基于旅游運(yùn)輸資源統(tǒng)籌的區(qū)域旅游包車調(diào)度優(yōu)化方法研究

邢永捷，李文勇，廉 冠

(桂林電子科技大學(xué)，廣西壯族自治區(qū) 桂林 541004)

1 引 言

在旅游經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的新時(shí)代，國家交通強(qiáng)國的重大決策決定了大眾旅游時(shí)代發(fā)展的新模式，為更好地適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民群眾旅游需求新變化，應(yīng)深化交通運(yùn)輸與旅游融合發(fā)展，提升旅游交通服務(wù)品質(zhì)，在旅游業(yè)逐步興起的今天，人們?cè)絹碓阶⒅鼐裆睿糜纬蔀榱俗非罅己蒙钇焚|(zhì)的方式之一，但同時(shí)帶來的問題也比較明顯。在旅游交通方面，由于旅游業(yè)的興起，人們的需求逐漸增多，車多、人雜、交通不便利以及資源浪費(fèi)的狀況日益嚴(yán)重，因此，為減少浪費(fèi)，以最少的資源滿足人們最大的需求，應(yīng)該合理安排旅游車輛調(diào)度，提升車輛利用率、游客游玩體驗(yàn)，同時(shí)提高服務(wù)質(zhì)量，促進(jìn)旅游行業(yè)的發(fā)展。

對(duì)旅游交通規(guī)劃和車輛調(diào)度的研究有許多。在旅游規(guī)劃方面，張小濤探究了影響城市旅游交通高效發(fā)展的主要因素以及存在的問題，并針對(duì)每個(gè)問題提出合理化建議。錢琳琳對(duì)大型旅游景區(qū)交通綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行研究，提出旅游景區(qū)交通組織與管理方法。在車輛調(diào)度方面，舒新意建立物流配送過程中車輛調(diào)度模型，形成有效的配車方案和行車路線。曾羽琚等提出了一種基于改進(jìn)遺傳算法的車輛路徑調(diào)度算法，形成車輛的高效調(diào)度。Bae等設(shè)計(jì)了兩階段遺傳算法求解同時(shí)考慮配送與安裝兩種需求的車輛路徑問題。Lew通過研究旅游者的遷移特征，建立了旅游線路規(guī)劃模型。

交通作為旅游者選擇旅游活動(dòng)的重要指標(biāo)，既是創(chuàng)造旅游收入的重要渠道，同時(shí)也是發(fā)展旅游業(yè)的關(guān)鍵。為滿足眾多旅游者的旅游需求、充分發(fā)揮旅游經(jīng)濟(jì)效益就要合理安排旅行路線和調(diào)度旅游車輛以有效地節(jié)約旅游行業(yè)的運(yùn)營成本、提高整個(gè)行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量和經(jīng)營水平。本文以旅游交通現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，從游客、旅行社、運(yùn)輸公司三方面入手，分析各研究對(duì)象的特點(diǎn)及需求，從需求出發(fā)，從旅游運(yùn)輸資源統(tǒng)籌角度構(gòu)建區(qū)域旅游包車調(diào)度優(yōu)化模型，以車輛數(shù)目及等待時(shí)間最小為目標(biāo)，達(dá)到效益最大化，為旅游交通提供車輛調(diào)度方法，并以桂林市為例，給出實(shí)例分析。

2 需求分析

為使交通運(yùn)輸與旅游融合發(fā)展，需要從不同的角度進(jìn)行分析，本文所研究的旅游包車調(diào)度問題，是面向某個(gè)區(qū)域整體，并建立在統(tǒng)籌旅游運(yùn)輸資源的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的。為了使其具有一定的普遍性，應(yīng)當(dāng)全面分析旅游包車的需求，而旅游包車的需求與相關(guān)聯(lián)研究對(duì)象的需求息息相關(guān)，包含了游客、旅行社和運(yùn)輸公司，分析這三者的需求為調(diào)度優(yōu)化提供了依據(jù)，能夠從最基本的方面改善旅游交通，提升旅游交通服務(wù)品質(zhì)。

2.1 游客出行需求分析

游客是旅游包車最主要的服務(wù)對(duì)象，乘坐旅游包車出行的游客滿意度決定了旅游交通服務(wù)水平的高低，那么就需要切實(shí)了解游客的需求來達(dá)到提高服務(wù)水平的目的。游客出行最希望的是方便舒適快捷，在行程安排上不需要花大量的精力，這就決定了游客對(duì)旅游包車的需求。為滿足這樣的需求，旅游包車應(yīng)該在時(shí)間上進(jìn)行優(yōu)化，車輛合適調(diào)度能夠提升利用率，不僅可以減少時(shí)間的浪費(fèi)，避免人等車的現(xiàn)象，還可以在調(diào)度方面，達(dá)到車輛調(diào)度優(yōu)化的目的。

2.2 旅行社需求分析

旅行社負(fù)責(zé)為游客提供多樣化且各具特色的旅游服務(wù)，需要借助旅游包車為游客提供出行方式。一方面，不同的旅游團(tuán)體需要不同的車輛類型，在行程安排上，考慮到各個(gè)起始地以及游覽景點(diǎn)的不同，需要適當(dāng)?shù)能囕v調(diào)度來服務(wù)于游客；另一方面，在明確了一切基礎(chǔ)條件的前提下，旅游包車需要做好配合工作，才能夠同時(shí)滿足旅行社和游客需求，提供更好地交通出行服務(wù)。

2.3 運(yùn)輸公司需求分析

運(yùn)輸公司的作用是提供交通工具，針對(duì)旅行社給出的游客情況以及具體行程進(jìn)行車輛安排。為使效益最大化，運(yùn)輸公司在提供車輛時(shí)需要提高車輛利用率，最優(yōu)目標(biāo)便是用最少的車輛數(shù)服務(wù)最多的游客，大大節(jié)約成本，提供良好的服務(wù)，因此，車輛調(diào)度優(yōu)化必不可少，從車輛數(shù)目來優(yōu)化調(diào)度能夠滿足運(yùn)輸公司的需求。

3 區(qū)域旅游包車調(diào)度優(yōu)化模型

3.1 建模思路

以需求為基礎(chǔ)，從旅游運(yùn)輸資源統(tǒng)籌方面考慮建立模型，為達(dá)到以最少資源滿足最大需求的目的，建立以最少車輛完成接送任務(wù)，且游客等待時(shí)間最小為主要目標(biāo)的調(diào)度優(yōu)化模型，同時(shí)從多角度給出調(diào)度約束條件，從而達(dá)到效益最大化，提升服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的目的。

3.2 基本假設(shè)及參數(shù)設(shè)置

表1 參數(shù)設(shè)置表

(1)所有車輛在行程開始前都能準(zhǔn)時(shí)到達(dá)集結(jié)點(diǎn)；

(2)車輛行駛速度均滿足道路限速要求；

(3)同一調(diào)度安排的車輛類型相同。

3.3 模型建立

調(diào)度優(yōu)化模型建立如下。

目標(biāo)函數(shù)

(1)

約束條件

nk≤Nk,?k∈Ag

(2)

(3)

(4)

(5)

M{1,j,…}=1，ωi∩ωj∩…=?

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

公式(1)為最少車輛完成所有接送任務(wù)，且游客等待時(shí)間最小；公式(2)為載客量約束，保證車輛實(shí)際載客量低于載客能力；公式(3)為限制車輛總行程時(shí)間，確保其在提前設(shè)定好的范圍內(nèi)；公式(4)(5)為起終點(diǎn)約束，保證車輛只能從起始點(diǎn)出發(fā)，并在完成任務(wù)后返回起始點(diǎn)(即終點(diǎn))；公式(6)為調(diào)度時(shí)間約束，保證調(diào)度時(shí)間不沖突；公式(7)(8)為約束節(jié)點(diǎn)銜接，確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)的前繼節(jié)點(diǎn)與后繼節(jié)點(diǎn)的唯一性；公式(9)(10)為判斷參數(shù)。

ρ1、ρ2為整數(shù)，且ρ1?ρ2，最小化車輛使用數(shù)量為第一目標(biāo)，最小化游客等待時(shí)間為第二目標(biāo)。

3.4 求解算法

(1)算法概述

本文采用遺傳算法求解旅游包車調(diào)度優(yōu)化模型最優(yōu)解。遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中優(yōu)勝劣汰、適者生存的遺傳和進(jìn)化過程而形成的一種具有自適應(yīng)能力的、全局性的概率搜索算法。設(shè)計(jì)過程如圖1所示。

圖1 遺傳算法設(shè)計(jì)流程圖

(2)遺傳算法關(guān)鍵步驟

①選擇編碼方式

如何編碼是第一步工作，通過編碼將要求解的問題表示成遺傳空間的染色體或者個(gè)體。本文研究的是車輛調(diào)度問題，對(duì)染色體采用自然數(shù)編碼，即序數(shù)編碼方式。用0表示起始點(diǎn)(終點(diǎn))，1，2，…，n表示各節(jié)點(diǎn)，這樣有利于基于次序的實(shí)際問題的解決，提升實(shí)用性。

②生成初始群體

確定編碼方式后，遺傳算法通常采用隨機(jī)方法生成若干個(gè)個(gè)體的集合該集合稱為初始種群，為使初始種群盡可能地均勻分布在整個(gè)解空間，本文采用隨機(jī)方式生成初始種群。

③確定適應(yīng)度函數(shù)

根據(jù)所求問題的目標(biāo)函數(shù)來進(jìn)行評(píng)估，判斷群體中的個(gè)體的優(yōu)劣程度。適應(yīng)度越大越好，在生成了初始群體之后，檢驗(yàn)各約束條件是否成立，若有違反則降低適應(yīng)度遭淘汰。本文研究的目的是效益最高，因此需適當(dāng)在目標(biāo)函數(shù)與適應(yīng)函數(shù)之間進(jìn)行交換。

④設(shè)計(jì)遺傳算子

本文采用簡單易操作的輪盤賭選擇算子，目的是為了從當(dāng)前種群中選出優(yōu)良的個(gè)體，根據(jù)染色體適應(yīng)度的比例確定其被選擇的概率，即適應(yīng)度高的個(gè)體能以較大的概率被遺傳到下一代。

在交叉方面，本文采用的是方法是部分匹配交叉，若采用單點(diǎn)或多點(diǎn)交叉，可能會(huì)導(dǎo)致不能夠涵蓋所有情況，還需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步修正。部分匹配交叉較適應(yīng)自然數(shù)編碼方式，插入交叉段時(shí)，會(huì)去掉與原染色體相同的部分，得到新個(gè)體。

本文選擇倒位變異算子進(jìn)行變異操作，將所選擇的變異點(diǎn)區(qū)域顛倒，得到新個(gè)體，若其適應(yīng)度更合適則保留，反之撤銷該操作。

⑤設(shè)定終止條件

本文采用事先確定迭代次數(shù)作為終止規(guī)則，判斷迭代次數(shù)是否符合提前設(shè)定，若是，則終止算法，輸出最優(yōu)解；反之，繼續(xù)執(zhí)行進(jìn)化。

4 實(shí)例分析

根據(jù)桂林市旅游現(xiàn)狀，本文以陽朔縣景區(qū)的各個(gè)景點(diǎn)為實(shí)例研究對(duì)象，進(jìn)行旅游包車調(diào)度的實(shí)例應(yīng)用，其中包含十里畫廊、興坪古鎮(zhèn)、銀子巖等景點(diǎn)，各個(gè)景點(diǎn)之間道路連接性較好?？紤]到桂林市旅游的特性，由于陽朔縣是桂林市游客游覽的熱門景區(qū)，游客的需求也最大，因此，該區(qū)域旅游線路具備實(shí)例應(yīng)用的實(shí)際的條件。

現(xiàn)給出10個(gè)行程，形成了10條出行鏈，假定10個(gè)行程的旅游團(tuán)規(guī)模相同，采用同種類型的大巴車進(jìn)行接駁，出發(fā)及返回時(shí)間不同，出發(fā)地點(diǎn)包括市區(qū)和陽朔，且均能在計(jì)劃時(shí)間到達(dá)及返回，保證游客行程的合理性，最大滿足各類游客的需求，同時(shí)，車輛安全性有保證，行駛速度滿足道路限速規(guī)范，各個(gè)行程安排如表2所示。

表2 行程表

未進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化之前，根據(jù)車輛行駛安排現(xiàn)狀，每個(gè)行程安排一輛車，每個(gè)旅行團(tuán)的游客在游覽期間不換車，一輛車服務(wù)一個(gè)旅行團(tuán)，由此，共安排10輛車，車輛載客行駛共45 h，停車等待共49.5 h，調(diào)度時(shí)間0 h，10輛車的行駛路線如下。

(1)市區(qū)→陽朔→十里畫廊→興坪→陽朔→市區(qū)；

(2)市區(qū)→相公山→富里橋→興坪→陽朔→市區(qū)；

(3)市區(qū)→陽朔→十里畫廊→銀子巖→興坪→陽朔→市區(qū)；

(4)市區(qū)→漓江碼頭→興坪→陽朔→市區(qū)；

(5)市區(qū)→陽朔→十里畫廊→興坪→陽朔→市區(qū)；

(6)市區(qū)→磨盤山→陽朔→銀子巖→陽朔→市區(qū)；

(7)市區(qū)→興坪→銀子巖→陽朔→市區(qū)；

(8)陽朔→興坪→十里畫廊→陽朔；

(9)陽朔→興坪→陽朔；

(10)陽朔→興坪→陽朔。

為節(jié)省車輛利用成本，采用遺傳算法進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化之后，在完成所有的接駁任務(wù)的情況下由原始的10輛車減少為7輛車，車輛載客行駛共44.5 h，停車等待共26.5 h，調(diào)度時(shí)間為8.5 h，節(jié)省了三輛車的成本，車輛載客行駛時(shí)間減少0.5 h，停車等待時(shí)間減少23 h，為完成接駁任務(wù)，增添8.5 h調(diào)度時(shí)間，該結(jié)果中游客等待時(shí)間為0 h，實(shí)現(xiàn)了游客等待時(shí)間的最小化，調(diào)度后車輛的行駛路線如下。

(1)市區(qū)→陽朔→十里畫廊→銀子巖→陽朔→興坪-陽朔-市區(qū)；

(2)市區(qū)→相公山→富里橋→十里畫廊→興坪→陽朔→市區(qū)；

(3)市區(qū)→陽朔→十里畫廊→富里橋→興坪→陽朔→市區(qū)；

(4)市區(qū)→漓江碼頭→興坪→十里畫廊→興坪→銀子巖→陽朔→市區(qū)；

(5)市區(qū)→陽朔→十里畫廊→陽朔→興坪→銀子巖→興坪→陽朔→興坪→陽朔→市區(qū)；

(6)市區(qū)→磨盤山碼頭→陽朔→銀子巖→興坪→陽朔→市區(qū)；

(7)市區(qū)→興坪→陽朔→興坪→陽朔→銀子巖→陽朔→市區(qū)。

5 結(jié) 論

交通作為旅游運(yùn)輸行業(yè)中的重要指標(biāo)，是發(fā)展旅游業(yè)的關(guān)鍵，它不僅關(guān)乎到游客對(duì)旅游活動(dòng)的選擇，也同時(shí)影響著城市的旅游環(huán)境，因此，旅游線路的合理規(guī)劃、客運(yùn)車輛的調(diào)度安排都能夠在旅游中實(shí)現(xiàn)車輛的最大化利用，減少資源的消耗，又能夠給予游客最佳的體驗(yàn)，使得游客、旅行社、運(yùn)輸公司等所扮演的角色盡到應(yīng)有的義務(wù)并獲得最大的效益，從而使得城市旅游交通更加完備，滿足各方需求，帶給社會(huì)更大的方便。本文所得出的結(jié)論如下。

(1)本文針對(duì)三個(gè)對(duì)象展開研究，從旅游運(yùn)輸資源統(tǒng)籌方面分別分析了游客、旅行社、運(yùn)輸公司的需求，進(jìn)而從三方面深入考慮旅游包車的需求，三個(gè)不同角度的分析為后文建立相關(guān)模型解決問題打好基礎(chǔ)。

(2)由需求分析建立旅游包車調(diào)度優(yōu)化模型，經(jīng)考量各方面因素，確定模型解決問題的方向，建立以最少車輛數(shù)及最小等待時(shí)間為目標(biāo)的調(diào)度優(yōu)化模型并求解，達(dá)到以最小資源滿足最大需求的目的。

(3)將理論模型配合實(shí)際案例進(jìn)行分析，使得理論應(yīng)用到實(shí)際，驗(yàn)證其有效性，在保證了最優(yōu)質(zhì)服務(wù)的基礎(chǔ)上達(dá)到效益最大化，減少浪費(fèi)，提升利用率。