城市出租车服务研究综述

城市出租车服务研究综述

近年来，中国多次发生出租车司机罢工，表明他们没有正确认识市场形势，存在行业效率低下、经营压力大等问题。因此,有必要对出租车领域的相关研究进行梳理,为出租车问题寻找解决方案。关于出租车的研究可追溯到20世纪60年代,Orr在经济学框架下建立了出租车模型,之后许多学者沿这一方向不断改进,逐渐发展成该领域的主流方法。Yang等注意到出租车需求的空间分布特性,建立了系统的网络平衡数学模型,是近年来比较活跃的研究团队。另外,由于出租车服务表现出典型的排队系统特征,排队论和仿真方法也得到了较多应用。本文从上述三个方向对出租车领域的研究现状进行评述,介绍已有的成果并讨论其局限性。一、出租车系统最优条件从经济学角度研究出租车运营系统供求平衡时的系统特征是该领域研究的主流方法。这些研究通常忽略系统的时空特性,采用集计方法建立出租车服务模型,一般基于以下假定:(1)出租车运行在均匀的城市环境里;(2)乘客是同质的,出行距离恒定;(3)出租车运营成本为常数;(4)忽略交通拥堵的影响。经济学家在上述假设下对出租车运营系统进行了大量的分析工作,得到了许多有意义的结论。Douglas1972年基于以上假定建立了一个出租车运营系统的数学模型:P=P(Q,W(v)),TC=m(Q+v),其中,P为出租车价格,Q为对出租车的需求,W为乘客等待时间,v为系统中的空车数。TC为出租车总成本,m为正常数。研究时段为1h,于是,系统最优条件表示为系统收益ss的最大化:Maxss=∫0QP(Q′,W)dQ′−m(Q+v),Μaxss=∫0QΡ(Q′,W)dQ′-m(Q+v),式(3)对Q求导,有:P(Q,W(v)-m=0,式(4)说明载客行驶阶段满足:乘客愿意支付的乘车费用等于出租车运营的边际成本。式(3)对v求导,有:∫0e∂P(Q′,W(v))∂W∂W(v)∂vdQ′−m=0∫0e∂Ρ(Q′,W(v))∂W∂W(v)∂vdQ′-m=0,式(5)说明空驶阶段满足:空驶的社会边际收入(乘客等待时间的减少)等于出租车运营的边际成本。Douglas的模型在出租车领域占据非常重要的地位,许多研究都使用了该模型的结论。尤其是由于空车行为难以精确描述,大量文献求解乘客平均等待时间的时候直接沿用Douglas的方法。对出租车市场的监管是经济学家们最关心的问题之一。然而,出租车市场的监管效果总体上并不理想,常伴随着资源配置低效、经营压力大等现象。20世纪七八十年代,经济学家对是否应解除出租车市场的管制进行了大量争论,并在美国的一些城市进行了解除管制的实验,主要措施有:取消进入限制,放松价格管制,允许讲价等。然而,这些措施引起了过度供给和市场混乱,相同起讫点的乘车价格差异巨大,经营者收入下滑,服务水平下降,引起了公众的强烈不满。最终,这些解除监管实验都失败了,取而代之,许多学者论证了监管的必要性,价格和数量管制几乎被所有的研究者推荐为可行的措施。Cairn等指出出租车市场不具备成为竞争性市场的条件。Beesle等指出,有效的监管能提高出租车的运营效率。然而,在出租车的供给和对出租车的需求之间存在着内生的相互联系,导致难以获得制定监管措施所需的精确信息。Shreiber把这种内生的联系称为乘客和空车之间的不同步性,即:总供给(总出租车运营时间)=总需求(总出租车载客行驶时间)+总空车搜索时间。这种不同步性使出租车具有高价格、低效率和低乘客等待时间的特点。二、基于空车的运营系统Yang等注意到,对出租车的需求在城市里的不同地点有很大差异,传统经济学框架下由集计方法建立的模型忽略了出租车运营系统的空间特性,因而比较粗糙。于是在一个城市路网上建立了出租车服务的网络平衡数学模型,他们假定出行需求仅发生在路网的节点上,并采用随机效用模型分析了空车搜索乘客的行为。利用该模型,对一个出租车运营系统特例定量求解了系统的一些性能指标。Yang和Wong的模型第一次考虑了出租车的空间特性,也是第一次细节地描述了空车寻找乘客的行为,为出租车运营系统的研究开创了新的思路。之后,Yang和Wong和他们的研究团队进行了一系列的后续研究,主要方向是考虑乘客需求的弹性和道路拥堵的影响,并建立了分段动态的出租车服务模型,将时间域离散成若干时间段。然而,Yang和Wong模型是一个严密的静态模型,出租车运营系统实际上却是复杂的动态系统。动态条件下,模型的许多假设将很难成立。如:这一系列研究基于“出租车只在乘客下车后决定搜索新乘客的地点”的静态假设,存在以下问题:(1)该假设使空车决策的次数与乘客需求数相同,与实际情况有较大出入;(2)空车在前往目标地点的过程中会无视途中遇到的候车乘客;(3)到达目标地点后会一直在该点搜索直到新乘客上车。实际上,空车会根据变化的信息不断调整寻找乘客的策略,也不会在某个地方死等,这种动态的空车行为是出租车运营的重要特征。同时,由于其模型本身不能求解乘客平均等待时间,仍然沿用了Douglas的计算公式。三、出租车运营系统异构性研究由于出租车运营系统呈现出一些典型的排队系统特征,排队论和仿真方法也比较常见于该领域的研究。Manski等假定城市中只有唯一的出租车站点,乘客到来服从泊松分布,单位时间内到来的乘客数均值是出租车价格和乘客等待时间的线性函数,服务时间是外生给定的,排队规则服从先进先出(FIFO)规则。在这些假设下,定量地给出了出租车运营系统的动态特征,但是,这种基于单一站点假设得到的结论难以推广到多站点的情况,也没有考虑空车搜索乘客的行为。总之,这些研究都注意到了出租车运营系统研究呈现出一些典型的排队系统特征,适合运用排队论或仿真方法进行分析。然而,出租车是一个具有特殊结构的复杂排队系统,这些研究未能真实描述系统的异构性,往往沿用了经济学模型的静态和集计假设,或者大幅度简化以代替实际系统。其中,通常假定空车到来服从某种特殊分布,因而,空车寻找乘客的决策行为被忽略了。这样,与该领域的经济学模型和静态数学模型相比,这些研究未能得到更精确和细节的结论。与一般的排队系统相比,出租车运营系统的异构性体现在:首先,服务台移动,出租车在城市路网上不断地移动来提供服务;其次,一般排队系统中只有乘客排队现象,而出租车排队系统中,作为服务台的出租车排队等待服务对象的情况也十分常见,也有排队的形成和消散现象;第三,一般排队系统仿真中,服务台是不具备智能性的,而出租车能够主动搜索服务对象的能力;第四,一般排队系统中常假定服务时间服从某种特殊分布,而出租车运营系统中,服务时间受到路网动态交通流和交叉口的影响,用某种特殊分布来描述是比较粗糙的。为更真实和精确的描述出租车排队系统,需要在建模过程中考虑这些特殊性。慕晨等采用元胞自动机和离散事件仿真集成的方法,建立出租车服务模型,其中假定驾驶员根据驾驶经验和可以获得的有限路网供求信息搜索乘客,从而实现了对动态的空车行为的模拟。模型中还首次模拟了我国出租车运营中常见的路边随机搭载乘客的行为,并建立了出租车运营的动态交通环境,能够比较真实地模拟出租车在城市道路上搜索乘客并提供出行服务的动态过程。该研究目前仍然处于比较初期的阶段,特别是需要在两个方面改进:一是仿真模型需要通过实际的出租车运营系统数据来验证;二是目前的模型对系统各实体间复杂的相互作用进行了简化,进一步的研究中需要解决多类异构模型的集成问题,并建立具有柔性