基于能力平衡和變覆蓋半徑的加油站網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充選址模型

孫寶鳳，高 坤，申琇秀，梁 婷

(吉林大學(xué) 交通學(xué)院，長春 130022)

0 引 言

加油站擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)的選址問題旨在研究城市向外擴(kuò)建后，在滿足規(guī)劃區(qū)域內(nèi)、確定的加油站需求總量的條件下，綜合考慮加油站空間布局與城市規(guī)劃建設(shè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)關(guān)系，通過定性分析和定量分析，參照《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]和《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》[2]，重點(diǎn)均衡已建加油站和新建加油站的空間分布、等級級配和數(shù)量規(guī)模關(guān)系，最終確定新建加油站的位置、適建規(guī)模和覆蓋范圍，屬于離散型確定性選址問題。

此類問題的理論模型可歸納為p中心模型 (p-center model)[3]、p中值模型(p-median model)[4]和覆蓋模型(Covering model)[5]三類經(jīng)典模型，其中，集合覆蓋模型(Set covering model)是以最小數(shù)量的設(shè)施或總建設(shè)成本去覆蓋給定水平的需求，這與加油站的設(shè)施特點(diǎn)和功能定位十分相符。集合覆蓋模型在設(shè)施選址、布局優(yōu)化問題中廣為應(yīng)用，新的趨勢一是分類覆蓋、變半徑覆蓋、分區(qū)覆蓋等覆蓋規(guī)則的變化；二是服務(wù)站的設(shè)施設(shè)備配置對于其供給能力的影響十分顯著，應(yīng)在能力規(guī)劃階段一并考慮。

在選址決策方面，鑒于加油站具備道路交通設(shè)施和商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施雙重屬性，加油站選址決策在科學(xué)分析、選擇各類影響因素的基礎(chǔ)上，側(cè)重于解決選址或布局的科學(xué)性、可操作性、安全性和經(jīng)濟(jì)性問題。駱偉明等[6]考慮了加油行為特征，結(jié)合機(jī)動車加油需求空間上“節(jié)點(diǎn)-通道-面狀網(wǎng)絡(luò)”三個不同層次特征進(jìn)行差異化加油站選址。Khahro等[7]針對加油站選址的危害性，建立了包含環(huán)境、水文、地質(zhì)以及社會經(jīng)濟(jì)方面的加油站選址環(huán)境影響評價(jià)指標(biāo)體系。圍繞加油站選址的經(jīng)濟(jì)性問題，曾小剛[8]著重從市場營銷和商圈經(jīng)濟(jì)角度，給出了網(wǎng)點(diǎn)選址合理標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，集約性(即集約用地)也是城市加油站布局問題的關(guān)注點(diǎn)之一，朱春節(jié)[9]將集約性、安全性和差異性并列作為城市加油站統(tǒng)籌布局3大原則，著重基于土地利用、空間區(qū)位、交通區(qū)位來實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制，優(yōu)化城市土地利用空間。胡蘇等[10]以集約用地為主導(dǎo)思想，倡導(dǎo)差別引導(dǎo)功能，如綜合加油站大型化、便利加油站小型化；利用綠島加油站占地少、自助加油、融景性好等優(yōu)點(diǎn)，推進(jìn)綠島加油站試點(diǎn)。

在能力規(guī)劃方面，國外學(xué)者通過改變覆蓋半徑(時(shí)間)和覆蓋規(guī)則不斷改良覆蓋模型。Akella等[11]構(gòu)造了考慮多種影響因素的0-1基站覆蓋節(jié)點(diǎn)矩陣，通過對需求節(jié)點(diǎn)和緊急節(jié)點(diǎn)的分類覆蓋策略響應(yīng)不同需求。Berman等[12]針對覆蓋模型的3個隱式的假設(shè)條件：全部覆蓋或不覆蓋、單獨(dú)覆蓋以及固定的覆蓋半徑，闡述了變半徑覆蓋模型的擴(kuò)展研究，將覆蓋半徑內(nèi)置為設(shè)施成本的函數(shù)變量。馬小毅等[13]對建成區(qū)和非建成區(qū)分別采用不同覆蓋規(guī)則，在建成區(qū)，以覆蓋率為指標(biāo)；在非建成區(qū)，以道路沿線加油站的線分布密度為指標(biāo)。

關(guān)于單站供油能力，駱偉明等[6]參考了技術(shù)部門的實(shí)地設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過綜合分析服務(wù)時(shí)間系數(shù)、服務(wù)密度和地段影響因素等，設(shè)定了單站供油能力指標(biāo)。馬小毅等[13]提出了加油站供油能力測算方法，已知加油槍的型號、配置和性能等參數(shù)，依據(jù)單車加油時(shí)間和加油站實(shí)際服務(wù)時(shí)間，確定單支加油槍供油能力(輛/天)和加油站供油能力。Afshin等[14]考慮緊急服務(wù)設(shè)施的資源配置對其服務(wù)能力的重要影響，將救護(hù)車部署(即數(shù)量和使用頻度)列為服務(wù)站選址決策的主要約束條件之一。

本文分階段考慮了需求預(yù)測、選址決策和能力規(guī)劃，基于集合覆蓋模型建立了加油站擴(kuò)充選址模型。以最小數(shù)量的加油站覆蓋給定水平的加油需求，使區(qū)域內(nèi)的加油需求與服務(wù)能力相互匹配。

1 擴(kuò)充選址問題分階段決策

1.1 需求預(yù)測階段——總需求量確定

服務(wù)半徑規(guī)范法、燃油日需求量法、工程類比法是常用的3種加油站需求總量確定方法[9]，可單獨(dú)使用或者組合使用。鑒于服務(wù)半徑規(guī)范法考慮了規(guī)劃區(qū)域用地性質(zhì)及規(guī)模的限制，體現(xiàn)了城市規(guī)劃部門的決策偏好，同時(shí)也可揭示了規(guī)劃區(qū)域內(nèi)已有和新建加油站的需求結(jié)構(gòu)特征，本文選用服務(wù)半徑規(guī)范法，根據(jù)規(guī)劃區(qū)域建設(shè)用地面積和服務(wù)半徑，確定加油站總數(shù)量的上、下限。服務(wù)半徑參考規(guī)范值([0.9,1.2] km)和經(jīng)驗(yàn)值(2 km)最終設(shè)定為[0.9,2] km。

1.2 選址決策階段——新建加油站備選點(diǎn)篩查

基于科學(xué)性、可操作性、安全性和經(jīng)濟(jì)性的選址原則進(jìn)行新建加油站別選點(diǎn)的篩查。對于任一備選點(diǎn)，著重考慮加油站選址中城市區(qū)域發(fā)展水平、城市道路交通條件、加油站適建性以及排他性競爭狀況等影響因素(見表1)，逐一根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行篩查性判定，適宜建設(shè)則為1，否則為0。由此，獲得新建加油站備選點(diǎn)集合，并與已建加油站位置點(diǎn)共同構(gòu)成加油站供給點(diǎn)集合。

表1 新建加油站選址主要影響因素Table 1 Main impact factors of new gas station location

1.3 能力規(guī)劃階段——Vi和Sj估算方法

在能力規(guī)劃階段，本文主要作如下改進(jìn)：①基于集合覆蓋模型建立了加油站擴(kuò)充選址模型，不僅實(shí)現(xiàn)了規(guī)劃區(qū)域內(nèi)或整個網(wǎng)絡(luò)的加油需求與服務(wù)能力之間的平衡，對于加油站擴(kuò)充選址問題而言，還著重考慮了新、舊加油站之間覆蓋范圍和服務(wù)能力之間的協(xié)調(diào)問題；②需求點(diǎn)i的需求量Vi和單站供給(或服務(wù))能力Sj是該擴(kuò)充選址模型的基礎(chǔ)參數(shù)，這里面向服務(wù)需求，給出了Vi和Sj的估算方法，并考慮了加油機(jī)配置。

未來的加油需求預(yù)測影響因素多，且存在巨大的不確定性，每個影響因素的預(yù)估并不是一個確定的數(shù)值，而是一個隨機(jī)變量。加油站單站服務(wù)能力也存在著不確定性。蒙特卡洛模擬作為一種隨機(jī)試驗(yàn)方法，利用隨機(jī)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)，求得統(tǒng)計(jì)特征值作為待解問題的數(shù)值解，在各個領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用[15,16]。

采用蒙特卡洛模擬，將累計(jì)概率分布統(tǒng)計(jì)特征值作為需求量Vi和單站服務(wù)能力Sj的數(shù)值解，進(jìn)一步通過擴(kuò)充選址模型進(jìn)行選址，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)加油需求與之匹配的新、舊加油站服務(wù)能力之間的協(xié)調(diào)。

(1)需求點(diǎn)i的需求量Vi估算方法

對任意一個目標(biāo)規(guī)劃區(qū)域，將綠地、水源、風(fēng)景區(qū)等地的需求點(diǎn)刪除，按照目標(biāo)規(guī)劃區(qū)(這里指建成區(qū))每平方千米排列分布一個需求點(diǎn)的原則，獲得需求點(diǎn)集合I={i|i=1,2,…,n}。

估算方法的步驟如下所示。

步驟1 綜合考慮城市市區(qū)人口數(shù)量P、城市居民每百戶擁有汽車數(shù)Ch、建設(shè)用地規(guī)模L、戶籍平均人口數(shù)H、其他日流動車輛數(shù)Co、私人汽車加油率γh、其他流動車輛加油率γo等因素，估算日加油車輛密度V：

(1)

從而預(yù)測單位面積(每平方千米)內(nèi)需要加油的汽車數(shù)量。其中，加油率γ由車輛加油周期決定，L為確定性因素，其他因素均為不確定因素。在預(yù)測及檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，假定這些不確定性因素服從均勻分布，應(yīng)用蒙特卡洛模擬方法進(jìn)行1000次的仿真試驗(yàn)，以樣本累積概率達(dá)到置信度為0.05時(shí)的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值作為日加油車輛密度V的預(yù)測值。

步驟2 考慮功能區(qū)劃分以及所在環(huán)路的影響，結(jié)合環(huán)路權(quán)重θ和功能區(qū)權(quán)重μ，折算出需求點(diǎn)i的需求量Vi：

Vi=θμV

(2)

式中：μ按照居住用地、教育科研用地、工業(yè)用地等功能區(qū)進(jìn)行取值。其中，商業(yè)金融用地、行政辦公用地緊靠居住用地，歸為一類，對于居住用地，θ可取城市各區(qū)域人口居住密度與平均人口居住密度的比值。

(2)單站服務(wù)能力Sj估算方法

本文基于加油時(shí)間不確定性及加油機(jī)設(shè)備配置情況估算單個加油站的服務(wù)能力Sj。

根據(jù)選址決策篩選加油站備選點(diǎn)，獲得供給點(diǎn)集合J={1,2,…,m}，已建加油站集合為Je?J，屬性包括加油站級別l、所在環(huán)路h、交通流隔離帶f和加油機(jī)數(shù)量t；單車加油時(shí)間time(分)服從[timemin,timemax]的均勻分布，加油機(jī)每天的服務(wù)時(shí)間為16 h，應(yīng)用蒙特卡洛模擬確定加油機(jī)t的服務(wù)能力為St(veh/天)。單油種加油機(jī)的折算系數(shù)為ε，加油機(jī)臺數(shù)為T，則單站服務(wù)能力Sj為：

(3)

式中：

St=(16×60)/time

(4)

2 基于集合覆蓋模型的加油站擴(kuò)充選址模型

2.1 模型假設(shè)

(1)目標(biāo)規(guī)劃區(qū)位于城市，加油站呈網(wǎng)狀覆蓋。

(2)加油站成品油供應(yīng)充足。

(3)為了簡化模型，假設(shè)流動車輛服從均勻分布，不考慮城市OD出行以及相關(guān)政策對車流的影響；需求點(diǎn)的需求量以及供給點(diǎn)的服務(wù)能力取定值，為靜態(tài)的加油站選址問題。

(4)加油站的覆蓋半徑Rjh受所在環(huán)路h和是否有隔離帶f影響，覆蓋半徑Rjh為空間意義上的距離，不考慮道路曲折系數(shù)。有隔離帶阻礙的道路中，設(shè)定隔開的另一區(qū)域的需求點(diǎn)到該加油站的距離為無窮遠(yuǎn)。

(5)對于已建加油站(能力確定)，基于社會資源和利用最大化，覆蓋規(guī)則是盡可能就近覆蓋更多的點(diǎn)；對于新建加油站，其位置和規(guī)模根據(jù)“不同區(qū)域不同覆蓋半徑Rjh”策略確定，即隨著城市環(huán)路建設(shè)由內(nèi)向外擴(kuò)展，由內(nèi)環(huán)至外環(huán)，覆蓋半徑適當(dāng)增大，同時(shí)參考覆蓋區(qū)域?qū)?yīng)的加油需求密度，確定出新建加油站的位置及規(guī)模。

(6)加油需求點(diǎn)可接受的加油距離為Ri，需求點(diǎn)就近選擇加油站。

(7)加油機(jī)配置原則，新建加油機(jī)為多油種加油機(jī)，配置臺數(shù)為2的倍數(shù)。

2.2 模型及其參數(shù)

(5)

s.t.

式中：I={i|i=1,2,…,n}為規(guī)劃區(qū)域中n個需求點(diǎn)的集合；J={j|j=1,2,…,m}為規(guī)劃區(qū)域中的m個供給點(diǎn)(加油站)的集合，其中，已建加油站集合Je?J，新建加油站備選點(diǎn)集合Jw?J；Aj(i)為加油站j覆蓋的需求點(diǎn)i的集合， 對于已建加油站，Aj(i)={i|dij≤Ri,?j∈Je,?i∈I}，對于加油站備選點(diǎn)，Aj(i)={i|dij≤Rjh,?j∈Jw,?i∈I}；Bi(j)為覆蓋需求節(jié)點(diǎn)i的加油站j的集合，Bi(j)={j|dij≤Ri,?j∈J,?i∈I}；Z為需要建立的加油站數(shù)量；Vi為需求點(diǎn)i的需求量；Sj為加油站j的供給能力；Rjh為h環(huán)路內(nèi)加油站j的覆蓋半徑(服務(wù)半徑)；Ri為加油需求點(diǎn)i可接受的加油距離；Nmax為規(guī)劃區(qū)域加油站數(shù)量的最大值；Nmin為規(guī)劃區(qū)域已建加油站數(shù)量值；dij為加油需求點(diǎn)i到加油站j的距離；αl、βl分別為級別l加油站服務(wù)能力負(fù)荷的上、下限；xj、yij為決策變量：

對于多站擴(kuò)充選址問題，決策點(diǎn)在于加油站供需總量平衡，目標(biāo)函數(shù)式(5)要求建立的加油站數(shù)量最小化，該目標(biāo)也間接考量了選址的經(jīng)濟(jì)性原則，這是因?yàn)槌鞘屑佑驼臼袌黾榷ㄋ降男枨髼l件下，加油站數(shù)量越小，每個加油站服務(wù)車輛的機(jī)會越大、預(yù)期收益也越大。式(6)表示已建加油站的決策變量約束，新建加油站所在的節(jié)點(diǎn)xj為1；式(7)規(guī)定每一個需求點(diǎn)，至少有一個設(shè)施點(diǎn)可以對其提供服務(wù)；式(8)(9)為容量約束，分配給加油站的需求點(diǎn)的總需求量應(yīng)在加油站供給能力的負(fù)荷范圍內(nèi)，αl和βl為上、下限；式(10)表示只有在j點(diǎn)建立加油站，才能服務(wù)需求點(diǎn)i，可見，已建加油站和新建加油站的供需平衡關(guān)系體現(xiàn)在模型約束(9)(10)中，使得覆蓋區(qū)域內(nèi)的加油需求和服務(wù)能力相互匹配；式(11)為需求分配約束，對于每個需求點(diǎn)，有且只有一個加油站對其進(jìn)行服務(wù)；式(12)(13)為加油站總數(shù)量的上、下限約束；式(14)為變量取值類型約束，xj、yij為二元約束。

2.3 算法設(shè)計(jì)

集合覆蓋模型在選址決策問題中的應(yīng)用，屬NP-困難問題。鑒于貪婪算法可從多規(guī)模、多類型選址問題中得到質(zhì)量較好的解，能快速求解大規(guī)模問題[17-19]，本文針對已構(gòu)建的加油站擴(kuò)充選址模型，設(shè)計(jì)了已建加油站需求分配和新建加油站需求覆蓋的兩階段近似貪婪算法求解算法，以求快速求得可行解。其步驟如下：

第Ⅰ階段：已建加油站需求分配

Step1 初始化加油站選址集合J*Ⅰ和需求點(diǎn)集合I*Ⅰ為空集；[VAj]=VAj。

Step3 若I*Ⅰ=I，輸出加油站選址集合XJ和需求點(diǎn)分配集合SAj；否則，執(zhí)行第Ⅱ階段算法步驟。

第Ⅱ階段：新建加油站需求覆蓋

Step1J*=Je，[Aj]=Aj-I*Ⅰ，I*=I*Ⅰ。

Step2 若I*=I，轉(zhuǎn)到Step3；否則將maxτ[Aj]加油站j*添加到J*中，將i*∈[Aj*]添加到I*中，[Aj]=[Aj]-[Aj*]，Bi*=j*，循環(huán)Step2。

Step3 輸出J*、[Aj]和τ[Aj]。

根據(jù)βlSj≤τ[Aj]≤αlSj確定新建加油站的規(guī)模，還可以根據(jù)Bi(j)進(jìn)行調(diào)整。

3 算例分析

3.1 需求點(diǎn)和供給點(diǎn)集合的確定

本文以長春市2011～2020年規(guī)劃圖選定的某一規(guī)劃區(qū)域(圖1中虛線框所示)為算例，該區(qū)域用地面積約為62 km2，為教育、居住和商業(yè)金融用地。根據(jù)用地面積和服務(wù)半徑經(jīng)驗(yàn)值([0.9,2] km)，確定加油站總數(shù)量的上、下限分別為5和24。

運(yùn)用Anylogic7.4仿真工具轉(zhuǎn)化的目標(biāo)區(qū)域(像素網(wǎng)格(300 420))需求點(diǎn)及供給點(diǎn)位置圖如圖1所示,其中虛線區(qū)域(像素網(wǎng)格(180 300))為教育用地。需求點(diǎn)按60個進(jìn)行排列分布，并根據(jù)規(guī)劃和道路情況，將綠地、水源、風(fēng)景區(qū)等地的需求點(diǎn)刪除，則剩余48個需求點(diǎn)，獲得需求點(diǎn)集合。已建加油站A～E位置及覆蓋情況如圖1圓形區(qū)域所示，根據(jù)選址決策篩查確定出新建加油站備選點(diǎn)位置F～T，則獲得供給點(diǎn)集合為A～T。根據(jù)兩個集合各點(diǎn)坐標(biāo)，可獲得需求點(diǎn)與供給點(diǎn)的距離矩陣。根據(jù)供給點(diǎn)和需求點(diǎn)之間采用“不同區(qū)域不同覆蓋半徑”策略，實(shí)現(xiàn)集合覆蓋關(guān)系：

圖1 需求點(diǎn)及供給點(diǎn)位置Fig.1 Locations of supply points and demand points

3.2 單站服務(wù)能力及需求點(diǎn)的需求量計(jì)算

各項(xiàng)參數(shù)的確定方法如表2所示。依據(jù)2006～2014年長春市統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，進(jìn)行2020年的相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測及檢驗(yàn)，得到通過擬合顯著性水平的、置信度為0.05的預(yù)測區(qū)間(值)。應(yīng)用蒙特卡洛模擬方法生成各參數(shù)在預(yù)測區(qū)間范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，隨機(jī)數(shù)生成規(guī)則為均勻分布；將任一組隨機(jī)數(shù)代入式(1)，獲得V的一個樣本計(jì)算值，進(jìn)行1000次的仿真試驗(yàn)，以樣本累積概率達(dá)到95%(即置信度為0.05)時(shí)的統(tǒng)計(jì)值作為V的預(yù)測值。

表2 2020年長春市需求量及供給量相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測Table 2 Relevant data prediction for Changchun demand and supply at 2020

根據(jù)式(2)確定的Vi如表3所示。μ按照居住用地、教育科研用地、工業(yè)用地等功能區(qū)的不同，分別取值為1、0.5、0.5；θ按照城市道路一二環(huán)內(nèi)、三四環(huán)內(nèi)、四環(huán)外等不同，分別取值為2、1、0.8。類似地，根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)獲得參數(shù)10加油時(shí)間的可行域，借助于蒙特卡洛模擬試驗(yàn)和樣本概率統(tǒng)計(jì)，由式(4)確定的單加油機(jī)日服務(wù)能力Si為470 veh/臺，Sj根據(jù)式(3)進(jìn)一步計(jì)算。

表3 長春市需求點(diǎn)i的需求量Table 3 Demand of demand point i in Changchun

3.3 加油站擴(kuò)充選址模型的求解

運(yùn)用2.3節(jié)設(shè)計(jì)的近似貪婪算法求解模型，以獲得加油站擴(kuò)充選址方案最優(yōu)解，即已建和新建加油站集合及其需求點(diǎn)分配方案。

已知Ri=2 km，需求點(diǎn)與供給點(diǎn)之間的距離dij、新建加油站的覆蓋半徑Rjh、各需求點(diǎn)的需求量Vi數(shù)據(jù)，得到集合Aj(i)，如表4所示。

算法的第Ⅰ階段為已建加油站的需求分配，αl=1，根據(jù)算法步驟，第Ⅰ階段得到的已建加油站的需求分配結(jié)果為：J*Ⅰ={C,B,A,D,E}，J*Ⅰ=Je，[SAC]={21,17,16,24,11,10}；[SAB]={9,5,4,15,8,3}；[SAA]={2,7,14}；[SAD]={33,27,38,32,34,26,28,23}；[SAE]={44,37}。

表4 加油站覆蓋的需求點(diǎn)的集合Table 4 Sets of demand covered by gas station

算法的第Ⅱ階段，新建加油站F～T根據(jù)覆蓋半徑得到的初始數(shù)據(jù)如表5所示，根據(jù)本文算法得到的選址分配最優(yōu)解如表6所示。

3.4 加油站服務(wù)能力適應(yīng)性分析

加油站服務(wù)能力適應(yīng)性是指加油站網(wǎng)絡(luò)整體供給能力或服務(wù)能力滿足一定的規(guī)劃區(qū)域加油需求的程度，即整體(多站)適應(yīng)性，其測度指標(biāo)為整體服務(wù)能力飽和度σ：

表5 算法第Ⅱ階段初始表Table 5 Initial sets of stageⅡ in algorithm

表6 加油站選址與需求點(diǎn)分配Table 6 Location and demand distribution of gas stations

σ=∑Vi/∑Sj

(15)

相對地，個體(單站)適應(yīng)性是指單個加油站滿足其所覆蓋區(qū)域加油需求的程度，測度指標(biāo)為單站服務(wù)能力飽和度σj：

(16)

對于已建加油站，加油機(jī)臺數(shù)為T、服務(wù)能力為Sj、規(guī)模(等級)已知，集合覆蓋時(shí)盡可能分配多的需求點(diǎn)，獲得覆蓋范圍內(nèi)的需求量τ[Aj]，使得單站服務(wù)能力飽和度σj在該等級加油站服務(wù)能力負(fù)荷范圍[βl,αl]內(nèi)，以符合市場現(xiàn)狀，滿足市場需求。對于新建加油站，通過擴(kuò)充選址模型確定了選址及其需求點(diǎn)分配方案，根據(jù)βlSj≤τ[Aj]≤αlSj確定新建加油站的服務(wù)能力Sj，最終確定新建加油站的規(guī)模(等級)，如表7所示。

表7 2020年規(guī)劃區(qū)域加油站擴(kuò)充選址規(guī)模Table 7 Location and size of gas station network expansion in planning area

注：*為單油種加油機(jī)，其服務(wù)能力需要根據(jù)單油種加油機(jī)折算系數(shù)ε進(jìn)行折算。

由表7可見，已建加油站A～E的σj最小值為0.71，最大值為0.94；新建加油站F～R的σj最小值為0.51，最大值為0.92；σj接近1，該等級加油站潛在效益越高，資源利用程度越高，對外界需求的增長適應(yīng)程度越低。

該規(guī)劃區(qū)域形成了3個一級站、5個二級站、4個三級站的布局方案，其σ為0.82，表明規(guī)劃區(qū)域內(nèi)加油站整體適應(yīng)性良好，整體服務(wù)能力能夠滿足該規(guī)劃區(qū)域的加油需求水平，并保留適應(yīng)節(jié)假日及未來需求增長的彈性。此外，在供油充足以及建設(shè)空間足夠的條件下，還可以通過加油站的擴(kuò)建，提高加油站規(guī)模(等級)，或者通過增加加油機(jī)臺數(shù)來提高服務(wù)能力。

4 結(jié) 論

(1)有選擇地考慮了加油站選址所在城市區(qū)域的發(fā)展水平、城市道路交通條件、加油站適建性以及排他性競爭狀況等影響因素，按照是否適宜建設(shè)進(jìn)行新建加油站備選點(diǎn)篩查，這一方法簡單有效。不足之處在于：是否適宜建設(shè)的篩查標(biāo)準(zhǔn)難以量化，依賴于建設(shè)規(guī)范以及規(guī)劃人員經(jīng)驗(yàn)判斷，仍存在一定的主觀性。

(2)提出了基于集合覆蓋模型的加油站擴(kuò)充選址模型，具體以加油站數(shù)量最小為目標(biāo)函數(shù)，采用了“不同區(qū)域不同覆蓋半徑”策略，量化了覆蓋半徑、覆蓋區(qū)域內(nèi)加油需求和服務(wù)能力之間的匹配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了覆蓋區(qū)域內(nèi)的加油需求與服務(wù)能力的相互匹配，有針對性地解決了加油站擴(kuò)充選址缺乏量化方法支持的問題。

(3)設(shè)計(jì)了兩階段的近似貪婪算法，分為已建加油站需求分配和新建加油站需求覆蓋兩個步驟，借助于需求點(diǎn)i到加油站j的距離dij實(shí)現(xiàn)了就近覆蓋，根據(jù)服務(wù)能力飽和度σ[VAj]進(jìn)行需求分配判定，根據(jù)覆蓋范圍內(nèi)的需求量τ[Aj]判定新建加油站是否按需求覆蓋，最終確定新建加油站布局方案及其規(guī)模(等級)。算例分析表明，算法設(shè)計(jì)合理、求解效率高、結(jié)果有效。

(4)Vi和Sj作為模型的2個重要參數(shù)，其估算方法的合理性直接影響模型的求解質(zhì)量。本文面向服務(wù)需求，借助于城市市區(qū)人口數(shù)量P、日加油車輛密度V以及環(huán)路權(quán)重θ和功能區(qū)權(quán)重μ，估算Vi，反映了一個城市由中心、內(nèi)環(huán)到外環(huán)的居住人口密度和車輛密度的變化，使得Vi的估算更符合實(shí)際情況。類似地，本文考慮了車輛加油時(shí)間不確定性和加油機(jī)配置情況，估算Sj，也反映了單個加油站的實(shí)際運(yùn)營情況；借助于單站/整體服務(wù)能力飽和度σj/σ衡量了加油站服務(wù)能力滿足規(guī)劃區(qū)域及網(wǎng)絡(luò)加油需求的程度，為此，未來在加油站適應(yīng)性分析的基礎(chǔ)上，有必要展開Vi和Sj對所建擴(kuò)充選址模型最優(yōu)解的敏感性分析，以完善擴(kuò)充選址決策。

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