本文是一篇交通运输论文，本文从出租车合乘路径优化以及费用分摊优化两个方面为研究目标，并对其展开研究。
1绪论
1.1研究背景
1.1.1社会背景
(1)城市交通拥堵问题严重
在几十年的改革开放春风中，我国综合国力以及国际影响力快速提升，人民的经济能力也得到了提高，城镇化进程加快。但是城市交通需求和交通供给的矛盾也逐渐加剧，交通拥堵成为了制约城市进一步发展的关键因素[1]。城市交通拥堵是因为城市道路资源缺乏，导致供给不足，无法满足城市居民出行需求。现如今我国城市中私家车的增长速度呈现井喷式的增长，2020年全国有65%的城市在高峰时段处于缓行状态。在此严峻现状下，政府相关部门须出台相应的交通政策或者措施改变现状，应倡导城市居民改变出行方式从而减少城市道路车流量，达到降低部分时段城市道路中交通拥堵的目的[2]。出租车合乘模式这一新兴出行方式的提出是有效地提高居民出行效率以及缓解交通拥堵的方法之一。
(2)出租车高“空驶率”和“打车难”问题
出租车是我国城市公共交通网络中重要组成部分且所占比重较大。传统出租车运营方式是一批乘客搭载一辆车，服务效率较低从而导致高峰时段“打车难”问题，人均能耗高，在低峰时期经常出现出租车资源闲置的情况。相比于城市其它公共交通工具，出租车人均能耗和废弃物排放量都相对较高，尤其是在空驶时，司机在路网中随机寻找有出行需求的乘客，这会造成不必要的资源浪费[3]。传统出租车司机产生收益的方式是在路上行驶时搭乘有出行需求的乘客前往目的地，在非高峰时段，城市道路中出租车总体数量过多，而出行需求较少，最终导致出租车资源的闲置。
1.2研究意义
出租车合乘出行方式是指一辆出租车同时搭载多名有相同或相近出行需求乘客去往目的地的。采取该出行方式对于司机、乘客以及交通管理者都有不同程度的帮助：
(1)降低乘客出行费用
出租车合乘出行方式，是车内所有乘客共同承担费用，不同合乘人数以及合乘行为先后都将影响合乘分摊的费用，相比于单人乘坐一辆出租车出行，出行成本是肯定降低。
(2)增加出租车司机收益
出租车合乘的出行方式，尽管每位合乘乘客的出行费用减少，但是合乘乘客人数增多，出行需求增多，且对每位合乘乘客单独计费，出租车司机能在同等的时间里服务更多的乘客且油耗降低，从而经营成本降低。因此，适当增加出租车司机收入也是情理之中的。
(3)缓解交通拥堵，抑制私家车增长
提倡出租车合乘行为，优化交通参与者出行方式，可以有效的降低城市道路交通负荷。并且出租车出行方式更加实惠，服务更加完善，才会减少城市居民购买私家车的数量，取而代之的是更加便捷和实惠的公共交通。
(4)缓解高峰时段“打车难”
传统出租车运营方式是一批乘客搭载一辆车，服务效率较低，经常出现出租车资源的闲置。在高峰时段、节假日期间，出租车数量供需不平衡，但是一昧地增加数量只会造成出租车资源的浪费和道路的拥堵。所以采用出租车合乘模式可以有效解决这一问题，让一些出行目的地一致或出行路线相近的乘客通过合乘快速前往目的地，减少等待时间，也可以减少道路车流量。
2出租车合乘概述
2.1国内外出租车合乘实践情况
2.1.1国外出租车合乘情况
(1)美国政府在法律中颁布有关在日常生活倡导拼车出行的方式，通过这样的措施可以提高道路有效利用率以及缓解重要城市中交通拥堵的问题。美国交通部门对贯彻落实拼车政策的州政府提供一定的经济补助以资鼓励，同时政府还鼓励居民一车多用，不仅仅用于日常出行还可以创造其它经济效益来改善生活品质。部分州对于搭载了两人以上乘客的出租车提供便捷通道，给予优先通过的资格[27]。
(2)德国政府通过建立完整的出行合乘系统用以解决交通拥挤的现状。有出行需求的居民在互联网合乘系统中提前预约拼车，随后合乘系统会按照时间、地点以及人数来调度车辆前去载客，虽然这种上门接客的方式费用较于普通出行要高，但是提前预约及上门服务可以给部分居民的出行带来便捷。
(3)新加坡法律直接禁止除司机以外空车行驶在城市道路中，如果违规交警将对司机处以罚款和批评教育。从二十世纪中期新加坡政府在部分管制区内为保护环境就开始实施通行证制度，出租车载客总人数低于2人时，必须办理通行证才可通行；满载的情况则无需办理通行无碍。制度实施成果是使管制区内的汽车数量大幅减少，车辆平均速度提升了20%。
(4)荷兰政府推出Traintaxi这种短途出行的方式。它是专门用来为乘坐火车出行的乘客服务，当乘客乘坐火车到达目的地后还需要去往其它更精准目的地时，可采用电话预约或者网络预约联系服务中心，然后通过调度系统匹配合乘车辆。
(5)日本政府鼓励合乘出行。鼓励政策是通过公路摄像检测系统检测到车内人数，然后根据车内出行人数的增多来降低费用收取。
2.2出租车合乘概念及方式划分
2.2.1出租车合乘概念
(1)合乘的定义
在不用遵守传统计程器收费的情况下接载多名各不相识的乘客前往目的地。合乘中的乘客大多有着相同或相近的目的地且愿意共乘一辆出租车出行。合乘和拼车行为在法律上是不相同的。
合乘是指城市处于交通高峰时期时，司机在征求车内已载乘客同意后，在原定行驶道路中询问有出行需求的行人，有选择的搭乘其中与原乘客有相同或者相近目的地且也愿意共同乘坐的合法行为，将各乘客送达目的地后只收取相应合乘行驶路程的费用，而不是所有乘客全额收取。传统拼车行为是违规行为，这样的司机只是一昧的追求收益增多，未征求车内乘客意见随意在路上搭载其他乘客上车，且最终按原费用向所有乘客收费的方式，这严重损害合乘乘客的利益[28]。
出租车合乘能够增加载客服务效率，提高道路利用率，兼顾乘客和司机双利益。为了增加参与合乘方式人员的积极性，司机和各乘客需要符合以下条件：司机和乘客必须提前达成共识，司机在征得车内乘客同意后才可搭载其他路程相近或相同的乘客同时乘坐一辆出租车车；严格按照合乘费用分摊细则向乘客收取费用；司机需严格执行乘客预约时提出的各项合理出行需求来运营行驶。
出租车合乘是一种经济环保的公共交通创新方式，是通过多人共享车辆来提高公共交通资源利用效率、减少交通高峰时段道路流量、减少污染。
3出租车合乘费用分摊优化.................................18
3.1常规出租车定价模型................................18
3.1.1常规出租车价格的基本构成............................18
3.1.2常规出租车定价模型..............................19
4出租车合乘路径选择................................28
4.1出租车合乘问题的相关理论方法.................................28
4.1.1车辆路径问题.................................28
4.1.2车辆合乘匹配问题.......................................29
5算例分析.....................................37
5.1出租车合乘多目标路线优化算法设计................................37
5.2算法流程图与具体步骤........................................38
5算例分析
5.1出租车合乘多目标路线优化算法设计
(1)编码与解码
出租车合乘的过程是：出租车首先将本车辆匹配的所有批次乘客搭载成功，然后按照目的地的远近和便捷程度将乘客依次将送达，不同车辆和乘客都有不同的组合，即是起点与终点有不同组合方式。算法是为了在满足目标函数以及约束条件的前提下实现较优的合乘路径的选择，实现司机和乘客双赢的局面。
结论
出租车是我国城市交通网络不可或缺的部分，但由于其数量有限、车载容量小、大部分城市交通网络不够发达、服务效率低等原因，导致城市中经常出现高峰时期打车难，低峰时期空驶率高的问题。本文从出租车合乘路径优化以及费用分摊优化两个方面为研究目标，并对其展开研究，现将本文主要研究结论及创新点归纳如下：
(1)对出租车合乘中重要问题——费用分摊问题进行研究。提出了基于混合型出租车合乘费用分摊优化模型，设计了混合型上车人数的最优折扣率，考虑了不同上车次序以及不同合乘人数情况下的折扣率，并设计补偿机制，对司机上下车时间、乘客等车时间以及乘客绕行距离都给予一定补偿，使合乘费用更加合理，尽可能的实现司机和乘客双赢的目标。
(2)对出租车合乘中重要问题——路径选择问题进行研究。提出合乘路径选择及费用分摊模型，以合乘费用最少，合乘总时间最短以及燃油费最少作为目标，考虑的约束条件有司机收益、乘客费用、绕行约束、容量约束等，介绍和使用了多目标规划采用的算法NSGA-II的具体实现步骤。
(3)采用两阶段求解的方法进行算例分析，第一阶段是使用带精英策略的非支配遗传算法对出租车合乘多目标路线进行优化，设计出求解该问题的算法及程序代码，将其置于路网中验证，最终运行得到两个Pareto解，在这一阶段的求解可以得到出租车合乘具体的接载乘客路线以及所需计算的部分参数；第二阶段是使用合乘费用优化模型，将两个解所需的补偿数据进行统计计算，通过费用优化模型，得到了更加合理的乘客分摊费用及司机合乘收益。最后将各费用与基于百分比合乘费用分摊模型计算结果进行对比。
参考文献（略）
