邵鵬

（西安工程大學(xué)管理學(xué)院，西安710048）

分時(shí)租賃型自行車(chē)伴隨使用者在城市道路網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)，這種流動(dòng)具有復(fù)雜自組織性。通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)M共享單車(chē)在城市空間中的流動(dòng)。共享單車(chē)從開(kāi)始的集中投放到分散在城市的不同位置，這個(gè)過(guò)程是共享單車(chē)使用者騎行共享單車(chē)的自組織過(guò)程。通過(guò)自組織流動(dòng)，分時(shí)租賃型共享單車(chē)在城市道路網(wǎng)絡(luò)中會(huì)實(shí)現(xiàn)均勻分布。

共享單車(chē)；自組織；計(jì)算實(shí)驗(yàn)；城市道路

0 引言

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了很多借助互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行商業(yè)模式創(chuàng)新的“共享經(jīng)濟(jì)模式”[1]。共享經(jīng)濟(jì)是伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息通信技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用而興起的，以生產(chǎn)資料和生活資源的使用而非擁有為產(chǎn)權(quán)基礎(chǔ)，通過(guò)以租代買(mǎi)等模式創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)互通有無(wú)、人人參與、協(xié)同消費(fèi)的新型經(jīng)濟(jì)形態(tài)[2]。共享經(jīng)濟(jì)與城市交通出行的結(jié)合，產(chǎn)生了共享交通產(chǎn)品。然而，這些交通出行產(chǎn)品并沒(méi)有充分調(diào)動(dòng)閑置資源，嚴(yán)格意義上應(yīng)稱之為分時(shí)租賃型公共交通產(chǎn)品。分享經(jīng)濟(jì)與公共交通出行的結(jié)合，產(chǎn)生了分時(shí)租賃型公共交通產(chǎn)品，如“共享單車(chē)”、“共享汽車(chē)”和“共享電動(dòng)車(chē)”等[3]。以“共享單車(chē)”為例，這些單車(chē)由各大企業(yè)提供，并非用戶將閑置的單車(chē)分享出來(lái)供其他用戶使用[4]。對(duì)于同一輛單車(chē)，用戶是通過(guò)分時(shí)租賃的方式獲得一定時(shí)間內(nèi)的使用權(quán)。城市道路網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模公共交通產(chǎn)品流動(dòng)通過(guò)傳統(tǒng)方法難以開(kāi)展研究，本研究通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)M方法對(duì)分時(shí)租賃公共交通產(chǎn)品自組織開(kāi)展研究。

1 問(wèn)題提出

公共產(chǎn)品可劃分為純公共產(chǎn)品和準(zhǔn)公共產(chǎn)品，純公共產(chǎn)品是同時(shí)具有非競(jìng)爭(zhēng)性和非排他性的產(chǎn)品，一般由政府經(jīng)營(yíng)并免費(fèi)提供給公眾[5]；準(zhǔn)公共產(chǎn)品是介于私人產(chǎn)品和純公共產(chǎn)品之間，一般由投資者經(jīng)營(yíng)并收取一定的費(fèi)用，分時(shí)租賃型公共交通產(chǎn)品是典型的準(zhǔn)公共產(chǎn)品[6]。目前在國(guó)內(nèi)，分時(shí)租賃型公共自行車(chē)是覆蓋范圍最廣、使用頻次最高，投放數(shù)量最多的分時(shí)租賃型公共交通產(chǎn)品。分時(shí)租賃型自行車(chē)是指自行車(chē)從一個(gè)?？奎c(diǎn)到另一個(gè)停靠點(diǎn)的短暫租賃過(guò)程，第一代公共自行車(chē)于1965年在荷蘭運(yùn)行[7]。經(jīng)過(guò)多年的更新?lián)Q代，如今的公共自行車(chē)已發(fā)展成為集GPS定位與智能技術(shù)于一身的智慧自行車(chē)[8]。

由于無(wú)樁停放和GPS定位的特點(diǎn)，分時(shí)租賃型自行車(chē)使用者可以根據(jù)自身需求更大自由度的選擇停放地點(diǎn)。因此，分時(shí)租賃型自行車(chē)伴隨使用者在城市道路網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)，這種流動(dòng)具有復(fù)雜自組織性。近年來(lái)，計(jì)算實(shí)驗(yàn)方法已被證明是探索社會(huì)復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的一種合適方法，并且在許多學(xué)科中獲得了發(fā)展。2007年，Management Science推出了復(fù)雜系統(tǒng)交叉學(xué)科的專(zhuān)刊，該專(zhuān)刊的序言中指出，復(fù)雜性科學(xué)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)為管理科學(xué)研究提供了新的分析工具，借助ABM可以更好地從復(fù)雜性科學(xué)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角研究管理科學(xué)領(lǐng)域的現(xiàn)象和問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)分時(shí)租賃、公共交通產(chǎn)品和復(fù)雜自組織相關(guān)研究文獻(xiàn)的回顧，以及針對(duì)分時(shí)租賃型自行車(chē)無(wú)序停放問(wèn)題的分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有對(duì)分時(shí)租賃型公共交通產(chǎn)品無(wú)序停放建模研究不多，尤其是從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)自組織視角對(duì)分時(shí)租賃型公共交通產(chǎn)品無(wú)序停放問(wèn)題的研究還比較缺乏。城市道路網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模公共交通產(chǎn)品流動(dòng)通過(guò)傳統(tǒng)方法難以開(kāi)展研究，ABM的發(fā)展為分時(shí)租賃公共交通產(chǎn)品自組織提供了新的研究方法。

2 模型構(gòu)建

構(gòu)建方格城市，共有9×9=81個(gè)路口（點(diǎn)），假設(shè)每個(gè)點(diǎn)均有用戶和自行車(chē)（圖1）。其中：Nb（x，y，t）表示t時(shí)刻在x，y位置的自行車(chē)數(shù)量，NB表示所有自行車(chē)數(shù)量；Nu（x，y，t）表示t時(shí)刻在x，y位置的用戶數(shù)量，NU表示所有用戶數(shù)量；初始階段，NU位用戶平均分布在81個(gè)路口，每個(gè)路口有NU/81人。

自行車(chē)的投放分兩種情況：其一，NB輛自行車(chē)平均分布在81個(gè)路口，每個(gè)路口有NB/81輛自行車(chē)。其二，NB輛自行車(chē)全部位于城市的中心位置。

圖1 城市道路網(wǎng)絡(luò)示意

對(duì)于用戶而言，每1個(gè)時(shí)間步移動(dòng)一次。其一，用戶的移動(dòng)方向是隨機(jī)的，即大部分用戶有5種選擇：暫不移動(dòng)、向上、向下、向左、向右；其二，左上角用戶有三個(gè)選擇：暫不移動(dòng)、向下、向右；右上角用戶有三個(gè)選擇：暫不移動(dòng)、向下、向左；其他最上一行用戶有四種選擇：暫不移動(dòng)、向下、向左、向右；其三，左下角用戶有三個(gè)選擇：暫不移動(dòng)、向上、向右；右下角用戶有三個(gè)選擇：暫不移動(dòng)、向下、向左；其他最下一行用戶有四種選擇：暫不移動(dòng)、向上、向左、向右；

NAu（x，y，t）表示t時(shí)刻x，y位置可以移動(dòng)的用戶。其一，如果在時(shí)刻t，Nb（x，y，t）＞=NAu（x，y，t），即x，y位置的自行車(chē)數(shù)量大于需要自行車(chē)用戶的數(shù)量，那么這些用戶將使用自行車(chē)到下一個(gè)路口；其二，如果在時(shí)刻t，Nb（x，y，t）＜NAu（x，y，t），即x，y位置的自行車(chē)數(shù)量小于需要自行車(chē)用戶的數(shù)量，那么隨即選擇Nb（x，y，t）位用戶分配自行車(chē)，即Nb（x，y，t）位用戶將使用自行車(chē)到下一個(gè)路口，未分配到的用戶選擇其他方式前往下一個(gè)路口。

3 模擬分析

基于MATLAB平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)M，共享單車(chē)自組織模擬過(guò)程如下代碼所示：

由于初始狀態(tài)將共享單車(chē)全部投放在編號(hào)為41的路口（城市中心位置），從共享單車(chē)數(shù)量差異程度來(lái)看，81個(gè)路口共享單車(chē)差異從高逐漸降低。初始階段差異最低，因?yàn)槌跏脊蚕韱诬?chē)企業(yè)將共享單車(chē)集中投放在某一個(gè)空間位置，但隨著人們使用共享單車(chē)使得共享單車(chē)得以在城市空間中自組織。這種自組織體現(xiàn)在沒(méi)有人為干預(yù)情況下，隨著時(shí)間的推移，共享單車(chē)最終實(shí)現(xiàn)了在城市空間中的較為均勻的分布。因此，在模擬中當(dāng)時(shí)間步超過(guò)20時(shí)，城市中共享單車(chē)分布已經(jīng)較為均勻。

圖2 城市空間共享單車(chē)分布差異

從所有投放共享單車(chē)所在位置來(lái)看，初始狀態(tài)所有共享單車(chē)均位于集中投放位置，故在初始階段共享單車(chē)城市空間分散較差。隨著時(shí)間步的增加，共享單車(chē)隨著騎行者的使用逐漸移動(dòng)到城市的各個(gè)位置空間?？梢园l(fā)現(xiàn)，共享單車(chē)在城市空間的分散情況呈現(xiàn)出邊際遞減增長(zhǎng)趨勢(shì)，當(dāng)時(shí)間步為50時(shí)，共享單車(chē)已經(jīng)較為均勻地分散在城市的各個(gè)空間。

圖3 共享單車(chē)分散程度

通過(guò)曲面圖方式將不同時(shí)間段城市空間中的共享單車(chē)數(shù)量進(jìn)行可視化（圖4）。發(fā)現(xiàn)在初始階段（T=1），城市中心位置擁有最多數(shù)量的共享單車(chē)。當(dāng)T=5時(shí)，城市中心位置共享單車(chē)數(shù)量有所下降，而城市中心鄰接位置共享單車(chē)數(shù)量則有所增加。當(dāng)T=10時(shí)，城市中心位置共享單車(chē)數(shù)量已經(jīng)下降為初始階段的一半。當(dāng)T=20時(shí)，雖然城市中心位置共享單車(chē)數(shù)量依然相對(duì)較多，但城市中心共享單車(chē)數(shù)量也僅是初始階段的1/20。隨著時(shí)間的演化，共享單車(chē)數(shù)量按照距城市中心距離逐漸下降，最終城市空間中共享單車(chē)分布進(jìn)入均勻狀態(tài)。

圖4 城市空間中的共享單車(chē)分布數(shù)量

4 結(jié)語(yǔ)

在分時(shí)租賃型自行車(chē)使用與停放的自組織模擬研究中發(fā)現(xiàn)：其一，初始狀態(tài)將共享單車(chē)全部投放在城市中心位置，隨著時(shí)間的推移，城市空間中共享單車(chē)數(shù)量差異從高逐漸降低，共享單車(chē)隨著騎行者的使用逐漸移動(dòng)到城市的各個(gè)位置空間。其二，共享單車(chē)從開(kāi)始的集中投放到分散在城市的不同位置，這個(gè)過(guò)程是通過(guò)共享單車(chē)使用者騎行共享單車(chē)的自組織過(guò)程。自組織體現(xiàn)在沒(méi)有人為干預(yù)情況下，共享單車(chē)最終實(shí)現(xiàn)了在城市空間中的較為均勻的分布。其三，在集中投放條件下，初始階段城市中心位置擁有最多數(shù)量的共享單車(chē)，隨著時(shí)間的演化，共享單車(chē)數(shù)量按照距城市中心距離逐漸下降，最終城市空間中共享單車(chē)分布進(jìn)入均勻狀態(tài)。

通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)M發(fā)現(xiàn)共享單車(chē)從開(kāi)始的集中投放到分散在城市的不同位置，這個(gè)過(guò)程是通過(guò)共享單車(chē)使用者騎行共享單車(chē)的自組織過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)在理想條件下，通過(guò)自組織流動(dòng)，分時(shí)租賃型公共交通產(chǎn)品在城市道路網(wǎng)絡(luò)中會(huì)實(shí)現(xiàn)均勻分布。然而，現(xiàn)實(shí)中的共享單車(chē)使用者在城市空間分布具有差異性，城市空間道路分布也具有差異性。此外，共享單車(chē)數(shù)量集中僅是無(wú)序停放的因素之一，而共享單車(chē)使用者的使用習(xí)慣和行為是影響共享單車(chē)發(fā)展的重要因素。因此，未來(lái)研究應(yīng)考慮城市道路特征和獎(jiǎng)懲規(guī)制政策對(duì)分時(shí)租賃型共享單車(chē)用戶使用和停放的影響。