城市出租車合乘匹配理論模型與關鍵技術研究.pdf

1、隨著我國城市化建設進程的加快以及出行車輛的劇增，城市道路交通擁堵問題已然成為城市發(fā)展中亟需解決的重大難題。大力發(fā)展城市公共交通、倡導市民綠色出行是各大城市治理和緩解交通壓力的常見舉措。出租車作為城市公共交通的重要構成，具有便捷、靈活的特點。然而，受制于供需雙方的信息不對稱，出行者打車難、出租車空載率高、出租運營成本大等問題嚴重制約了出租車市場的健康發(fā)展。有鑒于此，有學者提出“出租車合乘”的理念以期破解上述難題，并迅速引起學術共鳴，經(jīng)驗數(shù)

2、據(jù)表明，出租車合乘在緩解城市交通擁堵，解決出租車運營困境方面具有政策效力。
　　論文回顧和梳理了國內(nèi)外出租車合乘的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)，分析和歸納出城市出租車合乘研究存在的問題及不足。從城市出租車和乘客兩個角度分析了各自的出行特征，構建了城市出租車合乘概率和合乘等待時間模型，推演了城市出租車合乘“三階段”算法，利用南京市出租車數(shù)據(jù)對上述理論和模型進行了實例驗證，并以此為基礎，建立了城市出租車合乘仿真實驗系統(tǒng)。全文主要研究內(nèi)容如下:<

3、br>　　(1)闡述了城市出租車合乘的起源、發(fā)展、概念、類型和組織模式，分析了城市出租車合乘的現(xiàn)狀及存在的問題，構建并詳述了城市出租車合乘系統(tǒng)技術框架。
　　(2)以南京市為研究區(qū)域，從出租車行駛里程、出租車空載率和出租車載客特征三個緯度分析了南京市出租車的出行特征;從乘客出行距離、出行時間、出行點均衡度、出行點密度以及出行點分布度等一系列指標分析了南京市出租車乘客的出行變化特征，并綜合提出了城市出租車合乘影響因素。
　　(

4、3)運用泊松分布原理研究了出租車合乘中出租車載客車輛的概率特征，并基于泊松分布模型和N重伯努利試驗原理，首次構建了出租車合乘概率模型和合乘等待時間模型，深入研究和探討了出租車數(shù)量、空載率、平均行駛速率、行駛目的地分布率等對合乘概率和合乘等待時間的影響。以南京市雨花南路路段出租車GPS數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，對所建模型進行了驗證。實驗結果顯示，出租車載客車輛數(shù)據(jù)通過了K-S檢驗，服從泊松分布。路段內(nèi)，出租車數(shù)量大、空載率低及行駛目的地分布集中，將增

5、加城市出租車合乘概率，減少合乘等待時間;出租車平均行駛速度的穩(wěn)定性對合乘概率及合乘等待時間的影響較小;出行高峰時段適宜采用多次合乘的方式提高合乘效率。
　　(4)首次提出基于數(shù)據(jù)場能和點間距的出租車合乘車輛聚類算法。利用數(shù)據(jù)場能函數(shù)，求解載客出租車數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)點的場能，通過比較各數(shù)據(jù)點勢能值的大小，計算出各數(shù)據(jù)點的點間距，進而根據(jù)各數(shù)據(jù)點場能值與點間距的乘積所確定的閥值來判別聚類中心點、離群點以及各聚類中心所包括的子數(shù)據(jù)點。以南

6、京市載客出租車下車點軌跡數(shù)據(jù)為例，對比經(jīng)典聚類算法發(fā)現(xiàn)，本算法對于空間分布有一定規(guī)律、時間分布不規(guī)律的出租車軌跡數(shù)據(jù)具有更好的聚類效果，因此，本文提出，基于數(shù)據(jù)場能和點間距的聚類算法更適用于城市交通道路車輛聚類，這一創(chuàng)新性的研究思路與方法對豐富城市交通聚類研究提供了新視野。
　　(5)通過聚類對合乘出租車目的地與合乘乘客目的地進行距離閥值判定，形成合乘乘客與載客出租車匹配方案。依據(jù)物元理論，構建了模糊物元矩陣，采用熵權法計算合乘距

7、離、到達合乘出發(fā)點距離、到達合乘目的地距離以及到達合乘出發(fā)點時間四個指標的權重，并運用貼近度計算出合乘出租車匹配方案的優(yōu)先順序。實驗對比結果顯示，與物元關聯(lián)度評價算法相比，本算法具有較高的可行性和有效性，同時由于本算法指標參數(shù)受人為制約較小，評價結果更為客觀。
　　(6)基于對道路的矢量化處理，建立道路路段網(wǎng)絡節(jié)點拓撲結構，運用道路路段長度、車輛平均行駛速度、路口紅綠燈等待時間等指標構建道路路段路權值，采用有向圖的節(jié)點間直接權重矩

8、陣算法，得到節(jié)點間權重矩陣表。提出基于節(jié)點區(qū)域限制和改進A*算法的路徑規(guī)劃模型，通過對節(jié)點間權重矩陣表的調(diào)用與判斷，實現(xiàn)合乘乘客與出租車合乘后的路徑規(guī)劃及合乘費用預估，從而為合乘者推薦合乘參考方案建議。
　　論文進行了大量城市出租車合乘匹配的基礎理論研究，研究結論可為城市出租車合乘匹配提供理論支撐。論文構建了城市出租車合乘仿真實驗系統(tǒng)，具體內(nèi)容包括系統(tǒng)的總體設計規(guī)劃及功能結構兩部分。實驗仿真運行結果表明，本論文提出的各類模型及算法