基于旅行商问题的大学生假期出行定制交通研究

刘裕发 田佳伟

摘 要：为满足学生假期超量出行需求、改善公交出行拥挤环境、节约出行成本，基于旅行商问题对大学生假期出行定制交通进行了规划设计研究。基于镇江市大学生的定制交通问卷调查数据，探索了镇江地区大学生对于定制交通的需求结构。针对定制交通的路线规划旅行商问题，利用哈密顿回路方法进行了路径规划。基于手机APP的定制公交系统的开发与设计，使系统五大功能模块得以实现。

关键词：路线规划；旅行商问题；哈密顿回路；软件设计

1.研究背景

目前，镇江市内有江苏大学、江苏科技大学等多所高校，在校的学生年出行总量很大。尽管镇江的公共出行系统正在不断地更新改善，而且公共交通的整体服务水平已经有很大地提高，但是这依旧不能满足镇江市大学生的出行需求。此外，镇江市公共出行系统骨干网络覆盖有限，运行效率参差不齐。因此，现有的基础公交服务已不能满足大学生假期的出行需求，需要发展新的出行方式。目前，已经有关于南京大学城仙林校区学生周末使用定制交通出行的研究，并且通过该出行方式有效缓解了交通拥挤状况。该方法适用于学校相对密集且目的地相对集中的大学城区。但是，由于镇江高校分布不集中且未形成集约型大学城，以江蘇大学为例，江苏大学的四个校区分布在镇江市的三个区，所以，有必要针对镇江高校的分布特点来进行具体的路径规划分析。

2.研究方法

本项目主要基于意向的大学生出行调查及分析，了解大学生假期出行状况；并进一步对大学生定制公交需求进行预测及分析；结合镇江大学校园分布情况，选择运筹学中的旅行商问题模型，利用哈密顿回路原理，进行定制公交的路径规划；最后基于APP开发平台实现公交定制系统APP的开发和设计。主要的研究方法如下：

（1）基于问卷的描述性统计分析方法

文章搜集相关文献结合大学生假期出行情况，设计调查问卷，包括人口统计特征，出行特征，心理特征变量，选取镇江市大学生为样本发放问卷，并收集有效数据，利用SPSS进行统计性需求分析。

（2）哈密顿回路方法

定制公交的路线规划实质是解决旅行商问题，而旅行商问题的本质则是求解最优哈密顿回路。哈密顿回路简单来说就是从指定的起点到指定的终点，且途中所有其他节点都会经过且只有一次。哈密顿回路所求的最短路径与它的两个必要条件有关，即封闭的环和一个连通图，且图中任意两点可达。公式如下所示：

dij 是i与j之间的距离，

除起点与终点外，各边不构成圈。

（3）基于APP技术的软件设计方法

目前基于APP开发平台的手机APP设计方法很多，实现了各种需求的系统功能的实际开发，可以实现本项目中的定制交通系统的各种交互功能，应用于大学生定制交通行为。

3.定制巴士开通条件

3.1 调查问卷设计

本次调查问卷针对镇江市大学生群体，从出行频率、方式、目的和基础公共交通系统的准时性、安全性、便捷性等角度出发，对大学生假期出行需求进行全面的调查分析。

3.2 调查对象及问卷发放

本次调查的对象为江苏大学、江苏科技大学以及丹徒新区大学城内的学生。共发出问卷500份，实际回收问卷500份，对问卷进行系统地整理与统计后，得到废卷共15份，有效问卷共485份，本次调查问卷的有效回收率为97%。

3.3 调查数据分析

本组通过对有效的485份问卷进行整理，从调查对象年级分布、学生出行频率分布、出行方式、所在学校的交通情况以及对定制巴士的接受程度等方面数据进行分析。结果显示，对于镇江市大学生出行而言，由于公共交通骨干网络覆盖范围有限，运营效率参差不齐，大学生假期出行拥堵现状普遍。对镇江而言，大学生周末回家出行具有较明显的点对点特征，选择公共交通和出租车去车站的大学生人数较多，需要开通定制巴士来实现一站式到达，因此推行定制交通方式具有足够的客观条件。

4.路径规划

4.1 学校选择

目前，镇江市已经有江苏大学、江苏科技大学等高等院校以及正在建设中的镇江高校园区，在校师生达到10万余人，横跨镇江的三个市区，覆盖面积大。因此，选择江苏大学、镇江高校园区、江苏科技大学东校区、江苏科技大学西校区

4.2 距离测量

通过高德地图对每个学校之间的距离进行逐一测量。例如，起点设为镇江客运站，终点设为江苏大学，根据镇江市实际道路网分布及高德地图给出的三条备选方案，选择由庄泉路至丁卯高架转谷阳路到达江苏大学，路程10公里，总共经过13个红绿灯。以同种路径距离测量方式，将所取的点逐一测量，整理汇总得到两点之间的距离。

4.3 模型选取

本次选择的模型是运筹学中的旅行商问题模型，旅行商问题的本质是求解最优哈密顿回路。哈密顿回路简单来说就是从指定的起点到指定的终点，且途中所有其他节点都会经过且只有一次。哈密顿回路所求的最短路径与它的两个必要条件有关，即封闭的环和一个连通图，且图中任意两点可达。公式如下所示：

dij是i与j之间的距离， （1表示连线，0表示不连线），则有

除起点与终点外，各边不构成圈。

利用lingo软件，编写相应的程序，将所测得的距离参数输入程序中，得到一条最优路径。

4.4 结论

通过规划，设计出一条由镇江客运站出发，途径江苏科技大学东校区、江苏大学、镇江高校园区、江苏科技大学西校区，最终回到镇江客运站的最短路径，路程全长47.8公里。

定制公交使用该路线运行能够节约乘客的时间和出行成本，并且确保一人一位的舒适，从而缓解假期交通拥堵，为解决其他时间的交通拥堵问题提供了路径参考。

5.APP开发与设计

基于手机APP的定制公交系统主要包括五大功能模块，用户注册与登录、购票选座、车辆调度、用户的信息管理和车辆查询与监测。

（1）注册与登录

用于鉴别用户是否为系统授权的用户，只有注册的用户才能登录系统。可用手机号码、微信、QQ和邮箱进行注册与登陆。如图1所示为手机客户端用户注册与登录界面。

（2）购票选座

主要实现用户购买车票的功能。在车辆发车前半个小时将不能在手机上进行购票服务，并且在退票时需要支付一定的手续费。如图2所示为手机客户端购票界面。

（3）车辆调度

车辆调度的具体事务，本APP将根据乘客反馈的信息进行整合，并提交到车辆所在公司，希望可以帮助公司进行更好的车辆调度。如图3所示为车辆调度界面。

（4）用户信息管理

乘客可以随时查看自己的个人信息并且更新自己的信息，更新的信息会及时传递到后台并保存。还可以在历史信息中查询购票信息。如图4所示为用户信息管理界面。

（5）车辆查询与监测

乘客可以实时监测车辆到站情况，通过手机上显示的时间和距离来判断自己前往站点的乘车时间，可以节约在路上不必要的时间，提高时间利用率。如图5所示为车辆查询与监测界面。

6.总结

随着科技的迅猛发展和智能手机的全面普及，手机APP也在快速发展，方便了人们的学习、工作和生活。目前，城市交通拥堵不堪，私人汽车数量逐渐增多，环境污染加剧，使得越来越多的城市开始探索居民出行的新方式。定制公交系统作为一种新兴的出行系统，通过对各种先进技术的配合运用，加上对城市公交路线的调查和运行特点的分析，将两者有机结合以达到对现代公交的智能调度，提高公交车的使用效率和上座率，从而缓解交通拥堵。

参考文献：

[1] 李艳梅.定制公交系统线网构建方法研究[D].西南交通大学，2016.

[2] 李颖.定制公交的决策与算法研究[D].南京林业大学，2017.

*基金项目：本文系江苏大学2018年度大学生科研立项项目，项目编号：17A246