数据挖掘的出租车动态合乘模式及其算法研究

黄杰 孙瑞阳

湖南文理学院 湖南常德 415000

摘　要：随着经济的飞速发展，城市交通拥堵、出租车空载率高，道路资源严重浪费等问题日益严峻。而人们对出行工具高效性，直达性的要求越来越高。出租车合乘通过有效配置与利用资源，可提高运力，缓解“打车难”的矛盾；同时，又能兼顾乘客、司机的利益，出租车合乘越来越受到了关注。本研究主要是针对“多对多”的动态合乘模式，能缓解公共交通压力，对促进城市公共交通的可持续发展具有现实指导意义。研究内容能为出租车动态合乘的推广应用提供理论支持。

关键词：出租车；动态合乘；可持续发展；仿真实验

0 引言

目前对于出租车合乘的研究大部分是静态合乘方式的研究，对于需求量较大的动态合乘的研究非常少，仅是对简单的合乘模式与调度方法的一些研究，欠缺完整的动态合乘方式的研究。因此，本项目研究出租车动态合乘问题，尝试设计新的合乘模式，建立“多个起点到多个终点”模式的出租车动态合乘模型，设计相应的求解算法，最后通过仿真实验，对相关的影响因素进行分析和评价。

1 国内外研究现状

目前国内外出租车合乘的研究：从概念上来讲，出租车合乘的实施可行性和必要性是毋庸置疑的，合乘带来的社会效益、经济效益、环境效益也是显而易见的。从合乘方式上来讲，目前国内的研究还仅局限于对静态合乘方式的研究，包括合乘路径的确定、车辆调度、合乘的组织形式等多个方面。缺乏对于动态合乘方式的研究。总的来说，目前的研究还存在以下几点不足之处：

（1）合乘匹配模型相对简单，典型的优化技术就是使得总体行车里程最短，有合乘路径选择与费率优化模型、基于行程最短的最小费率模型等。合乘匹配模型往往忽略乘客的出行成本，且未考虑运营成本和乘客出行成本的权重，导致模型不够完整。

（2）国内外的算法多种多样，有改进粒子群算法、遗传算法等启发式算法及一些动态规划算法。现有的求解算法仍有待改进，以提高模型的效率和精度。

（3）对于合乘费用的考量，通常采取简单的按比例分摊合乘费用的做法，目前存在着公平性的争议。如何建立一个公平的合乘收费机制，并把费率因素考虑到合乘匹配环节，增强合乘方案的合理性和乘客对运营方的信任水平是该研究的一项挑战。

2 研究意义

出租车合乘是一种新型的出租车运营模式，它能缓解公共交通压力，充分利用有限资源，极大地提高人们的出行机动性。开展出租车动态合乘问题的研究，对促进城市公共交通的可持续发展具有现实指导意义，对于乘客、司机、运营商及社会各方面的意义主要如下：

（1）减少了乘客和出租车运营公司的支出；

（2）增加了出租车司机的收入；

（3）提高合乘的吸引力；

（4）有效缓解“打车难”，减少交通拥堵；

（5）减少了能源消耗，降低了环境污染。

3 现有的出租车合乘方式

（1）合乘模式设计

无论是“一口价模式”还是“相同起点模式”的合乘方式，引发了合乘比例不高、乘客、司机的不满等问题。因此有必要综合考虑乘客的等待时间、绕行距离等因素，设计高效的合乘方案。

（2）动态合乘模型研究

项目将分析乘客合乘费用和服务方收益，引入公平合乘的计费模型，建立出租车动态合乘匹配模型，设计相应算法进行求解，得出满足乘客需求的最优匹配方案。

（3）仿真实验

利用数学软件进行仿真，检验不同参数条件下模型和算法的可行性和有效性，分析评价时间、出行需求到达率、乘客及司机收益权重等因素对于合乘匹配结果的影响程度和作用规律。

4 本文设计合乘模式的优点

（1）合乘模式设计

改进现有出租车合乘模式，综合考虑乘客的等待时间、绕行距离等因素，设计高效的合乘方案。

（2）出租车动态合乘模型的建立和算法的设计

研究乘客的合乘费用和司机的运营成本及收益；设计出适用于动态合乘匹配模型的求解算法。

（3）仿真实验和分析评价

构建一仿真模型，用编程语言表达动态出租车合乘问题的模型和算法；分析评价模型中各参数对合乘匹配效果的影响。

5 研究的方法及可行性分析

在项目的研究过程中，采用资料收集、文献查阅与整理，调查研究等方法，综合运用多学科的知识，如数学建模、运筹学、等，建立动态合乘模型并设计相应的求解算法，采用数学软件进行仿真实验，分析评价各因素对于合乘结果的影响。

节省高峰期出行时间，缓解交通拥挤；公共交通系统形式更加多样化，服务能力不断提升，合乘吸引力随之增强；利益优势明显，出租车合乘带来乘客、司机、运营商三方共赢的局面。从而得到社会的可行性支持。

6 合乘模式最终的研究结果

本项目研究的目标是以公平性为原则，综合考虑服务方和乘客利益，乘客行程时间和出行费用最小为目标，保障服务方和乘客的合理收益、时间窗、出租车容量为约束，建立出租车动态合乘匹配模型，并设计高效的求解算法。并对相关影响因素的作用机理进行分析，为出租车动态合乘的推广应用提供理论支持。

拟解决的关键问题

（1）新的合乘模式设计

改进现有出租车合乘模式，综合考虑乘客的等待时间、绕行距离等因素，设计高效的合乘方案。

（2）出租车动态合乘模型的建立和算法的设计

研究乘客的合乘费用和司机的运营成本及收益；设计出适用于动态合乘匹配模型的求解算法。

参考文献

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