學(xué)校名稱

長沙理工大學(xué)

學(xué)生姓名

學(xué)  號

專      業(yè)

性 別

入 學(xué) 年 份

彭家睿

201547100109

應(yīng)用統(tǒng)計(jì)專業(yè)

女

2015年

聞  珺

201553100106

信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)

女

2015年

藍(lán)俊怡

201564100129

應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)

男

2015年

指導(dǎo)教師

黃創(chuàng)霞

職稱

教授

指導(dǎo)教師

李立軍

職稱

講師

項(xiàng)目所屬

一級學(xué)科

數(shù)學(xué)

項(xiàng)目科類(理科/文科)

理科

學(xué)生曾經(jīng)參與科研的情況：

彭家睿：項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。長沙理工大學(xué)數(shù)統(tǒng)學(xué)院2015級應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)大三學(xué)生，曾在學(xué)生會(huì)任職，現(xiàn)任班級心理委員，積極參與學(xué)校勤助科研活動(dòng)。對社會(huì)經(jīng)濟(jì)研究有濃厚的興趣，專業(yè)知識(shí)掌握良好，有一定的數(shù)據(jù)處理能力。

曾參加2015年第二屆 “理工杯”數(shù)學(xué)建模競賽；

2018“美國數(shù)學(xué)建模競賽”。

聞珺：項(xiàng)目成員。長沙理工大學(xué)數(shù)統(tǒng)學(xué)院2015級信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)大三學(xué)生，歷任校學(xué)生會(huì)辦公室干事、副主任；現(xiàn)任校學(xué)生會(huì)權(quán)益部部長。思維敏捷，行動(dòng)力強(qiáng)，執(zhí)行力高，具有創(chuàng)新精神。

曾參加2016年“電工杯”；

2017年“高教杯”；

2018“美國數(shù)學(xué)建模競賽”。

藍(lán)俊怡：項(xiàng)目成員。長沙理工大學(xué)數(shù)統(tǒng)學(xué)院2015級數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)大三學(xué)生，曾任創(chuàng)業(yè)委員，后連續(xù)兩年任職班長。有創(chuàng)新性思維，科研熱情高。

曾參加2015年第二屆“理工杯”數(shù)學(xué)建模競賽；

2016年華中杯數(shù)模競賽；

2016年趣味數(shù)學(xué)競賽；

2016年第三屆“理工杯”數(shù)學(xué)建模競賽。

指導(dǎo)教師承擔(dān)科研課題情況：

黃創(chuàng)霞，男、1977年11月生，教授、碩士研究生導(dǎo)師，中共黨員，長沙理工大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院院長。2006年6月獲湖南大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)博士學(xué)位，主要從事神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與時(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、金融風(fēng)險(xiǎn)管理等領(lǐng)域的研究。近年來,在泛函微分方程動(dòng)力系統(tǒng)穩(wěn)定性理論、經(jīng)濟(jì)建模與金融統(tǒng)計(jì)分析等方面有一定研究，主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)、教育部重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)、湖南省杰青1項(xiàng)；主持中國博士后基金特別資助項(xiàng)目、一等資助項(xiàng)目、湖南省自科青年項(xiàng)目1項(xiàng)、湖南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目等省部級科研課題10余項(xiàng)；主持湖南省學(xué)位與研究生教育教學(xué)改革研究課題和湖南省教研教改課題2項(xiàng)。在Journal of Differential Equations、IEEE Transactions on Neural Networks、Neural Networks 、Nonlinear Analysis：RWA等國際權(quán)威SCI雜志上發(fā)表科研論文50余篇（第一作者論文SCI檢索40余篇，論文被SCI引用500余次，ESI高被引論文5篇），目前為IEEE Transactions on Neural Networks、Nonlinear Analysis：RWA、Journal of Mathematical Analysis and Applications等20余種學(xué)術(shù)期刊的論文評審人。

2008年9月被評為湖南省高校優(yōu)秀青年骨干教師；2010年12月入選湖南省新世紀(jì)“121”人才工程第三層次人選；2007年破格晉升副教授，2012年晉升教授。先后2次獲湖南省自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（2015年，排名第二；2009年，排名第五）；2014年9月獲湖南省第十五屆自然科學(xué)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文二等獎(jiǎng)（排名第一）；2016年7月獲“湖南省教育系統(tǒng)優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”榮譽(yù)稱號。

李立軍，男，長沙理工大學(xué)講師。近年來從事計(jì)算數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論及其應(yīng)用的研究。1993年畢業(yè)于湖南師范大學(xué)數(shù)學(xué)專業(yè),1993年至今長沙理工大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)學(xué)院工作。主持一項(xiàng)湖南省教育廳項(xiàng)目《基于正交函數(shù)的非線性系統(tǒng)建?！?已結(jié)題)，發(fā)表論文多篇。

1、李立軍.On the convergence properties of the MPRP method with the standard Armijo line search.ANZIAM J., 55(E), pp. E79-E-89, 2014.

2、李立軍.The Effective Numerical Integration Method for Oscillating Functions[C]. ICICTA09,V4:681-683.( EI收錄)

3、李立軍. The Algorithm of Neural Networks on the Initial Value Problems in Ordinary Differential Equations[C]. ICIEA2007:813-815.(EI收錄)

項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和要解決的主要問題：

u 項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)的目的

l 優(yōu)化出租車載客的調(diào)度系統(tǒng)

l 優(yōu)化城市交通網(wǎng)絡(luò)緩解交通擁堵

l 合理指派出租車以達(dá)到乘客費(fèi)用少

l 提高出租車運(yùn)營公司的收入

l 推進(jìn)我國交通運(yùn)輸?shù)墓芾硇畔⒒M(jìn)程

u 項(xiàng)目研究的內(nèi)容：

出租車合乘業(yè)務(wù)是指路線相同或相近的兩位或多位乘客共同乘坐一輛出租車出行，系統(tǒng)根據(jù)合乘人數(shù)、乘車時(shí)間、實(shí)際路線等因素，分別計(jì)算出每位乘客的車費(fèi)（通常低于各自獨(dú)乘時(shí)的車費(fèi)）。司機(jī)收入則為所有乘客支付的車費(fèi)總和。該業(yè)務(wù)可以在不增加運(yùn)營車輛總數(shù)的情況下提高運(yùn)力，有助于緩解打車難，提高出租車運(yùn)輸效率，降低出租車空載率，而且能夠降低乘客出行成本，同時(shí)提高司機(jī)收入。因此，相當(dāng)一部分乘客、司機(jī)愿意接受該業(yè)務(wù)，特別是在打車的高峰時(shí)段。

u 項(xiàng)目要解決的主要問題：

利用智能技術(shù)把車輛,道路和使用者緊密的結(jié)合起來，有效的解決交通問題，優(yōu)化出租車運(yùn)營公司的派車系統(tǒng)，使乘客的乘車費(fèi)用和等待時(shí)間降低；合理利用出租車資源，提高運(yùn)營商收入；

  所以在此我們主要做兩個(gè)大方面的分析：

2 出租車合乘系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析：

設(shè)計(jì)高效的合乘方案及其相應(yīng)的算法，使乘客等待時(shí)間盡量短，所需出租車數(shù)量盡量少。該業(yè)務(wù)可以在不增加運(yùn)營車輛總數(shù)的情況下提高運(yùn)力，有助于緩解打車難，提高出租車運(yùn)輸效率，降低出租車空載率，而且能夠降低乘客出行成本，同時(shí)提高司機(jī)收入。

2 出租車合乘項(xiàng)目指派的合理與優(yōu)效：

根據(jù)希望乘客等待時(shí)間短和出租車公司使用的出租車數(shù)量少這兩個(gè)要求，建立了以所有乘客等待時(shí)間之和以及出租車?yán)脭?shù)量占出租車總數(shù)的比例為指標(biāo)的多目標(biāo)規(guī)劃模型，利用模糊化方法將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)，利用貪婪算法基本思想，設(shè)計(jì)適合模型求解的算法流程。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)：

u 國外研究狀況分析：

自上世紀(jì)八十年代，國外學(xué)者開始對出租車的合乘進(jìn)行研究，歐洲美洲部分國家已認(rèn)同“拼車即合乘”可以減少城市的交通擁堵。綜合研究成果主要集中在車輛線路的匹配.Susan Shaheen針對目前的小汽車合乘研究，首先提出了各國汽車合乘的歷史與發(fā)展，并對它的使用進(jìn)行縱向調(diào)查，對駕駛者和合乘成員進(jìn)行調(diào)查和分析，得出結(jié)論.Robert Cervero 通過對出行乘客的需求進(jìn)行調(diào)查，對目的、搭檔和消費(fèi)度量等進(jìn)行了分析，并重點(diǎn)討論了合乘模式及其優(yōu)點(diǎn).對合乘匹配問題的研究具有代表性的算法包含兩類，即精確算法如分支定界算法、k 度中心樹算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、集分割和列生成法等；啟發(fā)式算法如遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法等.

Han分析新加坡的出租車管理制度，進(jìn)行合乘費(fèi)用研究發(fā)現(xiàn)其車輛稅收和燃油稅比較低，原因是出租車打車費(fèi)用低于其它國家。并且電話或網(wǎng)絡(luò)預(yù)約出租車成功率高，一般在 30 秒內(nèi)可成功進(jìn)行預(yù)約，預(yù)約車輛會(huì)在 10 分鐘以內(nèi)到達(dá)乘客指定地點(diǎn)。Williams 提出公平合乘概念，并對合乘的公平性進(jìn)行闡述。另外許多學(xué)者在公平合乘基礎(chǔ)上提出不同算法的合乘費(fèi)用模型，其中 Moni Naor 運(yùn)用博弈論巧妙解決合乘的公平性難題。

u 國內(nèi)研究狀況分析：

時(shí)至今日，國內(nèi)學(xué)者對合乘的基本理論做了很多研究，包含合乘的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢、合乘的管理制度、組織模式等。主要的合乘研究是定性分析，只有少數(shù)學(xué)者做定量分析。其中主要對合乘的路徑選擇進(jìn)行研究。對于合乘費(fèi)用，大多采取偏向出租車司機(jī)利益的計(jì)算方法，對于乘客的利益考慮較少。極少學(xué)者研究乘客的個(gè)性化需求服務(wù)質(zhì)量對合乘費(fèi)用的影響。邵增珍等使用匹配度聚類算法研究了單車合乘問題,然而對于多車合乘問題沒有進(jìn)行詳細(xì)探討.張瑾等利用模擬退火算法解決了出租車拼車問題,而該算法復(fù)雜度較高，對實(shí)時(shí)性要求高的合乘問題則難以實(shí)現(xiàn).程杰等使用遺傳算法動(dòng)態(tài)解決出租車合乘問題 ,該算法在對于出租車的出行目的地和與乘客匹配度問題沒有詳細(xì)進(jìn)行論述.覃運(yùn)梅提出司機(jī)、乘客雙贏模型，用 Floyd 法求出最短路以確定行駛路線，計(jì)算合乘乘車費(fèi)用。鄒四發(fā)分析城市道路中實(shí)際問題對最短路徑網(wǎng)絡(luò)的影響。郭瑞軍運(yùn)用矩陣迭代法求解網(wǎng)絡(luò)圖中的最短距離，確定最短路線，并針對某個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)做分析論證。時(shí)至今日，國內(nèi)學(xué)者對合乘的基本理論做了很多研究，包含合乘的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢、合乘的管理制度、組織模式等。主要的合乘研究是定性分析，只有少數(shù)學(xué)者做定量分析。

u 研究現(xiàn)狀總結(jié)：

在上述研究現(xiàn)狀中，國內(nèi)外學(xué)者主要研究合乘的基本理論，如合乘的制度管理、路徑選擇與合乘費(fèi)用等。但定量的研究較少，且定量研究主要考慮的是靜態(tài)情形下出租車司機(jī)與乘客間的信息匹配問題，這與實(shí)際乘客的動(dòng)態(tài)需求不符。大多數(shù)研究選取最短路徑作為出租車的行駛路線，沒有考慮實(shí)際情況下道路擁堵、管制、突發(fā)交通事故等對行駛路線選擇的影響。但在合乘費(fèi)用方面，研究內(nèi)容相對較少，目前合乘費(fèi)用考慮的因素與約束比較單一，一般都是采用固定的收費(fèi)方法。比如任由司機(jī)進(jìn)行報(bào)價(jià)宰客或者按照全程標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)的百分之 80 進(jìn)行收費(fèi)等。此種收費(fèi)方法比較簡單，但是沒有考慮乘客個(gè)性化需求、服務(wù)滿意度，車輛繞行距離及時(shí)間方面的約束，不符合實(shí)際合乘情況。在出租車合乘模式中沒有考慮乘客的個(gè)性化需求，且乘客個(gè)性化需求的選取沒有建立合適的指標(biāo)體系。在合乘的費(fèi)用優(yōu)化方面，也沒有考慮乘客的個(gè)性化需求滿意度對合乘費(fèi)用的影響。其次，合乘打車沒有與當(dāng)下新興的手機(jī)合乘打車軟件結(jié)合，充分利用其預(yù)約功能、個(gè)性化需求等服務(wù)功能。

國內(nèi)外學(xué)者對于出租車合乘研究的不足主要為：

（1）沒有考慮動(dòng)態(tài)情形下，出租車司機(jī)與乘客間的信息匹配問題；

（2）沒有與當(dāng)今日益普及的手機(jī)合乘打車軟件結(jié)合，充分運(yùn)用其預(yù)約模式、個(gè)性化需求服務(wù)功能；基于乘客個(gè)性化需求的出租車合乘費(fèi)用優(yōu)化模型研究在用戶個(gè)性化需求不明確或基于情景變化下，提出手機(jī)信息服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)如何運(yùn)作。Lai X 以模糊性能等級矩陣來結(jié)構(gòu)化客戶需求，以此來獲取最佳的定制策略.

參考文獻(xiàn)：

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[2] 張道征，孫健，彭仲仁. 城市出租車系統(tǒng)綜合完備度指數(shù)研究及GIS 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)[J]. 交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息,2013,13(1):87-96.

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[9] 程杰,唐智慧,劉杰,等.基于遺傳算法的動(dòng)態(tài)出租車合乘模型研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程 版）, 2013,37(1):187-190. 

本項(xiàng)目學(xué)生有關(guān)的研究積累和已取得的成績：

本團(tuán)隊(duì)由大學(xué)三年級數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院同學(xué)組成，我們均完成了數(shù)學(xué)分析、高等代數(shù)與解析幾何、C語言、數(shù)學(xué)軟件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、運(yùn)籌學(xué)、時(shí)間序列分析等數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)課程的學(xué)習(xí)。團(tuán)隊(duì)同學(xué)專業(yè)知識(shí)掌握牢固，學(xué)科綜合能力強(qiáng)。通過三年大學(xué)的專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)，團(tuán)隊(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)化，有敏銳的頭腦捕捉社會(huì)問題關(guān)心社會(huì)實(shí)踐，從實(shí)踐中尋找科研創(chuàng)新點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)人員科研創(chuàng)新興趣高。團(tuán)隊(duì)成員在閱讀大量的相關(guān)書籍并結(jié)合導(dǎo)師的意見，選擇“出租車合乘業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課題題目。

我們團(tuán)隊(duì)成員組成有很強(qiáng)的專業(yè)性，同時(shí)團(tuán)員參與研究的興趣集中，有耐心認(rèn)真完成任務(wù)。

項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)和特色：

本項(xiàng)目針對城市交通擁堵，打車難，出租車利用率低下的問題，出租車合乘成為解決前述問題的有效方法。設(shè)計(jì)了一種高效、靈活的出租車合乘方案。對起點(diǎn)坐標(biāo)距同一出租車距離近，終點(diǎn)坐標(biāo)落在所設(shè)帶狀區(qū)域內(nèi)，出行方向基本一致的乘客安排合乘。提出一種合理有效的費(fèi)用計(jì)算方法，提高了乘客參與合乘的積極性，降低了乘客出行費(fèi)用并提高了司機(jī)收入。

本模型算法是由計(jì)算機(jī)隨機(jī)仿真出租車和乘客的合乘需求，且假定道路不擁堵和出租車行駛為勻速的條件下而得到的結(jié)果，如何將道路擁堵的動(dòng)態(tài)因素及車輛動(dòng)態(tài)因素引入到本文的研究問題中，是后續(xù)的重點(diǎn)研究內(nèi)容.總之，通過出租車合乘收益趨勢的研究，可有效改善出租車行業(yè)經(jīng)營狀況，出租車駕駛員的收益增加，而且有助于出租車合乘問題的研究，為大幅度降低出租車的行駛總公里數(shù)、降低運(yùn)行成本、減少空氣污染、改善道路交通擁堵有一定的社會(huì)意義。

項(xiàng)目的技術(shù)路線及預(yù)期成果：

u 項(xiàng)目的技術(shù)路線

根據(jù)乘客等待時(shí)間短和使用的出租車數(shù)量少的要求，建立了以所有乘客等待時(shí)間之和以及出租車?yán)脭?shù)量占出租車總數(shù)的比例為目標(biāo)的多目標(biāo)規(guī)劃模型，并利用模糊化方法將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo),利用貪婪算法基本思想，設(shè)計(jì)了適合模型求解的算法流程。提出一種合理有效的費(fèi)用計(jì)算方法，提高了乘客參與合乘的積極性，降低了乘客出行費(fèi)用并提高了司機(jī)收入。在合乘模式下，獨(dú)乘路段費(fèi)用按單人乘車模式費(fèi)用的95%計(jì)算，兩人及以上合乘時(shí)，合乘路段的費(fèi)用按單人乘車模式費(fèi)用的70%進(jìn)行計(jì)費(fèi)。行駛里程按的合乘方案結(jié)果順序，采用兩點(diǎn)橫、縱坐標(biāo)差的絕對值之和進(jìn)行估計(jì)。利用MATLAB對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值測試。

針對上述技術(shù)路線我們做出如下的軟件設(shè)計(jì)流程圖：

年度目標(biāo)和工作內(nèi)容（分年度寫）：

本項(xiàng)目計(jì)劃在三年內(nèi)（2018年1月至2021年1月）完成，主要分為以下三個(gè)階段：

第一階段（2018年1月至2019年1月），收集數(shù)據(jù)，開展學(xué)術(shù)討論，解決項(xiàng)目中的關(guān)鍵理論技術(shù)問題。

第二階段（2019年1月至2020年1月），項(xiàng)目實(shí)施階段，建立數(shù)學(xué)模型，借助數(shù)學(xué)軟件實(shí)現(xiàn)。

第三階段（2020年1月至2021年1月），項(xiàng)目總結(jié)，完成相關(guān)學(xué)術(shù)論文并投稿。

指導(dǎo)教師意見

本項(xiàng)目針對城市交通擁堵設(shè)計(jì)了一種高效、靈活的出租車合乘方案。目的明確、論述充分，方案可行，有較好的創(chuàng)新性，特此推薦申報(bào)。

簽字：黃創(chuàng)霞、李立軍   日期：2018年3月6日