共享停车泊位管理与政策的研究进展与展望

王鹏飞,王湘玉,于剑楠

(河北科技师范学院 1 秦皇岛市交通系统智能分析与决策重点实验室,2 城市建设学院,3 工商管理学院, 4 数学与信息科技学院,河北 秦皇岛,066004)

随着城市机动车保有量的迅猛增长,交通供需矛盾日益突出,交通拥堵已经成为我国城市经济与社会发展过程中亟须突破的瓶颈。在我国所有碳排放行业中,交通运输领域约占10%,而城市交通在交通运输领域(除航空、铁路、水运外)的占比高达80%以上,且呈现出高速增长的特点,这对我国实现“碳达峰、碳中和”的战略目标形成了巨大挑战[1,2]。

停车设施作为小汽车用户的(间接)目的地,其类型、空间布局及管理模式对用户的出行方式、时间及路径的选择影响很大。当前,我国城市停车管理制度还处于重构时期,有效停车泊位不足、停车巡航量过大已经成为城市交通拥堵现象产生的重要原因。有权威研究指出,世界上诸多大城市中心城区的高峰时段,有约30%的交通流量在寻找车位[3,4]。因此,在城市土地和空间资源有限的情况下,充分利用有限的停车资源势在必行。从Yan等[5]的研究和权威报告[6]可知,如果能够充分地利用共享停车泊位,则可在很大程度上缓解城市停车难问题。为此,近年来,政府相继出台了一系列鼓励共享停车的相关政策。

关于共享停车问题最早的研究始于文献[7]中,文中确定了一套分析共享停车问题的研究路线。近年来,关于共享停车政策方面的研究主要集中在以下几个方面:(1)共享停车泊位资源供需匹配机制,(2)共享停车政策参与者的行为特征分析;(3)共享停车政策的评估;(4)共享停车泊位理论的应用;(5)共享停车泊位对其它交通系统的影响。其中,60%以上的研究都集中在共享停车泊位资源供需匹配机制方面。

1 共享停车泊位管理的关键问题及相关研究

1.1 共享停车泊位资源供需匹配机制

在关于共享停车泊位资源的供需匹配机制的一系列研究中,可以根据供需双方的行为特征将其分为两大类:确定性场景和不确定性场景。在每类场景中,研究者会根据研究的具体目的和对象构建不同模型,例如:静态/动态模型、单目标/多目标函数规划模型等。其中,静态模型主要用于处理共享停车泊位供需一次性匹配问题,动态模型则着重于描述用户对于共享停车泊位的一天内(within-day)实时需求特征;单目标函数大多只关注社会福利最大化或共享停车泊位管理者收益最大化问题,而多目标函数则会同时考虑到用户步行距离或其出行成本等要素。另外,针对不同的模型研究者还开发了有针对性的求解方法,同时也对匹配效果和效率进行了定量分析。

1.1.1确定性场景 在参与共享停车的各方交通主体行为都为确定性的场景中,Shao等[8]考虑居住区的泊位使用特征,引入预订机制构建了停车泊位共享场景下的系统效益最大化模型。Xiao等[9,10]分别提出了两种基于拍卖理论的共享停车泊位资源的最优分配、定价机制。Zhang等[11]在考虑共享停车泊位空间分布的基础上,分析了用户均衡问题,从而给出了共享停车泊位的最优定价,此定价可以同时实现平台收益最大化与社会成本最小化。陈峻等[12]以中心城区高校为研究对象,通过对停车泊位需求时变的预测,构建了共享停车泊位动态分配模型并定量评价了其实施效果。姚恩建等[13]针对居住区,基于提高共享停车泊位利用率的目标,构建了一定供给与需求条件下的共享停车泊位优化配置的加权顶点着色模型,并给出了相应算法。李涛等[14]以最大化停车管理者收益为目标,讨论了最优停车泊位共享率与停车共享终止时间。段满珍等[15,16]提出了个性化共享停车诱导服务策略,并在此基础上构建了停车泊位分配模型。张雷等[17]构建了基于向量自回归预测的泊位共享优化算法。陈峻等[18]以城市中心区多类型用地配建停车设施为对象,构建了停车时空资源消耗模型。林小围等[19]发现相较于停车管理者动态收集私家车泊位信息并进行停车泊位分配的情况,业主若能尽早地向停车管理者主动提供信息,则停车泊位利用率和业主收益都可以大幅提升。张文会等[20]综合考虑了最大化停车泊位利用率和最小化用户步行距离的目标,构建了共享停车泊位分配的双目标规划模型。郭放等[21]通过分析车辆抵离与泊位占用之间的关系,以短时动态需求预测为手段,构建了向量自回归模型以获取各时段可开放泊位数量和时间窗动态分布数。张水潮等[22]在预约请求的条件下,构建了平台收益及用户步行距离为目标函数的共享停车泊位分配模型。王翰麟[23]在深入分析用户预约时间段与停车泊位共享时间段的关联性的基础上,构建了共享时间窗约束下的共享停车泊位动态分配模型。何胜学等[24,25]着眼于如何减少无人驾驶车辆在泊车过程中不必要的频繁移位问题,构建了在满足合理共享停车需求条件下最小化无人车辆移位成本的共享停车供需匹配优化模型,同时设计了相应算法。刘永红等[26]基于用户同时存在提前预约共享停车需求和临时停车需求,构建了双目标规划模型,结果发现,当临时泊位需求与提前预约泊位需求大致相当时,停车分配后总目标更优。李常敏等[27]建立了基于匹配优先级的共享混合停车泊位租用与分配模型,结果表明,最优策略可同时提升混合停车场的停车和充电资源使用效率,最终实现平台收益最大化。王震邦等[28]发现,ADMM 分布式优化模型与匹配博弈算法和贪心算法相比,可以满足多方利益,并从隐私保护、计算时间与数据传递量等方面分析验证了,相较于集中式优化模型,ADMM 分布式优化模型更适用于大规模共享停车匹配。

1.1.2不确定性场景 在参与共享停车的任一交通主体行为存在不确定性的场景中,Jiang等[29]发现了最优可预约停车泊位数量与用户停车行为不确定性水平之间存在很高的关联程度,具体来说,随着用户行为不确定性的增加,系统的预期利润也会下降。Shao等[30]考虑两种需求扰动下的改良多阶段维克瑞拍卖机制。Zhao等[31]在当共享停车泊位提供者随机返回自己泊位的场景下,建立了基于数据驱动的共享停车泊位最优分配模型。Wang等[32]构建了连续时间随机动态模型,在用户停车需求具有不确定性的条件下,给出了面向网联自动驾驶车辆停车泊位的最优管理策略。Wang等[33]利用有约束的混合整数线性规划模型求解共享系统车位预约分配问题,以最大限度地提高停车资源利用率。Wang等[34]和王鹏飞等[35]考虑了持有/未持有停车许可证用户停车行为的不确定性,构建了随机最优控制模型,得到了可预约停车泊位(停车许可证)的动态最优供给策略。孙会君等[36]考虑了租用停车泊位成本,接受请求获取利益与拒绝用户请求、拒绝租用停车泊位可能造成的影响,构建了整数规划模型以实现运营商利益最大化目标。关宏志等[37]和聂楚豪等[38]给出了当泊位提供者返回自己泊位过程呈现非齐次泊松过程时,以居住区停车场泊位共享率和管理者收益最大化为目标函数构建了数学模型,通过粒子群求解算法给出了最优运营策略。张利凤等[39]在共享停车泊位供给和需求双方都具有不确定性的环境下,构建了随机动态规划模型,并对停车共享的预约策略进行了优化。张倩敏等[40]针对共享停车泊位供给临时取消情况下的泊位分配问题,对供给取消给停车用户和平台带来的影响进行分析,在综合考虑用户偏好的基础上,以平台收益最大化为目标构建了基于再分配策略的共享停车泊位分配模型。薛召杰等[41]构建了最大化平台收益和鲁棒性的共享停车泊位分配双目标优化模型,通过预留适当缓冲时间来增强共享停车泊位分配方案的鲁棒性。

上述关于确定性场景、不确定性场景的研究文献,对共享停车泊位供需资源匹配模型和算法进行了深入探讨,并且对泊位用户(相较预约时间)早到/迟到、取消等不确定性行为进行了深度刻画。但并未探讨构建的分配-定价模型的最优解是否唯一且如何进行取舍,同时也没有考虑到共享停车泊位管理者的行为特征对上述供需匹配机制的影响,而这些问题均是共享停车泊位政策在实际实施过程中必须要面对的。

1.2 共享停车政策参与者的行为特征分析

在始发地距离出行目的地的步行距离、停车价格等方面,共享停车泊位与一般公共泊位存在明显差异。众所周知,政策参与者包括泊位提供者、泊位管理者和泊位用户三方。学者们对共享停车政策参与者的行为特征进行了系统分析。Chen等[42]为提高停车泊位的共享能力,分析了医院中4类常见人群的停车行为。杨晓芳等[43]分析了不同因素对用户共享停车选择行为的影响程度。王保乾等[44]基于停车用户视角,构建了共享停车泊位选择行为的Logistic实证分析模型。高良鹏等[45]在逐日演化的框架下,研究了弹性停车激励机制下共享停车泊位提供者的竞价演化机理。贾富强等[46]通过构建出行者和车位拥有者演化博弈模型并分析演化稳定状态,分析了出行者和泊位拥有者参与共享停车时的策略对共享停车泊位匹配结果的影响。但尚未有研究对共享停车泊位管理者的行为进行过深入分析。

1.3 关于共享停车政策的评估

目前,该方面的研究文献数量很少,现有研究主要集中在对某区域泊位共享能力的分析上,极少有研究从更加宏观的视角,来解释和分析为何共享停车政策目前处于“叫好不叫座”的状态。在该领域:段满珍等[47]构建了居住区泊位对外共享服务能力评估模型。段满珍等[48]分析了医院与其毗邻居住区在停车泊位需求特征、空间位置关系、居住区类型及停车泊位互容性,在此基础之上研究了实现共享停车的基本条件,为解决医院停车难问题,提出了与毗邻居住区共享停车的策略。季彦婕等[49]对促进停车泊位共享的相关政策提出了评估方法。

1.4 共享停车泊位理论的应用

目前,理论的应用主要集中在以下两个方面:(1)基于理论的停车需求预测和用地规划调整;(2)针对某一区域推动共享停车政策落地的可行性分析。在第一个应用领域,肖飞等[50]为解决停车产生率模型存在的局限性,以停车泊位共享理论为基础,提出了混合土地利用模式下基于泊位共享的停车需求预测模型及方法。薛行健等[51]以停车生成率法为基础,探讨了基于泊位共享的停车需求的预测方法,并考虑了共享停车泊位效用的折减量,并提出了采用类比法对现有停车配建指标按照规划目标进行调整的方法。苏靖等[52]提出了运用泊位共享效用指数衡量混合用地中,各种用地不同停车需求组合下的泊位共享效率。在第二个应用领域,周晨静等[53]以北京市王府井地区为例,构建了共享停车实施技术方法的理论模型,并由此演化出多个实施步骤,有效推动了区域停车共享工作的实施。方可等[54]以湖南金融中心片区为研究对象,通过实地调查和市民意愿调查,总结得出金融中心实施共享停车存在的主要问题,并给出了共享停车示范区建设的建议。

1.5 共享停车泊位对其它交通系统的影响

用户停车行为与出行行为联系的最为紧密。因此,共享停车泊位的空间布局、供给数量和管理措施,在很大程度上会影响用户在出行方式、时间和路径上的选择。在该领域,部分学者发现共享停车泊位数量的时空变动可能会引发交通流状态的改变,例如:姬杨蓓蓓等[55]发现,若毗邻私有停车设施设置共享停车泊位,则可有效地缓解交通拥堵,但过多地设置反而会使得路网中产生新的交通拥堵。王鹏飞等[56]发现,逐日供需变化共享停车泊位交易市场会产生分岔或混沌现象,进而导致网络交通流(使用共享停车泊位用户)在逐日演化过程中也会产生分岔或混沌现象。还有部分学者的研究集中在用户停车行为与出行行为的联系上,例如:常玉林等[57]构建了双层规划模型用以分析共享停车容量优化分配对用户多模式出行选择的影响,发现合理的共享停车容量可以实现停车管理平台收益与共享停车需求之间的均衡。孙超等[58]构建了考虑共享停车用户和非共享停车用户两类出行费用的停车选择均衡模型,同时设计了有效求解方法。

1.6 共享停车泊位其它方面的研究

部分学者在共享停车收益分配,共享停车泊位理论与物联网、区块链等技术相结合方面进行了研究。在该领域:彭勇等[59]以得到合理分配泊位共享收益分配及平台最优收益为目标,建立了不完全信息的泊位共享收益分配三方讨价还价的动态博弈模型,得到了模型纳什均衡解和平台最优收益值;王鹏飞等[60]将停车许可证拍卖机制和沙普利值法相结合,设计了基于泊位提供者对社会福利贡献的共享停车泊位收益再分配机制;孔祥科等[61]将区块链技术应用到共享停车中,提出了物联网环境下的共享停车区块链模型。

2 展 望

2.1 停车许可证在共享停车泊位管理中的应用

可交易许可证制度,原本是管理者通过引入自由竞争的市场制度来分配稀缺资源或控制污染排放量的一种方式。而后,此概念逐渐被引入到交通需求管理中[62]。相较传统经典的交通拥挤收费政策[63],可交易许可证制度具有不依赖用户的停车需求函数预测,并且能够保障用户自由选择权的优势(即充分满足用户的选择偏好),因此备受交通学者的关注。近年来,此概念也被Zhang等[64]、Liu等[65]、Wang等[66]和王鹏飞等[67]应用于公共可预约停车资源管理方面,但将其应用于共享停车泊位管理中的研究却不多(除文献[60]外)。由于用户与公共泊位的数量均较为庞大,导致“用户自由交易”的传统停车许可证交易手法在现实中并不能得到很好的应用。因此,针对用户与泊位数量较小、空间分布较为集中的共享停车泊位,“用户自由交易”的传统机制是否具有现实可行性,或是对此是否应设计新的交易机制,这都是理论在实际应用前必须要解决的重要问题。

2.2 共享停车泊位资源分配不唯一的最优解的取舍

深入分析既有共享停车泊位分配、定价模型性质可知,模型的解一般是存在的,但不一定保证唯一。例如,某一时段将某一停车泊位分配给用户A或用户B,管理者得到的社会福利值或停车收益值均相等,并且均为最大值。在此情况下,管理者应以何种原则来对模型不唯一的最优解(即最优分配、定价方案)进行取舍是亟待解决的问题。若将既有模型中的单目标函数变为多目标函数,则既有算法不一定能保证在多项式时间内准确得到最优解,或者只能得到次优解。因此,单纯从改变最优化问题的目标函数类型入手,显然不一定有效。现实中,除了实现社会福利或收益最大化外,管理者针对不同类型设施周边的共享停车泊位也应有不同的分配策略。例如,在实现社会福利或收益最大化后,管理者可考虑针对城市中心的共享停车泊位依据“合乘人数多的车辆(用户)优先”的原则;针对医院周边的共享停车泊位依据“搭载有社会弱势群体的车辆(用户)优先”的原则;针对旅游景区周边的共享停车泊位依据“外地游客车辆(用户)优先”的原则,对不唯一的最优分配方案进行取舍。针对上述不同原则,亟需建立实用性强的模型来辅助决策。同时,该成果也适用于公共停车泊位。

2.3 共享停车政策实施前的预评估方法

为平衡停车供需、降低停车巡航量、盘活闲置停车资源,近年来,政府推出了一系列鼓励共享停车的政策,但一些调查结果却显示共享停车政策的落实程度和实施效果并不令人满意,政策总是“叫好不叫座”。主要体现在以下两个方面:(1)虽然共享停车费用较低,但大量共享停车泊位闲置,资源利用率不高;(2)泊位提供者(例如,住宅小区居民、机关企事业单位等)参与共享停车泊位市场意愿不强。结合本领域的既有政策、理论和实证研究可知,在最高位置的“战略层面”上,国家已经明确鼓励和出台了共享停车政策;在最低位置的“操作层面”上,大量的既有研究已经提供了很好的理论基础;但在中间位置的“战术层面”上却缺乏相关的研究。由于每个城市的具体情况不一样,不可能“一刀切”采用同一种政策和措施实现停车泊位共享。因此,对共享停车政策实施的充分和必要条件进行预分析就显得十分有必要了,从中观层面(即“战术层面”)上得出,该城市或区域是否适合共享停车政策,或是适合什么样的共享停车政策的明确结论。例如,鲜有研究对下述内容进行过深入探讨:全方位且定量地对比分析共享停车政策实施前后各交通主体的效益和成本;用户停车需求在时空上符合的统计分布规律;作为共享停车系统的重要参与者,住宅小区、机关企事业单位对共享停车泊位管理的成本评估。上述列举的这些研究内容及其成果,可为定量评价共享停车政策实施效果提供重要依据。

2.4 共享停车泊位交易市场供需逐周期演化机制及调控措施

如文献[56]所述,共享停车泊位一般为私人物品或集体所有,其供给来源于自由选择参与或退出市场且以获得一定收益为目的的提供者。因此,交易市场中共享停车泊位的成交数量和价格将逐周期地呈现出动态且复杂多变的特点,这必将给交易市场的管理带来极大困难。同时,文献[56]也只假定了交易市场中仅存在幼稚预期和理想预期两种类型的价格预期方式,但现实中绝大多数泊位提供者并不会使用这两种较为极端的方法去预测价格,而是利用历史数据(例如样本自回归分析等方法),或是直接利用经济基本面进行预测。在此场景下共享停车泊位交易市场均衡解的渐进稳定条件是什么,在满足什么条件下会发生分岔或是混沌现象,这些都是亟待解决的问题。另外,虽然文献[56]也从市场供需曲线、潜在共享停车泊位需求量等角度给出了消灭分岔和混沌现象的政策,但很难分析这些政策的可行性及其成本。为此,亟需提出一种动态、有针对性、可行性强且实施成本较低的分岔和混沌控制方法(例如OGY控制策略等)。