考虑医院用户停车偏好和优先级的共享停车位分配.pdf
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1、第 29 卷 第 4 期2023 年 8 月(自然科学版)JOURNAL OF SHANGHAI UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)Vol.29 No.4Aug.2023DOI:10.12066/j.issn.1007-2861.2395城市交通与环境考虑医院用户停车偏好和优先级的共享停车位分配姬杨蓓蓓1,陆雪晴1,董继昌1,赖泽荣2(1.上海大学 管理学院,上海 200444;2.上海投资咨询集团有限公司,上海 200001)摘摘摘要要要:考虑医院停车用户紧迫程度和停车偏好差异的共享停车位分配优化问题,引入了分配优先级和主观停车效用两个参数,建立了以最大化
2、考虑分配优先级的请求接受率为主目标,以最大化总主观停车效用为次目标的共享停车位分配模型,提出并对比分析了 3 种分配机制:静态分配机制、动态分配机制和考虑急诊车位预留的动态分配机制.研究表明,本模型可以显著提高紧迫程度高和老年停车用户的请求接受率,并为用户匹配更符合其停车偏好的车位;平台管理者设置一定比例的急诊预留车位可以有效提高急诊类用户的请求接受率,设置 8%的急诊预留车位可以使急诊类用户的请求接受率达到 95%以上,显著增加共享停车分配的综合效益.关关关键键键词词词:城市交通;车位分配;共享停车;医院停车;效用函数中中中图图图分分分类类类号号号:U 491.7+1文文文献献献标标标志志志
3、码码码:A文文文章章章编编编号号号:1007-2861(2023)04-0681-13Shared parking slot allocation considering parkingpreferences and priorities of usersJI Yangbeibei1,LU Xueqing1,DONG Jichang1,LAI Zerong2(1.School of Management,Shanghai University,Shanghai 200444,China;2.Shanghai Investment Consulting Group Co.,Ltd.,Shangh
4、ai 200001,China)Abstract:In order to optimize the allocation of shared parking spaces for hospital park-ing users,the differences in urgency and parking preferences of hospital parking usersare considered.Two parameters,assignment priority and subjective parking utility,areintroduced,and a shared pa
5、rking space allocation model with the primary objective ofmaximizing the acceptance rate of requests considering assignment priority and the sec-ondary objective of maximizing the total subjective parking utility is proposed.Threeallocation mechanisms are proposed and comparatively analyzed:static a
6、llocation mech-anism(SA),a dynamic allocation mechanism(DA)and dynamic allocation mechanismconsidering emergency parking space reservation(IDA).The study shows that this modelcan significantly improve the acceptance rate of requests from urgent and elderly parkingusers,and match users with parking s
7、paces that better meet their parking preferences.Itcan effectively increase the request acceptance rate of emergency parking users by settinga certain percentage of emergency reserved spaces.Setting 8%of spaces as emergency re-served spaces can keep the request acceptance rate of emergency parking u
8、sers at a high收稿日期:2022-06-20基金项目:上海市科委科研计划重点资助项目(20dz1202703,21dz1203803)通信作者:董继昌(1999),男,硕士研究生,研究方向为交通工程、交通环境分析.E-mail:682(自然科学版)第 29 卷level(above 95%)and significantly increase the comprehensive benefits of shared parkingallocation.Key words:urban traffic;parking slots allocation;shared parking;h
9、ospital parking;utility function随着机动车保有量的快速上升,城市中心区域停车问题凸显.日益扩大的车位缺口使得停车矛盾频繁出现,而三甲医院的停车矛盾尤为严峻.市中心区域的三甲医院大多建设时间早,其停车位配建指标低,而且近年来门急诊人数增长迅速,市中心区医院经常“一位难求”,部分时段停车场入口排队严重,不仅耽误病人就医,而且严重影响医院周边的交通秩序.年龄、紧急程度、健康等因素使得小汽车出行成为部分就医出行者的刚性需求.因此,如何缓解三甲医院的“停车难”问题成为特大城市精细化管理中政府努力推进的市政府实事项目1.共享停车作为解决城市停车问题的重要手段被广泛关注2,也
10、是解决医院停车矛盾的重要突破口3-4.共享停车利用不同性质用地停车高峰时段的差异性,整合闲置车位信息并通过手机终端等方式向公众共享停车资源.这不仅有助于解决医院等停车问题,还能提高车位利用率,具有显著的社会经济效益.不同目的类型的医院停车用户在停车紧迫程度和停车偏好上具有一定差异.停车紧迫程度:例如医院门诊类、急诊类用户的停车紧迫程度高于探视类用户和医院工作类用户5;停车偏好:例如健康状况较差、紧迫度高的用户更偏好步行距离短的停车位;而停车时间长、健康状况良好、时间紧迫性低的用户则更希望将车停在停车费率低的车位.因此,如何兼顾医院用户对停车的迫切程度,以及他们对步行距离和停车价格的偏好,从而优
11、化医院共享停车分配是本工作需要研究的重要问题.国内外学者在共享停车位优化分配问题上做了广泛的研究.Shao 等6考虑了平台拒绝停车请求的惩罚,建立了以最大化平台利润为目标的共享停车位分配模型,提出了共享停车位静态分配机制,并与“先到先服务”分配机制进行对比.林小围等7提出了共享停车位动态分配机制,并与车位静态分配机制进行比较,证明了车位静态分配机制更有利于提升车位利用率,这一结论得到了 Shang 等8的验证.Zou 等9以微观经济学中的社会福利最大为目标函数,提出了共享停车位静态分配模型和动态分配模型,之后王鹏飞等10进一步考虑了用户对地块步行距离的选择偏好改进了该模型.张水潮等11考虑延时
12、停车需求,建立了最大化平台收益、最小化步行距离的共享停车位分配模型.刘永红等12建立了面向临时需求和预约需求的共享停车位分配模型,对临时需求以用户成本最小为目标,对预约需求以系统最大为目标,并实验分析了临时需求不同占比下的分配效果.李常敏等13考虑了混合停车场的充电负荷约束,按停车需求类型和车位类型的匹配度划分了优先级.虽然上述研究在共享停车位分配决策问题上取得了不少成果,但鲜有学者考虑到用户紧迫程度和停车偏好的差异性来分析医院停车用户的共享停车位分配问题.受停车目的、年龄段等因素影响医院停车用户对车位的停车费率和步行距离偏好程度不同.为提升车位利用效率,提升用户停车体验,本工作考虑医院用户的
13、停车偏好和紧迫程度,对共享停车位分配优化问题展开研究,旨在解决医院停车难问题.本工作首先根据用户停车紧迫程度和年龄段对车位分配优先级进行划分,并建立主观停车效用函数;基于此,构建了以最大化考虑分配优先级的请求接受率为主目标,以最大化总主观停车效用为次目标的共享停车分配模型,分析了车位静态分配机制和车位动态分配机制的优劣性,并提出了考虑急诊车位预留的车位动态分配机制.最后通过数值实验验证了模型和车位分配机制的有效性和适用性.研究结果能够为医院共享停车管理者进行车位分配决策、制定车位价格策略提供理论参考.第 4 期姬杨蓓蓓,等:考虑医院用户停车偏好和优先级的共享停车位分配6831共享停车位分配模型
14、1.1基本设定1.1.1问题描述与基本假设本工作中共享停车应用场景定义为某医院附近有 N 个居住区向该医院开放车位共享.图1 为共享停车系统示意图.共享停车系统包括 3 个主体:共享停车平台、居住区可共享的停车位和根据停车目的划分的不同停车用户.首先,按停车目的将前往医院的用户划分为 4 类:急诊类、门诊类、探视类和工作类.用户首先需要在平台上预约停车,并上传停车目的、年龄段,以及停车时间、停车时长、停车偏好等信息.居住区车位业主提前将可共享的车位信息提供给共享停车平台.平台整合以上双方信息进行车位分配.?2nN?M1?M1M2MnMNL1P1L2P2LnPnLNPN?图 1 共享停车系统示意
15、图Fig.1 Schematic diagram of shared parking system令共享停车位的集合为 UM,m 表示停车位的序号(m UM).共享停车位总的数量为M,其中位于居住区 n 的共享停车位的总数量是 Mn,则 M=NPi=1Mi.共享停车位分配模型基于以下假设:居住区车位业主提前将车位的可共享时段信息提交至平台;所有共享停车位使用者遵循车位使用规定,不存在提前停车、超时停车和违规停车;同在居住区 n 内的所有共享停车位的停车后步行距离相等为 Ln,停车费率相等为 Pn;用户的停车偏好仅为共享停车的步行距离和停车费率.1.1.2分配优先级 分配优先级 定义为停车需求被
16、分配车位时的优先等级,越大表示分配优先级越高.根据用户的停车紧迫程度和是否为老年人来确定,并设计二维优先级表14.引入紧迫程度系数 I 表征用户的停车紧迫程度,I=1,低停车紧迫程度,包括探视类和工作类停车者,2,中停车紧迫程度,包括门诊类停车者,3,高停车紧迫程度,包括急诊类停车者.(1)值越大表示紧迫程度越高,且紧迫程度根据用户的停车目的而定.引入年龄段系数 J 来区分用户是否为老年人,J=(1,停车者 r 为非老年人,2,停车者 r 为老年人.(2)684(自然科学版)第 29 卷假设停车紧迫程度的重要性高于是否为老年人,根据预约共享停车位的停车目的和年龄段信息,由=(I+J 1)(I+
17、J 2)2+I.(3)可以计算得到 6 类优先级(见表 1).例如,非老年探视类用户或工作类用户优先级最低,=1;而老年急诊类用户优先级最高,=9.表 1 用户共享停车位分配优先级 表Table 1 Priority table for shared parking slots allocation优先级 探视类或工作类用户(I=1)门诊类用户(I=2)急诊类用户(I=3)非老年人(J=1)136老年人(J=2)2591.1.3主观停车效用函数通常,停车后步行距离和停车费用是影响停车场选择的 2 个最主要因素,但不同人群对二者的相对偏好程度不同15.例如,急诊类用户更偏好步行距离较短的车位,而
18、工作类用户由于停车时间较长,通常更偏好停车费率更低的车位.本工作将车位的停车后步行距离 L 和停车费用 P 作为影响停车效用的特性变量,构建考虑用户偏好的主观停车效用函数 U(L,P).(1)效用函数 U(L,P).用户的效用函数由停车后步行距离 L(米)和停车费用 P(元)构成,L 和 P 采用 min-max 标准化法无量纲化处理后代入效用函数10,可得U(L,P)=1L LminLmax Lmin 2P PminPmax Pmin,(4)式中:1和 2分别为 2 个特性变量的线性系数,表征相应特性变量在效用函数中的权重,通常采用 Logistic 回归分析的方法对线性系数进行标定16;L
19、min、Lmax分别表示所有共享停车位停车后步行距离的最小值和最大值;Pmin、Pmax表示所有共享停车位停车费率的最小值和最大值.停车后步行距离和停车费用都属于负效用,因此停车效用 U 6 0.(2)主观停车效用函数 U(L,P).引入偏好得分参数,用以衡量用户对步行距离和停车费用的相对偏好程度.取 010 的整数值.越接近 0,代表用户越偏好较短步行距离的车位;值越接近 10,代表用户越偏好停车费率较低的车位;取中间值 46,代表无显著偏好.基于偏好得分,定义步行距离偏好程度系数(L)和停车费率偏好程度系数(P)(0 6(L),(P)6 1),分别表示用户对停车后步行距离和停车费率的偏好程
20、度.(P)越接近 1,表示偏好程度越高;值越接近 0,表示偏好程度越低.(L)和(P)满足如下等式:(L)+(P)=1,(L)=10 10,(P)=10.(5)第 4 期姬杨蓓蓓,等:考虑医院用户停车偏好和优先级的共享停车位分配685将偏好程度系数(L)和(P)引入效用函数 U(L,P),得到主观停车效用函数 U(L,P),U(L,P)=e(L)11L LminLmax Lmin e(P)12P PminPmax Pmin.(6)主观停车效用 U越大,说明车位越符合用户偏好.1.2模型参数与符号假设共享停车位的开放时间为每天 7:3017:30,将其以 T 为时间间隔划分为等长的T(t=1,2
21、,T)个分配周期,则第 t 段时间为 7:30+(t 1)T,7:30+tT).平台将在每个周期的开始时刻进行一次车位分配,因此一天内的分配次数为 T,第(=1,2,T)次分配发生在 7:30+(1)T 时刻.引入车位开放状态参数 s()tm,有s()tm=(1,第 次分配时车位 m 在时段 t 不开放共享,0,第 次分配时车位 m 在时段 t 开放共享,式中:T;m UM;t=,+1,T.引入用户需求状态参数 q()tr,假设第 次分配时待分配的停车用户(或称为“停车请求”)集合为 R,有q()tr=(1,第 次分配时用户 r 在时段 t 内有停车需求,0,第 次分配时用户 r 在时段 t
22、内没有停车需求,式中:T;r R;t=,+1,T.定义 x()rm为车位分配决策变量,有x()rm=(1,第 次分配时将用户 r 分配到车位 m,0,第 次分配时不将用户 r 分配到车位 m,式中:T;r R;m=UM.假设用户不拒绝分配结果,则第 次分配结束后,车位 m 的开放状态更新为s(+1)tm=s()tm+q()trx()rm,(7)式中:s(+1)tm为第 次分配后的开放状态,也是第 +1 次分配前的车位开放状态.1.3模型构建1.3.1本模型请求接受率 是指被接受的停车请求的数量与总停车请求数量之比,即=1RRXr=1MXm=1x()rm.(8)指标越大,说明停车需求被满足程度越
23、高.定义()为考虑分配优先级 的请求接受率,将用户 r 的优先级 r作为决策变量 x()rm686(自然科学版)第 29 卷的系数,有()=1RPr=1rRXr=1MXm=1rx()rm,(9)()越大,说明越多高优先级的停车请求得到满足.为了优先满足紧迫程度更高的停车需求,将max()(10)作为共享停车位分配模型的主目标函数,再以最大化总主观停车效用maxRXr=1MXm=1Urmx()rm(11)为次目标函数,在主目标函数最优的前提下,进一步提高用户与所偏好车位的匹配度.Urm表示用户 r 停在车位 m 的主观停车效用.假设平台每次分配车位只考虑当前周期的目标函数最优,不允许将可用车位预
24、留到后期而拒绝当前分配周期的停车需求.模型服从以下约束条件:MXm=1x()rm6 1,r R,(12)s()tm+RXr=1q()trx()rm6 1,t T,m UM,(13)Lmx()rm6 Lmaxr,r R,m UM,(14)Pmx()rm6 Pmaxr,r R,m UM,(15)x()rm 0,1,r R,m UM.(16)约束式(12)表示一个用户至多分配一个车位.约束式(13)表示车位的一个可用时段最多分配给一个用户,同时表示车位的非可用时段不能被分配.约束式(14)和(15)表示车位的停车后步行距离和停车费率均不能超过用户的最大可接受范围,其中 Lm和 Pm分别表示车位m 的
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- 考虑 医院 用户 停车 偏好 优先级 共享 停车位 分配
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