值小于或等于预先设定的拼车比例阈值，若是，则选取第一奖励模块进行拼车出行管理；若否，则执行步骤S4。

步骤S4、根据管理参数计算当前的市场渗透率阈值，市场渗透率阈值的计算表达式如下：

p＝1-(α

R＝α

其中，p为市场渗透率阈值，α

判断当前的市场渗透率阈值是否小于预先设定的市场渗透率阈值，若是，则选取第二奖励模块进行拼车出行管理；若否，则选取第三奖励模块进行拼车出行管理。

第一奖励模块中执行：给予司机或乘客的奖励在高峰时段的开始或结束两端最高，在高峰时段的中间最低，奖励和高峰时间的曲线呈“U”形。第一奖励模块中的奖励方案表达式为：

其中，I

第二奖励模块中执行：给予乘客的奖励在高峰时段的中间最低，在高峰时段的两端最高，奖励和高峰时间的曲线呈“V”形；给予司机的奖励在高峰时段的中间最高，在高峰时段的两端最低，奖励和高峰时间的曲线呈倒“V”形。第二奖励模块中的奖励方案表达式为：

t′＝t

其中，I

第三奖励模块中执行：给予乘客的奖励在高峰时段的中间最低，在高峰时段的两端最高，奖励和高峰时间的曲线呈“V”形；给予司机的奖励在高峰时段的两端最高，在高峰时段的中间次高，奖励和高峰时间的曲线呈倒“W”形。也就是说在第三奖励模块中，当规定一个司机搭载较多乘客且市场渗透率较高时，奖励方案既会提供在高峰期的两端又会提供在高峰期的中间，提供在高峰期两端的奖励方案形状相同于第一奖励模块；提供在高峰期中间的奖励方案相同于第二奖励模块。第三奖励模块中的奖励方案表达式为：

K＝(α

其中，I

上述第一奖励模块、第二奖励模块和第三奖模块中的奖励方案推导如下：

一、基于拼车出行模式，建立任意市场渗透率、拼车比例下通勤者的最优出行模型：

固定需求下，所有通勤者可对出发时间、出行角色做出决策，即：单独出行、作为拼车司机出行、作为拼车乘客出行。通勤者在不同决策下的出行成本如下所示：

G

其中：

i——出行角色：i＝1，单独出行；i＝2，拼车司机；i＝3，拼车乘客；

G

α

T(t)——在时刻t出发的通勤者所面临的排队时长；

T

C

其中，计划延迟成本为通勤者实际到达时间相较于期望到达时间所产生的的迟到或者早到时间成本：

系统总成本由所有通勤者的行驶时间成本和计划延迟成本两部分组成。本发明将系统总成本作为目标函数，通过严格理论推导求解系统总成本最小时的出发模式。其中目标函数公式如下：

其中：

C

t

t

IBTDM是基于出行者自愿的非强制性策略，故其策略适用于任何市场渗透率的情形。在固定需求为N，渗透率为P的情形下，意味着最多有NP个拼车出行的通勤者。拼车比例是拼车出行中所特有的约束，其含义为同一车辆中乘客人数与驾驶员人数的比率。为方便管理主体进行项目管控，拼车比例多规定为大于等于1的常数。市场渗透率、拼车比例等约束具体表达式如下所示：

N＝N

N

R＝N

其中：

N——固定需求下通勤者的人数；

N

p——市场渗透率；

R——拼车比例。

通过求解上述模型，可以计算得到系统总成本C

A

B

可以发现系统总成本C

A、当拼车比例维持在一个较低水平时，即α

B、当拼车比例较大且市场渗透率较小时，即α

C、当拼车比例较大且市场渗透率较大时，即α

二、对不同的拼车奖励方案设定

在均衡状态下，任何通勤者都不能通过单独改变出发时间或出行角色来降低出行成本。因此，管理主体需要通过提供时变的奖励方案来保证最优出行模式是均衡状态。其中均衡状态下的具体函数表达式如下所示：

A

G

其中：

A

I

即有：

1)当拼车比例维持在一个较低水平时，即α

其中，

2)当拼车比例较大且市场渗透率较小时，即α

t′＝t

不同于拼车比例较小的情形，拼车比例较大时管理主体所提供的奖励方案集中在高峰时段的中间。面向拼车乘客的激励方案是“V”形的，而面向拼车司机的奖励方案则相反，即倒“V”型。(如图6所示)

3)当拼车比例较大且市场渗透率较大时，即α

K＝(α

由上述等式可以看出，管理主体所需设置的奖励方案较为复杂：奖励方案既会提供在高峰期的两端又会提供在高峰期的中间，提供在高峰期两端的奖励方案形状相同于1)；提供在高峰期中间的奖励方案相同于3)。(如图7所示)

本实施例的具体实施如下：

表1中为具体设定：假设有1，000个通勤者需在早高峰时段通过唯一一条路径上班，该路径存在一个通行能力瓶颈，其通行能力为每分钟最多通过20辆车，如果瓶颈处的车辆到达率超过通行能力则会产生排队。因此，通勤者的总行驶时间由瓶颈处的排队时间和道路上固定的自由流行驶时间两部分组成。我们规定道路上固定的自由流行驶时间为5分钟，单独出行的通勤者的单位行驶时间成本为1元每分钟；拼车出行的司机的单位行驶时间成本为1.1元每分钟；拼车出行的乘客的单位行驶时间成本为0.6元每分钟。所有通勤者的上班开始时间为早上8:00，所有通勤者的早到单位时间成本为0.5元每分钟，迟到单位时间成本为2元每分钟。

表1简化背景下问题设定信息统计表

根据上述算例，为了达到目标函数下的最优状态，奖励方案选取需考虑市场渗透率及拼车比例，如图5～7所示：可以发现根据市场渗透率、拼车比例的不同，奖励方案可以分为下述三种情形：

奖励方案一：当拼车比例维持在一个较低水平时，即R≤R

其中图中t

奖励方案二：当拼车比例较大且市场渗透率较小时，即R＞R

另一等价奖励方案为拼车司机和乘客均提供一个相同的“V”形奖励方案，但是乘客所支付给司机的费用则呈相反的趋势，即呈倒“V”形。因为拼车司机和拼车乘客之间的单位行驶时间成本不同，故排队时间越长，司机和乘客之间的出行成本差距就越大。(如图6所示)

其中图中t′为在工作开始时间准时到达的通勤者的出发时间；t

奖励方案三：当拼车比例较大且市场渗透率较大时，即R＞R

其中图中t

通过上述奖励方案可以有效减少交通拥堵，大幅缩短系统总出行时间。如图8 所示：当市场渗透率为0时，即未施加奖励方案时，系统总成本为2.5×10

此外，奖励方案的设定需要考虑到预算的设置，尽管提高市场渗透率能够减少系统总成本，但是提高市场渗透率意味着更多的共乘参与者，从而需要更高的预算设置。不同预算下，所能满足的最大市场渗透率及系统总成本减少比例可以由图9 所示。具体而言，假设固定共乘比例R＝3，随着预算的增加，可以有效扩大市场渗透率、减少系统总成本，从而促进拼车出行发展，提高出行效率。当市场渗透率达到100％时，即所有通勤者都选择共乘出行，系统总成本的减少比例可以达80％左右，此时可得达到该状态下所需的最小预算，从而避免造成预算浪费。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。