基于旅行商問題的大學生假期出行定制交通研究

劉裕發(fā) 田佳偉

摘 要：為滿足學生假期超量出行需求、改善公交出行擁擠環(huán)境、節(jié)約出行成本，基于旅行商問題對大學生假期出行定制交通進行了規(guī)劃設計研究?；阪?zhèn)江市大學生的定制交通問卷調查數(shù)據(jù)，探索了鎮(zhèn)江地區(qū)大學生對于定制交通的需求結構。針對定制交通的路線規(guī)劃旅行商問題，利用哈密頓回路方法進行了路徑規(guī)劃?；谑謾CAPP的定制公交系統(tǒng)的開發(fā)與設計，使系統(tǒng)五大功能模塊得以實現(xiàn)。

關鍵詞：路線規(guī)劃；旅行商問題；哈密頓回路；軟件設計

1.研究背景

目前，鎮(zhèn)江市內有江蘇大學、江蘇科技大學等多所高校，在校的學生年出行總量很大。盡管鎮(zhèn)江的公共出行系統(tǒng)正在不斷地更新改善，而且公共交通的整體服務水平已經有很大地提高，但是這依舊不能滿足鎮(zhèn)江市大學生的出行需求。此外，鎮(zhèn)江市公共出行系統(tǒng)骨干網(wǎng)絡覆蓋有限，運行效率參差不齊。因此，現(xiàn)有的基礎公交服務已不能滿足大學生假期的出行需求，需要發(fā)展新的出行方式。目前，已經有關于南京大學城仙林校區(qū)學生周末使用定制交通出行的研究，并且通過該出行方式有效緩解了交通擁擠狀況。該方法適用于學校相對密集且目的地相對集中的大學城區(qū)。但是，由于鎮(zhèn)江高校分布不集中且未形成集約型大學城，以江蘇大學為例，江蘇大學的四個校區(qū)分布在鎮(zhèn)江市的三個區(qū)，所以，有必要針對鎮(zhèn)江高校的分布特點來進行具體的路徑規(guī)劃分析。

2.研究方法

本項目主要基于意向的大學生出行調查及分析，了解大學生假期出行狀況；并進一步對大學生定制公交需求進行預測及分析；結合鎮(zhèn)江大學校園分布情況，選擇運籌學中的旅行商問題模型，利用哈密頓回路原理，進行定制公交的路徑規(guī)劃；最后基于APP開發(fā)平臺實現(xiàn)公交定制系統(tǒng)APP的開發(fā)和設計。主要的研究方法如下：

（1）基于問卷的描述性統(tǒng)計分析方法

文章搜集相關文獻結合大學生假期出行情況，設計調查問卷，包括人口統(tǒng)計特征，出行特征，心理特征變量，選取鎮(zhèn)江市大學生為樣本發(fā)放問卷，并收集有效數(shù)據(jù)，利用SPSS進行統(tǒng)計性需求分析。

（2）哈密頓回路方法

定制公交的路線規(guī)劃實質是解決旅行商問題，而旅行商問題的本質則是求解最優(yōu)哈密頓回路。哈密頓回路簡單來說就是從指定的起點到指定的終點，且途中所有其他節(jié)點都會經過且只有一次。哈密頓回路所求的最短路徑與它的兩個必要條件有關，即封閉的環(huán)和一個連通圖，且圖中任意兩點可達。公式如下所示：

dij 是i與j之間的距離，

除起點與終點外，各邊不構成圈。

（3）基于APP技術的軟件設計方法

目前基于APP開發(fā)平臺的手機APP設計方法很多，實現(xiàn)了各種需求的系統(tǒng)功能的實際開發(fā)，可以實現(xiàn)本項目中的定制交通系統(tǒng)的各種交互功能，應用于大學生定制交通行為。

3.定制巴士開通條件

3.1 調查問卷設計

本次調查問卷針對鎮(zhèn)江市大學生群體，從出行頻率、方式、目的和基礎公共交通系統(tǒng)的準時性、安全性、便捷性等角度出發(fā)，對大學生假期出行需求進行全面的調查分析。

3.2 調查對象及問卷發(fā)放

本次調查的對象為江蘇大學、江蘇科技大學以及丹徒新區(qū)大學城內的學生。共發(fā)出問卷500份，實際回收問卷500份，對問卷進行系統(tǒng)地整理與統(tǒng)計后，得到廢卷共15份，有效問卷共485份，本次調查問卷的有效回收率為97%。

3.3 調查數(shù)據(jù)分析

本組通過對有效的485份問卷進行整理，從調查對象年級分布、學生出行頻率分布、出行方式、所在學校的交通情況以及對定制巴士的接受程度等方面數(shù)據(jù)進行分析。結果顯示，對于鎮(zhèn)江市大學生出行而言，由于公共交通骨干網(wǎng)絡覆蓋范圍有限，運營效率參差不齊，大學生假期出行擁堵現(xiàn)狀普遍。對鎮(zhèn)江而言，大學生周末回家出行具有較明顯的點對點特征，選擇公共交通和出租車去車站的大學生人數(shù)較多，需要開通定制巴士來實現(xiàn)一站式到達，因此推行定制交通方式具有足夠的客觀條件。

4.路徑規(guī)劃

4.1 學校選擇

目前，鎮(zhèn)江市已經有江蘇大學、江蘇科技大學等高等院校以及正在建設中的鎮(zhèn)江高校園區(qū)，在校師生達到10萬余人，橫跨鎮(zhèn)江的三個市區(qū)，覆蓋面積大。因此，選擇江蘇大學、鎮(zhèn)江高校園區(qū)、江蘇科技大學東校區(qū)、江蘇科技大學西校區(qū)

4.2 距離測量

通過高德地圖對每個學校之間的距離進行逐一測量。例如，起點設為鎮(zhèn)江客運站，終點設為江蘇大學，根據(jù)鎮(zhèn)江市實際道路網(wǎng)分布及高德地圖給出的三條備選方案，選擇由莊泉路至丁卯高架轉谷陽路到達江蘇大學，路程10公里，總共經過13個紅綠燈。以同種路徑距離測量方式，將所取的點逐一測量，整理匯總得到兩點之間的距離。

4.3 模型選取

本次選擇的模型是運籌學中的旅行商問題模型，旅行商問題的本質是求解最優(yōu)哈密頓回路。哈密頓回路簡單來說就是從指定的起點到指定的終點，且途中所有其他節(jié)點都會經過且只有一次。哈密頓回路所求的最短路徑與它的兩個必要條件有關，即封閉的環(huán)和一個連通圖，且圖中任意兩點可達。公式如下所示：

dij是i與j之間的距離， （1表示連線，0表示不連線），則有

除起點與終點外，各邊不構成圈。

利用lingo軟件，編寫相應的程序，將所測得的距離參數(shù)輸入程序中，得到一條最優(yōu)路徑。

4.4 結論

通過規(guī)劃，設計出一條由鎮(zhèn)江客運站出發(fā)，途徑江蘇科技大學東校區(qū)、江蘇大學、鎮(zhèn)江高校園區(qū)、江蘇科技大學西校區(qū)，最終回到鎮(zhèn)江客運站的最短路徑，路程全長47.8公里。

定制公交使用該路線運行能夠節(jié)約乘客的時間和出行成本，并且確保一人一位的舒適，從而緩解假期交通擁堵，為解決其他時間的交通擁堵問題提供了路徑參考。

5.APP開發(fā)與設計

基于手機APP的定制公交系統(tǒng)主要包括五大功能模塊，用戶注冊與登錄、購票選座、車輛調度、用戶的信息管理和車輛查詢與監(jiān)測。

（1）注冊與登錄

用于鑒別用戶是否為系統(tǒng)授權的用戶，只有注冊的用戶才能登錄系統(tǒng)?？捎檬謾C號碼、微信、QQ和郵箱進行注冊與登陸。如圖1所示為手機客戶端用戶注冊與登錄界面。

（2）購票選座

主要實現(xiàn)用戶購買車票的功能。在車輛發(fā)車前半個小時將不能在手機上進行購票服務，并且在退票時需要支付一定的手續(xù)費。如圖2所示為手機客戶端購票界面。

（3）車輛調度

車輛調度的具體事務，本APP將根據(jù)乘客反饋的信息進行整合，并提交到車輛所在公司，希望可以幫助公司進行更好的車輛調度。如圖3所示為車輛調度界面。

（4）用戶信息管理

乘客可以隨時查看自己的個人信息并且更新自己的信息，更新的信息會及時傳遞到后臺并保存。還可以在歷史信息中查詢購票信息。如圖4所示為用戶信息管理界面。

（5）車輛查詢與監(jiān)測

乘客可以實時監(jiān)測車輛到站情況，通過手機上顯示的時間和距離來判斷自己前往站點的乘車時間，可以節(jié)約在路上不必要的時間，提高時間利用率。如圖5所示為車輛查詢與監(jiān)測界面。

6.總結

隨著科技的迅猛發(fā)展和智能手機的全面普及，手機APP也在快速發(fā)展，方便了人們的學習、工作和生活。目前，城市交通擁堵不堪，私人汽車數(shù)量逐漸增多，環(huán)境污染加劇，使得越來越多的城市開始探索居民出行的新方式。定制公交系統(tǒng)作為一種新興的出行系統(tǒng)，通過對各種先進技術的配合運用，加上對城市公交路線的調查和運行特點的分析，將兩者有機結合以達到對現(xiàn)代公交的智能調度，提高公交車的使用效率和上座率，從而緩解交通擁堵。

參考文獻：

[1] 李艷梅.定制公交系統(tǒng)線網(wǎng)構建方法研究[D].西南交通大學，2016.

[2] 李穎.定制公交的決策與算法研究[D].南京林業(yè)大學，2017.

*基金項目：本文系江蘇大學2018年度大學生科研立項項目，項目編號：17A246