自行车共用系统设计：配方与解决方案外文翻译资料

毕业设计

（英文资料翻译）

英文题目：bicycle sharing system design: Formulation and solution

自行车共用系统设计：配方与解决方案

摘要：

这项研究涉及自行车共享系统的自行车共享系统的战略设计问题，问题是制定一个枢纽位置库存模型，关键的设计决策是：数量和系统中的自行车站点位置，自行车道自行车站之间创造的起点和终点之间的用户路径的选择，以及共享自行车在自行车站库存水平。这个设计的决策是考虑总成本和服务水平（测量的出租率的可用性率在皮卡出租站和覆盖的起源和目的地）。该系统的优化设计需要一个综合视图的用户的出行成本，自行车库存成本和设施成本的自行车站和自行车车道以及服务水平。本研究的目的是创建一个正式的模型，提供了这样一个综合的观点，并开发方法，获得解决方案的设计变量在实际情况下。该问题的复杂性，排除了现实的尺寸的情况下的优化问题的精确解，因此我们提出有效的启发式方法找到接近最优的解决方案。在测试问题的枚举是可能的，启发式的解决方案是在2%以内的最佳。最后，一个数值例子来说明模型和建议的解决方案算法。

集锦：

1.公共自行车共享系统结合自行车库存考虑的战略设计模型的制定。

2.考虑用户和投资者利益的实用模型开发。

3.枢纽选址库存模型的应用。

4.用数值例子说明该模型和求解算法。

关键字：自行车共用系统；库存；服务水平；设施选址；公共交通

一 介绍

自行车共用系统将自行车作为城市公共交通的一种形式，自行车共享的重点是第一英里或最后一英里的用户的使用，与其他交通服务相比，自行车的使用使城市可以减少污染和交通堵塞，减少基建投资。在上世纪60年代荷兰的阿姆斯特丹第一次推出自行车共享系统，自行车共享系统近年来全世界越来越多的关注，如法国巴黎，西班牙的巴塞罗那，德国的柏林，美国的华盛顿，加拿大的蒙特利尔。然而，有关自行车共享系统的战略设计文献发表的相对较少。这鼓励我们进行这项研究。本研究的目的是制定和分析战略设计模型的自行车共享系统的服务水平和自行车库存的考虑。关键的设计决策是：自行车共享站在系统中的位置和数量，自行车道自行车站之间的网络结构，用户的出发地和目的地之间的路径选择，以及共享的自行车是在自行车站库存水平。设计决策是考虑到总成本和服务水平（测量的可用性率在自行车站和覆盖范围的起源和目的地的要求）。起源和目的地的位置被假定为已知的和固定的，并且每个目的地对的旅行需求也被假定为已知的，与已知参数的随机需求过程。在这个模型中的关注是长期的决定，关于设施投资，建设自行车车道，库存水平，以及选择的旅行路径，而不是日常的经营决策。

城市中的自行车共享系统旨在为用户提供单向的短途旅行以与其他交通方式相结合。这样的系统的一般结构如图1所示。这种结构代表用户从起源到目的地的旅行。每个目的地旅行由三个环节：（1）用户步行拿起自行车在一个站附近的他/她的起源；（2）用户骑自行车到另一个车站靠近他/她的目的地并退还自行车（3）用户从入住站步行到目的地。涉及单个自行车站的旅行是不可能的，因为用户必须在其他地方的一个车站退还自行车。

这也是系统成功的关键，用户可以在一个方便的步行距离方便地找到自行车站。该系统需要足够数量的自行车站被设置在正确的位置，为用户检查自行车附近的起源，并检查在他们的目的地附近的自行车。现有的例子表明，自行车站不应该位于超过300 - 500米的重要来源和交通目的地。

另一方面，系统的成功也很重要，该系统保证了自行车的可用性。如果用户无法在退车站找到自行车，他们可能会等待可用的自行车，尝试在附近的车站等待另一辆自行车，所有这些行为都不能阻挠用户。每个自行车站必须携带足够的自行车，以增加用户可以找到自行车的可能性，从而避免了由此产生的沮丧，当用户不能找到自行车。因此，在系统服务质量的措施，包括利用率（即，在车站，填写自行车现货租金请求的比例）和覆盖水平（在起点和终点，是在特定的时间或距离最近的自行车站总需求的比例）。有较少的自行车站，允许总库存成本降低，但作为一个结果，提供较低的覆盖范围。因此，有一个基本的权衡，在确定的数量和地点的自行车站。更多的自行车站也允许更短的旅行之间的起源/目的地和车站，因此可能降低旅行费用。该系统的优化设计需要一个综合视图的用户的出行成本，自行车库存成本和设施成本的出租站和自行车道以及服务水平。本研究的目的是创建一个新的模型，提供了这样一个综合的观点，并开发方法获得的设计变量在实际情况下的解决方案。

2 文献综述

本研究回顾了文献中的四个相关的方向：自行车共享系统相关的研究，枢纽选址问题，最大覆盖模型，联合选址库存问题。

自行车共享系统近年来已经引起了极大的关注，已经作为一种新的城市交通模式，可以用在许多城市现有的公共交通系统集成。尽管系统增长迅速的发展更好的跟踪技术和共享系统的自行车（德梅约影响深远，2009），大多数文献中的自行车系统相关的研究都集中在德梅约自行车共享系统，历史与发展、促销政策和安全问题，其中自行车站点自行车复位和分析自行车的时间和地域的使用模式。有，但是，相对较少的研究解决网络和设施选址问题的自行车共享系统的战略规划的角度来看。林和杨（2011）解决自行车共享系统的设计，制定的问题作为一个数学模型和解决它与商业解决方案。然而，该模型涉及到一个非线性混合整数规划的解决方案变得棘手时，适用于现实世界的问题。

在这项研究中解决的自行车共享系统可以被看作是一个枢纽位置的库存模型，考虑到覆盖水平。我们简要回顾了相关的枢纽选址问题的研究。枢纽位置问题一直是一个重要的经典设施选址问题，由于交通运输和通信系统中使用的枢纽和轮辐网络。枢纽和轮辐网络系统服务于每一个起源点/目的地的需求，通过一组较小的起源点/目的地和枢纽之间和对枢纽之间的联系，而不是直接链接服务的需求。枢纽选址问题包括确定枢纽设施和确定连接的起源，目的地和枢纽的链接。由于okelly（1986早期做的工作，枢纽选址问题已扩展的各种应用，包括流相关的费用折扣，ARCS模式 (Orsquo;Kelly and Bryan, 1998 and Podnar et al., 2002),模型，考虑枢纽设施容量约束(Yang, 2008 and Rodriguez et al., 2007)，随机需求模型（Yang，2010），确定枢纽弧 (Campbell et al., 2005a and Campbell et al., 2005b). 。由于轮毂位置的问题是很难准确地解决，有一个更大的数量的启发式解决各种类型的轮毂位置问题，在文献中提出的各种应用。klincewicz（1992）采用禁忌搜索和抓取一个枢纽选址问题和klincewicz（2002）开发了一个启发式与规模经济的枢纽选址问题。为枢纽选址问题的应用和解决方案的程序，一个广泛的审查，我们指的是坎贝尔，厄恩斯特，和Krishnamoorthy（2002）。在这项研究中提出的一个重要概念是服务水平测量的覆盖范围的起源和目的地。如果一个设施位于一个给定的位置距离内，则需求位置为“覆盖”。最大覆盖模型首先是由教会和Revelle（1974）制定，已被用于各种应用。针对和弗兰西斯（1990）和（1995）调查Daskin提供应用和解决方案的程序最大覆盖问题。

为了确保枢纽网络可以有效地处理交通枢纽和不确定的需求，一些性能限制，可以包括在枢纽位置模型。然而，这些限制是最常见的电信系统和物流系统在物流系统设计应用中，每一个开放的设施位置需要进行足够的产品库存，以确保所需的服务水平，同时确定最佳的设施位置。联合选址-库存模型应用于物流系统的设计的工作 由Cole, 1995, Nozick 与 Turnquist, 1998,Nozick与 Turnquist, 2000, Nozick 与 Turnquist, 2001, Daskin et al., 2002, Shen et al., 2003, Miranda与Garrido, 2004, Shu et al., 2005 and Lin et al, 2006设计完成。 虽然有一个广泛的文献联合选址库存模型，有相对较少的文献发表在枢纽位置库存问题。这也鼓励我们开展这项研究。

三 模型的建立

3.1问题的定义

这个问题可以概括如下：给定一组起源、目的地、潜在的自行车站点和旅游需求从起源与具体需求过程的目的地，我们想知道在哪里可以找到自行车站点，在那里建立自行车道，和什么样的路径应该是用于用户从每个源到每个目的地所需的库存共享自行车在每个站确保可用性。如图1所示，各产地–目标路径包括三个环节：徒步旅行从一个用户的起源到第一站退还一辆自行车，骑自行车旅行，从第一站到第二站在自行车的退还，和徒步旅行的第二站到用户的目的地。由于自行车总是需要返回和检查，路径涉及单个自行车站是不可能的。

在系统中的服务质量的表示由两个措施：在每个站共享自行车的可用率，和总需求量覆盖在指定的距离或旅行时间由至少一个站。指定的可用率和所需的覆盖距离/旅行时间都是由系统设计者指定的输入参数。如果指定了更高的可用率，则需要在车站库存中增加额外的安全库存，并改变整个系统的成本计算。如果覆盖标准被改变，在模

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