基于元胞自動機的機場出租車司機決策研究

李慧敏　吳瓊　邵晗　閆云俠

[提要] 針對機場出租車司機決策問題，以首都國際機場為例，提出將元胞自動機理論應用到?jīng)Q策分析中，將返回市區(qū)和停車等待兩種選擇收益期望的大小作為決策標的建立關(guān)于司機選擇決策的數(shù)學模型，通過對不同影響因素的求解，得到由“蓄車池”排隊車輛和某時間段抵達航班數(shù)量兩者決定的是否進入“蓄車池”排隊的一系列臨界值，進而出租車司機可憑借該臨界值做出最佳的選擇決策。本文最后對結(jié)果進行合理性分析，并針對現(xiàn)實情況，提出相關(guān)機場管理和司機決策建議。

關(guān)鍵詞：元胞自動機;司機決策;影響因素;MATLAB

中圖分類號：F570 文獻標識碼：A

收錄日期：2020年3月17日

引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，飛機這一交通工具的使用呈現(xiàn)逐年上漲的趨勢，可在這欣欣向榮的景象背后，機場交通問題日益明顯。機場作為城市的“第一道窗口”，代表一個城市的市容市貌，但近年來機場乘客乘車難和出租車載客難問題不斷加劇，出租車司機怎樣理性決策成為亟待解決的問題。

機場出租車司機載客送達機場后，可以選擇返回市區(qū)重新載客，亦可以選擇在機場的“蓄車池”內(nèi)等待載客，機場的每個管理者和出租車司機都希望通過合理的選擇實現(xiàn)效率最優(yōu)和收益最大。目前，針對這一問題的研究主要包括以下方面：王安宇從機會成本、激勵政策、信息傳遞、信息甄別和需求識別這五個角度系統(tǒng)的研究了出租車司機做出決策的原因以及不同情況下的決策結(jié)果，并著重分析研究了信息對稱對司機決策的重要影響。張凌基于對出租車軌跡數(shù)據(jù)的分析與挖掘，對市區(qū)內(nèi)的出租車出行行為加以研究，挖掘出租車乘客在市區(qū)內(nèi)的出行模式和預測出租車司機空載時在特定時空條件下采取的乘客搜尋策略效果。胡稚鴻、董衛(wèi)、曹流等針對出租車難管理、難見效的問題，創(chuàng)新引入GPS識別軌跡的方法，構(gòu)建大型交通樞紐出租車智能匹配管理系統(tǒng)，力求實現(xiàn)樞紐機場的出租車精細化管理。

總而言之，研究者大多從理論上詳細地分析了機場出租車司機的行為機制和司機做出行為的可能影響因素，但很少有研究者涉及機場出租車司機的具體行為決策的實證研究，出租車司機判斷是在機場等待還是返回市區(qū)重新拉客，缺乏科學性的依據(jù)，因此，在這些研究的基礎(chǔ)上，本文基于等量對比原則和元胞自動機理論對此問題進行實證分析，得出了一些結(jié)論。

一、數(shù)據(jù)來源與處理

北京首都國際機場是“我國第一國門”，是地理位置最重要、規(guī)模最大、運輸生產(chǎn)最繁忙的大型國際航空港。因其具有明顯的代表性，所以選擇以該機場為例，研究出租車司機的決策方案。首先，收集北京市首都國際機場乘客乘車離開至熱門目的地的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，利用地圖無憂軟件，分別將其起點和終點的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)在地圖中標示出來，可得到每條路線的里程距離，將各個里程距離依次導入Excel表格中，繪制柱形圖，通過Excel求解得到里程E（S1）期望為24.97公里/趟，即可視為在機場等待載客后所能行駛的平均里程距離S1。其次，收集北京市首都國際機場不同時刻的到港航班數(shù)，利用Excel軟件繪制不同時刻航班數(shù)分布圖，發(fā)現(xiàn)每小時抵達航班數(shù)量在60～200趟內(nèi)不等。最后，通過查閱網(wǎng)上資料發(fā)現(xiàn)北京市首都國際機場出租車日均進入量大約有2.3萬輛。

二、機場出租車司機決策方案分析

當司機將客人送達機場后，可以選擇進入機場“蓄車池”內(nèi)等待載客，也可以選擇返回市區(qū)重新拉客。兩種不同的選擇帶來的潛在收益不同，本文通過建立模型計算在相同時間內(nèi)兩種不同決策可能帶來的潛在收益，根據(jù)收益大小確定最優(yōu)決策方案：首先基于等量時間原則確定兩種不同決策的收益表達式，然后依據(jù)元胞自動機理論建立乘客排隊模型確定關(guān)鍵變量——不同到港航班數(shù)下的放行系數(shù)，最終建立期望收益差值函數(shù)表達式，求解得到司機選擇等待的“蓄車池”內(nèi)車輛的臨界值。

（一）司機選擇在機場等待獲得的潛在收益L1。出租車司機選擇在機場等待會經(jīng)歷機場“蓄車池”內(nèi)等待T1和載客運行T2這兩個時間段，該選擇下的收益為載客運行收益與燃油成本的差值。收益表達式如下：

L₁=f（S₁）-ωS₁（1）

其中，S₁為機場與乘客目的地的距離，f（S₁）為初始收益與路程的函數(shù)關(guān)系，ω為每公里燃油費。

通過搜集數(shù)據(jù)，得到乘客從機場乘車至熱門目的地的距離，經(jīng)過處理，得到在機場等待載客后所能行駛的平均里程距離E（S₁）=24.97公里/趟。查閱資料，整理發(fā)現(xiàn)北京市出租車的計價規(guī)則服從f（S₁），通過計算，得到ω=0.6元/趟，E（f（S₁））=64.13元/趟。因此，E（L₁）=49.148元/趟。

（二）司機選擇返回市區(qū)獲得的潛在收益L2。出租車司機選擇返回市區(qū)會經(jīng)歷空載返回市區(qū)T3和在市區(qū)內(nèi)行駛T4這兩個時間段，該選擇下的收益為在市區(qū)載客可以獲得的收益與出租車行駛過程耗費的燃油費的差值。收益表達式如下：

L₂=l₂T₄-ω（S₂+S₃） （2）

其中，S₂為機場到市區(qū)的距離，S₃為返回市區(qū)后在市區(qū)內(nèi)行駛的距離，l₂為出租車每分鐘在市區(qū)行駛的收益。

基于兩種不同決策的時間相等，即：

T₄+T₃=T₁+T₂（3）

下面將通過求解T4對L2進行化簡：因車輛管理實行“分批定量”放行政策，于是假設(shè)每分鐘放行車輛相同，所以，在“蓄車池”內(nèi)等待的時間為T1=·q2;根據(jù)時間=路程/速度這一公式，確定機場等待載客行駛時間T2=;出租車從機場到市區(qū)的時間T3=;聯(lián)合（3）式將上述各式代入（2）中，整理得到：