共享停車泊位管理與政策的研究進展與展望

王鵬飛,王湘玉,于劍楠

(河北科技師范學院 1 秦皇島市交通系統智能分析與決策重點實驗室,2 城市建設學院,3 工商管理學院, 4 數學與信息科技學院,河北 秦皇島,066004)

隨著城市機動車保有量的迅猛增長,交通供需矛盾日益突出,交通擁堵已經成為我國城市經濟與社會發展過程中亟須突破的瓶頸。在我國所有碳排放行業中,交通運輸領域約占10%,而城市交通在交通運輸領域(除航空、鐵路、水運外)的占比高達80%以上,且呈現出高速增長的特點,這對我國實現“碳達峰、碳中和”的戰略目標形成了巨大挑戰[1,2]。

停車設施作為小汽車用戶的(間接)目的地,其類型、空間布局及管理模式對用戶的出行方式、時間及路徑的選擇影響很大。當前,我國城市停車管理制度還處于重構時期,有效停車泊位不足、停車巡航量過大已經成為城市交通擁堵現象產生的重要原因。有權威研究指出,世界上諸多大城市中心城區的高峰時段,有約30%的交通流量在尋找車位[3,4]。因此,在城市土地和空間資源有限的情況下,充分利用有限的停車資源勢在必行。從Yan等[5]的研究和權威報告[6]可知,如果能夠充分地利用共享停車泊位,則可在很大程度上緩解城市停車難問題。為此,近年來,政府相繼出臺了一系列鼓勵共享停車的相關政策。

關于共享停車問題最早的研究始于文獻[7]中,文中確定了一套分析共享停車問題的研究路線。近年來,關于共享停車政策方面的研究主要集中在以下幾個方面:(1)共享停車泊位資源供需匹配機制,(2)共享停車政策參與者的行為特征分析;(3)共享停車政策的評估;(4)共享停車泊位理論的應用;(5)共享停車泊位對其它交通系統的影響。其中,60%以上的研究都集中在共享停車泊位資源供需匹配機制方面。

1 共享停車泊位管理的關鍵問題及相關研究

1.1 共享停車泊位資源供需匹配機制

在關于共享停車泊位資源的供需匹配機制的一系列研究中,可以根據供需雙方的行為特征將其分為兩大類:確定性場景和不確定性場景。在每類場景中,研究者會根據研究的具體目的和對象構建不同模型,例如:靜態/動態模型、單目標/多目標函數規劃模型等。其中,靜態模型主要用于處理共享停車泊位供需一次性匹配問題,動態模型則著重于描述用戶對于共享停車泊位的一天內(within-day)實時需求特征;單目標函數大多只關注社會福利最大化或共享停車泊位管理者收益最大化問題,而多目標函數則會同時考慮到用戶步行距離或其出行成本等要素。另外,針對不同的模型研究者還開發了有針對性的求解方法,同時也對匹配效果和效率進行了定量分析。

1.1.1確定性場景 在參與共享停車的各方交通主體行為都為確定性的場景中,Shao等[8]考慮居住區的泊位使用特征,引入預訂機制構建了停車泊位共享場景下的系統效益最大化模型。Xiao等[9,10]分別提出了兩種基于拍賣理論的共享停車泊位資源的最優分配、定價機制。Zhang等[11]在考慮共享停車泊位空間分布的基礎上,分析了用戶均衡問題,從而給出了共享停車泊位的最優定價,此定價可以同時實現平臺收益最大化與社會成本最小化。陳峻等[12]以中心城區高校為研究對象,通過對停車泊位需求時變的預測,構建了共享停車泊位動態分配模型并定量評價了其實施效果。姚恩建等[13]針對居住區,基于提高共享停車泊位利用率的目標,構建了一定供給與需求條件下的共享停車泊位優化配置的加權頂點著色模型,并給出了相應算法。李濤等[14]以最大化停車管理者收益為目標,討論了最優停車泊位共享率與停車共享終止時間。段滿珍等[15,16]提出了個性化共享停車誘導服務策略,并在此基礎上構建了停車泊位分配模型。張雷等[17]構建了基于向量自回歸預測的泊位共享優化算法。陳峻等[18]以城市中心區多類型用地配建停車設施為對象,構建了停車時空資源消耗模型。林小圍等[19]發現相較于停車管理者動態收集私家車泊位信息并進行停車泊位分配的情況,業主若能盡早地向停車管理者主動提供信息,則停車泊位利用率和業主收益都可以大幅提升。張文會等[20]綜合考慮了最大化停車泊位利用率和最小化用戶步行距離的目標,構建了共享停車泊位分配的雙目標規劃模型。郭放等[21]通過分析車輛抵離與泊位占用之間的關系,以短時動態需求預測為手段,構建了向量自回歸模型以獲取各時段可開放泊位數量和時間窗動態分布數。張水潮等[22]在預約請求的條件下,構建了平臺收益及用戶步行距離為目標函數的共享停車泊位分配模型。王翰麟[23]在深入分析用戶預約時間段與停車泊位共享時間段的關聯性的基礎上,構建了共享時間窗約束下的共享停車泊位動態分配模型。何勝學等[24,25]著眼于如何減少無人駕駛車輛在泊車過程中不必要的頻繁移位問題,構建了在滿足合理共享停車需求條件下最小化無人車輛移位成本的共享停車供需匹配優化模型,同時設計了相應算法。劉永紅等[26]基于用戶同時存在提前預約共享停車需求和臨時停車需求,構建了雙目標規劃模型,結果發現,當臨時泊位需求與提前預約泊位需求大致相當時,停車分配后總目標更優。李常敏等[27]建立了基于匹配優先級的共享混合停車泊位租用與分配模型,結果表明,最優策略可同時提升混合停車場的停車和充電資源使用效率,最終實現平臺收益最大化。王震邦等[28]發現,ADMM 分布式優化模型與匹配博弈算法和貪心算法相比,可以滿足多方利益,并從隱私保護、計算時間與數據傳遞量等方面分析驗證了,相較于集中式優化模型,ADMM 分布式優化模型更適用于大規模共享停車匹配。

1.1.2不確定性場景 在參與共享停車的任一交通主體行為存在不確定性的場景中,Jiang等[29]發現了最優可預約停車泊位數量與用戶停車行為不確定性水平之間存在很高的關聯程度,具體來說,隨著用戶行為不確定性的增加,系統的預期利潤也會下降。Shao等[30]考慮兩種需求擾動下的改良多階段維克瑞拍賣機制。Zhao等[31]在當共享停車泊位提供者隨機返回自己泊位的場景下,建立了基于數據驅動的共享停車泊位最優分配模型。Wang等[32]構建了連續時間隨機動態模型,在用戶停車需求具有不確定性的條件下,給出了面向網聯自動駕駛車輛停車泊位的最優管理策略。Wang等[33]利用有約束的混合整數線性規劃模型求解共享系統車位預約分配問題,以最大限度地提高停車資源利用率。Wang等[34]和王鵬飛等[35]考慮了持有/未持有停車許可證用戶停車行為的不確定性,構建了隨機最優控制模型,得到了可預約停車泊位(停車許可證)的動態最優供給策略。孫會君等[36]考慮了租用停車泊位成本,接受請求獲取利益與拒絕用戶請求、拒絕租用停車泊位可能造成的影響,構建了整數規劃模型以實現運營商利益最大化目標。關宏志等[37]和聶楚豪等[38]給出了當泊位提供者返回自己泊位過程呈現非齊次泊松過程時,以居住區停車場泊位共享率和管理者收益最大化為目標函數構建了數學模型,通過粒子群求解算法給出了最優運營策略。張利鳳等[39]在共享停車泊位供給和需求雙方都具有不確定性的環境下,構建了隨機動態規劃模型,并對停車共享的預約策略進行了優化。張倩敏等[40]針對共享停車泊位供給臨時取消情況下的泊位分配問題,對供給取消給停車用戶和平臺帶來的影響進行分析,在綜合考慮用戶偏好的基礎上,以平臺收益最大化為目標構建了基于再分配策略的共享停車泊位分配模型。薛召杰等[41]構建了最大化平臺收益和魯棒性的共享停車泊位分配雙目標優化模型,通過預留適當緩沖時間來增強共享停車泊位分配方案的魯棒性。

上述關于確定性場景、不確定性場景的研究文獻,對共享停車泊位供需資源匹配模型和算法進行了深入探討,并且對泊位用戶(相較預約時間)早到/遲到、取消等不確定性行為進行了深度刻畫。但并未探討構建的分配-定價模型的最優解是否唯一且如何進行取舍,同時也沒有考慮到共享停車泊位管理者的行為特征對上述供需匹配機制的影響,而這些問題均是共享停車泊位政策在實際實施過程中必須要面對的。

1.2 共享停車政策參與者的行為特征分析

在始發地距離出行目的地的步行距離、停車價格等方面,共享停車泊位與一般公共泊位存在明顯差異。眾所周知,政策參與者包括泊位提供者、泊位管理者和泊位用戶三方。學者們對共享停車政策參與者的行為特征進行了系統分析。Chen等[42]為提高停車泊位的共享能力,分析了醫院中4類常見人群的停車行為。楊曉芳等[43]分析了不同因素對用戶共享停車選擇行為的影響程度。王保乾等[44]基于停車用戶視角,構建了共享停車泊位選擇行為的Logistic實證分析模型。高良鵬等[45]在逐日演化的框架下,研究了彈性停車激勵機制下共享停車泊位提供者的競價演化機理。賈富強等[46]通過構建出行者和車位擁有者演化博弈模型并分析演化穩定狀態,分析了出行者和泊位擁有者參與共享停車時的策略對共享停車泊位匹配結果的影響。但尚未有研究對共享停車泊位管理者的行為進行過深入分析。

1.3 關于共享停車政策的評估

目前,該方面的研究文獻數量很少,現有研究主要集中在對某區域泊位共享能力的分析上,極少有研究從更加宏觀的視角,來解釋和分析為何共享停車政策目前處于“叫好不叫座”的狀態。在該領域:段滿珍等[47]構建了居住區泊位對外共享服務能力評估模型。段滿珍等[48]分析了醫院與其毗鄰居住區在停車泊位需求特征、空間位置關系、居住區類型及停車泊位互容性,在此基礎之上研究了實現共享停車的基本條件,為解決醫院停車難問題,提出了與毗鄰居住區共享停車的策略。季彥婕等[49]對促進停車泊位共享的相關政策提出了評估方法。

1.4 共享停車泊位理論的應用

目前,理論的應用主要集中在以下兩個方面:(1)基于理論的停車需求預測和用地規劃調整;(2)針對某一區域推動共享停車政策落地的可行性分析。在第一個應用領域,肖飛等[50]為解決停車產生率模型存在的局限性,以停車泊位共享理論為基礎,提出了混合土地利用模式下基于泊位共享的停車需求預測模型及方法。薛行健等[51]以停車生成率法為基礎,探討了基于泊位共享的停車需求的預測方法,并考慮了共享停車泊位效用的折減量,并提出了采用類比法對現有停車配建指標按照規劃目標進行調整的方法。蘇靖等[52]提出了運用泊位共享效用指數衡量混合用地中,各種用地不同停車需求組合下的泊位共享效率。在第二個應用領域,周晨靜等[53]以北京市王府井地區為例,構建了共享停車實施技術方法的理論模型,并由此演化出多個實施步驟,有效推動了區域停車共享工作的實施。方可等[54]以湖南金融中心片區為研究對象,通過實地調查和市民意愿調查,總結得出金融中心實施共享停車存在的主要問題,并給出了共享停車示范區建設的建議。

1.5 共享停車泊位對其它交通系統的影響

用戶停車行為與出行行為聯系的最為緊密。因此,共享停車泊位的空間布局、供給數量和管理措施,在很大程度上會影響用戶在出行方式、時間和路徑上的選擇。在該領域,部分學者發現共享停車泊位數量的時空變動可能會引發交通流狀態的改變,例如:姬楊蓓蓓等[55]發現,若毗鄰私有停車設施設置共享停車泊位,則可有效地緩解交通擁堵,但過多地設置反而會使得路網中產生新的交通擁堵。王鵬飛等[56]發現,逐日供需變化共享停車泊位交易市場會產生分岔或混沌現象,進而導致網絡交通流(使用共享停車泊位用戶)在逐日演化過程中也會產生分岔或混沌現象。還有部分學者的研究集中在用戶停車行為與出行行為的聯系上,例如:常玉林等[57]構建了雙層規劃模型用以分析共享停車容量優化分配對用戶多模式出行選擇的影響,發現合理的共享停車容量可以實現停車管理平臺收益與共享停車需求之間的均衡。孫超等[58]構建了考慮共享停車用戶和非共享停車用戶兩類出行費用的停車選擇均衡模型,同時設計了有效求解方法。

1.6 共享停車泊位其它方面的研究

部分學者在共享停車收益分配,共享停車泊位理論與物聯網、區塊鏈等技術相結合方面進行了研究。在該領域:彭勇等[59]以得到合理分配泊位共享收益分配及平臺最優收益為目標,建立了不完全信息的泊位共享收益分配三方討價還價的動態博弈模型,得到了模型納什均衡解和平臺最優收益值;王鵬飛等[60]將停車許可證拍賣機制和沙普利值法相結合,設計了基于泊位提供者對社會福利貢獻的共享停車泊位收益再分配機制;孔祥科等[61]將區塊鏈技術應用到共享停車中,提出了物聯網環境下的共享停車區塊鏈模型。

2 展 望

2.1 停車許可證在共享停車泊位管理中的應用

可交易許可證制度,原本是管理者通過引入自由競爭的市場制度來分配稀缺資源或控制污染排放量的一種方式。而后,此概念逐漸被引入到交通需求管理中[62]。相較傳統經典的交通擁擠收費政策[63],可交易許可證制度具有不依賴用戶的停車需求函數預測,并且能夠保障用戶自由選擇權的優勢(即充分滿足用戶的選擇偏好),因此備受交通學者的關注。近年來,此概念也被Zhang等[64]、Liu等[65]、Wang等[66]和王鵬飛等[67]應用于公共可預約停車資源管理方面,但將其應用于共享停車泊位管理中的研究卻不多(除文獻[60]外)。由于用戶與公共泊位的數量均較為龐大,導致“用戶自由交易”的傳統停車許可證交易手法在現實中并不能得到很好的應用。因此,針對用戶與泊位數量較小、空間分布較為集中的共享停車泊位,“用戶自由交易”的傳統機制是否具有現實可行性,或是對此是否應設計新的交易機制,這都是理論在實際應用前必須要解決的重要問題。

2.2 共享停車泊位資源分配不唯一的最優解的取舍

深入分析既有共享停車泊位分配、定價模型性質可知,模型的解一般是存在的,但不一定保證唯一。例如,某一時段將某一停車泊位分配給用戶A或用戶B,管理者得到的社會福利值或停車收益值均相等,并且均為最大值。在此情況下,管理者應以何種原則來對模型不唯一的最優解(即最優分配、定價方案)進行取舍是亟待解決的問題。若將既有模型中的單目標函數變為多目標函數,則既有算法不一定能保證在多項式時間內準確得到最優解,或者只能得到次優解。因此,單純從改變最優化問題的目標函數類型入手,顯然不一定有效?，F實中,除了實現社會福利或收益最大化外,管理者針對不同類型設施周邊的共享停車泊位也應有不同的分配策略。例如,在實現社會福利或收益最大化后,管理者可考慮針對城市中心的共享停車泊位依據“合乘人數多的車輛(用戶)優先”的原則;針對醫院周邊的共享停車泊位依據“搭載有社會弱勢群體的車輛(用戶)優先”的原則;針對旅游景區周邊的共享停車泊位依據“外地游客車輛(用戶)優先”的原則,對不唯一的最優分配方案進行取舍。針對上述不同原則,亟需建立實用性強的模型來輔助決策。同時,該成果也適用于公共停車泊位。

2.3 共享停車政策實施前的預評估方法

為平衡停車供需、降低停車巡航量、盤活閑置停車資源,近年來,政府推出了一系列鼓勵共享停車的政策,但一些調查結果卻顯示共享停車政策的落實程度和實施效果并不令人滿意,政策總是“叫好不叫座”。主要體現在以下兩個方面:(1)雖然共享停車費用較低,但大量共享停車泊位閑置,資源利用率不高;(2)泊位提供者(例如,住宅小區居民、機關企事業單位等)參與共享停車泊位市場意愿不強。結合本領域的既有政策、理論和實證研究可知,在最高位置的“戰略層面”上,國家已經明確鼓勵和出臺了共享停車政策;在最低位置的“操作層面”上,大量的既有研究已經提供了很好的理論基礎;但在中間位置的“戰術層面”上卻缺乏相關的研究。由于每個城市的具體情況不一樣,不可能“一刀切”采用同一種政策和措施實現停車泊位共享。因此,對共享停車政策實施的充分和必要條件進行預分析就顯得十分有必要了,從中觀層面(即“戰術層面”)上得出,該城市或區域是否適合共享停車政策,或是適合什么樣的共享停車政策的明確結論。例如,鮮有研究對下述內容進行過深入探討:全方位且定量地對比分析共享停車政策實施前后各交通主體的效益和成本;用戶停車需求在時空上符合的統計分布規律;作為共享停車系統的重要參與者,住宅小區、機關企事業單位對共享停車泊位管理的成本評估。上述列舉的這些研究內容及其成果,可為定量評價共享停車政策實施效果提供重要依據。

2.4 共享停車泊位交易市場供需逐周期演化機制及調控措施

如文獻[56]所述,共享停車泊位一般為私人物品或集體所有,其供給來源于自由選擇參與或退出市場且以獲得一定收益為目的的提供者。因此,交易市場中共享停車泊位的成交數量和價格將逐周期地呈現出動態且復雜多變的特點,這必將給交易市場的管理帶來極大困難。同時,文獻[56]也只假定了交易市場中僅存在幼稚預期和理想預期兩種類型的價格預期方式,但現實中絕大多數泊位提供者并不會使用這兩種較為極端的方法去預測價格,而是利用歷史數據(例如樣本自回歸分析等方法),或是直接利用經濟基本面進行預測。在此場景下共享停車泊位交易市場均衡解的漸進穩定條件是什么,在滿足什么條件下會發生分岔或是混沌現象,這些都是亟待解決的問題。另外,雖然文獻[56]也從市場供需曲線、潛在共享停車泊位需求量等角度給出了消滅分岔和混沌現象的政策,但很難分析這些政策的可行性及其成本。為此,亟需提出一種動態、有針對性、可行性強且實施成本較低的分岔和混沌控制方法(例如OGY控制策略等)。