一个城市究竟需要多少辆出租车？

随着自动驾驶汽车的崛起，未来城市的交通出行方式将发生极大地变化。特别是，传统的私家车出行将向

但若要让共享交通得到更大发展，我们需要精确且高效的算法来有效地将个人与车辆进行匹配，才得以应对在大城市中经常出现的成千上万次的出行需求。

然而，一个尚未解决的基本问题是，给定特定水平的个人出行需求，我们要如何制定出最优的车队数量和运作方案。

由麻省理工学院的可感知城市实验室主任Carlo Ratti带领的小组，将这一问题称之为“最少车队问题”，并为其提供了一个有效的计算解决方案。他们的结果发表于5月23日的《自然》杂志。

△ 与在路边发现乘客的传统出租车不同，新算法会根据交通状况以及乘客的上车(Pick up)和下车(Drop-off)地点为他们分配车辆。我们用集合Τ来代表在一定时间间隔内的一部分城市出行需求。| 图片来源：M.M.Vazifeh et al.

Ratti说：“我们之所以研究这个问题，是因为共享交通已是大势所趋。而且随着向自动驾驶的过渡，这一势头或许会越来越猛。如果对出行的需求由共享交通提供，那么就有一个基本问题：我们需要多少辆车来满足一个城市的出行需求，比如纽约市？”

在此之前，研究人员试图借用“旅行推销员问题”的变形来思考这个问题。旅行推销员问题是指，如果一个推销员需要访问一定数量的城市，那么如何才能将其总行程距离最小化。

但到目前为止，我们已经知道即便是在强大的计算机的帮助下，要找到旅行推销员问题的最佳解决方案也是极困难的。据研究员Paolo Santi所述，对于车队管理而言，优秀解决方案的提供受到车队规模这一因素的严重限制，这意味着只有当某个车队只拥有几十辆车时，才能计算出最好的方案。

然而，这显然不足以满足像纽约这类大城市的要求。Santi说：“假如我们要用已优化过的车队来替换纽约当前的出租车系统，就必须找出最好的方式，来应对目前由约13,500辆出租车提供的每天平均50万次的出行需求。”

而为了解决这一问题，研究人员用的是一种被称为“车辆共享网络”的模型。在2014年的一篇论文中，他们已报告过一种类似的方法，叫“可共享性网络”，目的是在大城市中寻找共享出行的最佳方式。

该算法用图形来表示出租车车队的可共享性，它是一个由节点（圆圈）和边（节点间的连线）组成的数学抽象模型。在模型中，节点表示的是不同的行程，而两个节点间的连线则表示这两个特定行程可由单个车辆完成。

△ 构建车辆可共享性网络。a. 在地图中，几个不同的用户出行需求分别用TA……TF表示。地图上的彩色路径代表不同的车辆调度可能。b. 在车辆可共享性网络中，用颜色来表明如何用该网络上的路径来表示不同的调度。两个调度方案中的其中一个只需要用到两辆车，而另一个需要三辆。c. 最佳的车辆调度路线。d. 在车辆可共享性网络中，行程集合T和行程时间会被作为输入。如果在下一个行程上车时间和第一次行程的下车时间之间存在足够长的间隔，则允许同一辆车在两点之间行驶，这两个行程可通过直线连接。此外，连接时间一定不能超过上限时间δ。路径覆盖算法产生涵盖所有节点集合的路径集合，以确保所有行程都能得到服务，同时也最小化了解决方案中的路径（车辆）数量。| 图片来源：M.M.Vazifeh et al.

通过这种图形，这一算法可以找到最佳的车辆共享方案。这一跨机构的研究团队对纽约在一年时间里的1.5亿次出租车行程数据集进行了测试。他们用曼哈顿的真实道路网络、和从租车行程数据集导出的基于GPS的估算来计算行程时间。

他们发现，与目前的出租车系统相比，若以接近最优的解决方案来实施，则可以

Ratti说，随着网络化、自动驾驶汽车的普及，这一解决方案在未来几年会变得更具意义。“如果我们将曼哈顿看作是一个整体，理论上我们可以用大约14万辆汽车来满足它的出行需求，这一数字约是目前的一半。这意味着在将来，解决城市的交通问题不一定要靠更多的基础建设，而是更多的智能。换句话说：越来越多的硅、越来越少的沥青。”

伦敦大学学院高级空间分析中心的规划教授Michael Batty说，研究人员证明，通过将集中调度系统中的车队规模最小化，可以使城市中的交通流动变得更加高效。“在针对纽约的数据上，他们做出了非常不错的结果，这意味着他们的算法或许可被用于其他大型城市中的运输和旅行系统。”

现在，研究人员计划展开进一步的测试工作，以探索城市中所需的最少停车位数量。

编译：二宗主

参考链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0095-1

http://news.mit.edu/2018/minimum-vehicle-fleet-rider-demand-0523

閱讀更多 原理 的文章

關鍵字: 旅行 出行 偏移