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共享单车时空分析及电子围栏选址

顾江岩  
【摘要】:共享单车是一种新兴的公共自行车共享服务。近年来,城市交通问题日渐严峻,如空气污染,交通拥堵等。为解决以上问题,共享单车应运而生。共享单车具有智能扫码解锁,灵活性强,密度大等特点。其点到点的出行方式,不仅有效解决了城市交通“最后一公里”的问题,也缓解了交通拥堵的现象,在城市交通系统中占据越来越大的比重。但是,随着越来越多的公司加入到共享单车的利益追逐中来,单车数量与种类逐渐增多,在其运营过程中出现了各种问题。由于停放区域紧张或不明确导致的乱停乱放现象影响较为严重,既易造成交通事故,也严重影响市容和城市轨道交通的运行效率。解决该问题的本质为:如何保证共享单车在占用最小公共空间资源的同时提供最大的服务。电子围栏的科学选址是解决该问题的主要方法之一,通过一定的选址方法划定虚拟停车框,引导用户科学停放。不仅可以为城市管理部门减轻负担,还可以扩大城市轨道交通的影响范围和吸引力,吸引更多的出行者采取该方式。为解决电子围栏的选址问题,本文设计了一个基于模拟退火算法求解的电子围栏最大覆盖问题选址模型,并以北京市西城区为例进行算法应用,主要工作如下:(1)共享单车时空分析。以北京市摩拜单车公司提供的出行大数据为基础,经数据清洗,Geohash解码等预处理后,利用Excel、Python、Arc GIS等工具处理分析数据。在时间维上,分析共享单车用户在各个时间段的变化趋势;在空间维上,调用Python中的Folium等库,以热力图的方法显示北京市共享单车各时刻及早晚高峰空间分布的动态变化。(2)共享单车电子围栏选址。以最大覆盖问题为理论指导,模拟退火为求解方法,设计模型步骤,并使用Python语言工具实现算法编写。以西城区为例,设置75%为最小覆盖度,得出在不同站点数目要求下的电子围栏选址结果,比较其覆盖度、计算成本、平均距离等指标,并结合GIS对计算结果进行空间可视化。本文得出的主要结论如下:(1)通过对北京市共享单车时空特征分析可知,在时间维上,共享单车工作日出行量大于非工作日;工作日出行量具有明显的潮汐现象,早晚高峰显著,非工作日则没有形成该特征。在空间维上,结合行政底图道路网可知,共享单车大致沿街道无序分布;随时间推移,在早高峰期间,热度逐渐升高且热点区域由外环向内环移动,三环四环的用车量最大,在晚高峰期间,由内环向外环用车热度逐渐降低;通过早晚高峰OD热力图可知,区域内高峰期间用车量和还车量的热度不同,这说明来往车辆数目不对等。(2)以西城区为例对本文构建的选址算法进行应用,在不同电子围栏覆盖半径(200m,300m,400m)和站点数目组合的情况下,应用本模型求解,计算过程均能较快地收敛,达到最大覆盖度,说明本模型求解高效,可用性较高;通过对不同情况组合的覆盖率、重复覆盖率及平均距离各项指标进行分析可知,本模型在各个情况下均能计算得到合理的选址方案,普适性较好,可以为不同规模和需求的电子围栏选址规划问题提供相关的决策支持,以确定最合适的选址方案。


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