适用于众包模式的激励兼容拍卖机制：建模、解决方法及其系统影响

《TRANSPORTATION RESEARCH PART E-LOGISTICS AND TRANSPORTATION REVIEW》：Incentive-compatible auction mechanisms for crowdshipping: Modeling, solution approach, and systemic impacts

　　徐浩文|王鹏飞|刘鹏|黄海军|张远凯
中国北京航空航天大学经济与管理学院复杂系统分析与管理决策教育部重点实验室，100191

**摘要**
众包配送在降低成本和扩大运营规模方面具有优势。然而，众包快递员的不可预测性以及他们的策略性行为对任务的可靠高效分配构成了重大挑战。特别是，众包快递员可能会夸大其绕行成本以获取更高的报酬，从而削弱系统的效率。本研究探讨了结合众包和全职快递员的混合众包系统中的综合任务分配和定价问题。不同于依赖计算密集型VCG（Vickrey-Clarke-Groves）实现的标准方法，我们基于Leonard机制构建了一个框架。通过对分配问题的双向分析，我们描述了最小竞争均衡，并推导出一个具有激励相容性的定价方案。为了支持实际应用，我们提出了一种自适应拍卖机制。该机制通过整合升价（改进的proxy-DGS）和降价（改进的proxy-LVD）策略，确保了激励兼容的出价和多项式时间内的可解性。除了机制设计之外，我们还评估了众包对交通拥堵和排放的系统性影响。通过分析和数值评估，我们确定了众包在哪些阈值条件下能够同时提升交通和环境性能。这项研究为混合物流平台提供了一种新颖的机制设计框架，并提供了关于众包系统运营和环境影响的政策相关见解。

**引言**
近年来，零工经济在全球范围内得到了显著扩展（De Stefano, 2015; Wood et al., 2019）。受这一趋势显著影响的行业之一是物流和配送服务（例如Amazon Flex、UberEats和美团）。在这一领域，众包配送已成为一种流行的配送方式。在这种模式下，数字平台在线发布任务，个人可以利用空闲时间或日常通勤路线完成这些配送任务以赚取额外收入。众包配送为解决传统物流中的某些低效率问题提供了潜在途径。它具有成本效益、轻资产运营、灵活性和可扩展性等显著优势（Kafle et al., 2017; Mofidi and Pazour, 2019）。这些特性促成了其广泛采用。此类模式的例子包括本地配送平台（如Amazon Flex和Postmates）、点对点运输网络（如Grabr）以及反向物流解决方案（如Happy Returns和RePack）。

分配和定价机制对众包平台至关重要，它们直接影响快递员的参与度和服务结果。现有平台主要使用四种分配模型：平台分配模型由平台集中向快递员派遣订单（Auad et al., 2023, Ye et al., 2024）；快递员选择模型允许个人从可用池中选择他们偏好的订单（Li et al., 2020, Zhen et al., 2021）；混合模型结合了集中分配和快递员选择，以平衡效率和灵活性（Ausseil et al., 2022, Behrendt et al., 2024）；反向拍卖模型要求快递员提交报价，平台根据竞争情况分配订单（Akamatsu and Oyama, 2024）。在定价方面，平台主要采用四种策略：固定费率定价为快递员提供每项任务或距离单位的固定报酬（Dai and Liu, 2020）；动态定价根据需求、时间窗口或供应情况实时调整报酬（Le et al., 2021）；收入共享方案让快递员获得客户支付的一定百分比（Liu and Li, 2023）；基于拍卖的定价通过竞争性出价确定报酬（Allahviranloo and Baghestani, 2019）。图1对当前平台使用的分配和定价机制进行了分类。

然而，传统的分配方法存在明显的局限性：平台分配模型需要完美信息才能实现效率（Archetti et al., 2016, Arslan et al., 2019）；快递员选择模型虽然保留了自主性，但降低了整体系统性能（Zhen et al., 2021）；简单的拍卖模型容易受到出价操纵，可能降低系统效率。为了防止这种误报，研究普遍使用Vickrey-Clarke-Groves（VCG）机制（Akamatsu and Oyama, 2024, Xiao et al., 2020）。然而，计算边际贡献是VCG实施中的一个主要瓶颈。平台需要解决N+1次赢家确定问题，其中N是快递员的数量。这种严重的计算负担限制了标准VCG机制的可扩展性。除了机制设计之外，众包还带来了更广泛的系统性影响：它可能减少全职快递员的数量，但众包快递员经常绕行完成任务，从而增加了行程距离，因此对交通拥堵和排放的净影响仍然不确定。

本研究解决了具有混合劳动力的众包系统中的综合分配和定价问题。本研究的主要贡献有三个方面：
1. 我们将Leonard机制引入混合众包系统，并通过分析分配问题的对偶问题，推导出与VCG结果等价的定价方案。
2. 我们设计了结合升价和降价拍卖的自适应拍卖机制，该机制确保了真实的出价并具有多项式时间的计算复杂度，因此在大规模应用中比标准VCG机制更高效。
3. 我们分析了众包对交通和环境的影响，确定了交通拥堵和排放的短期阈值和长期效率边界，这些指标表明了绕行比例和需求增长如何决定总体影响。

本文的其余部分结构如下：第2节回顾相关文献；第3节介绍本研究的基本假设和考虑因素；第4节开发了具有混合劳动力的配送任务分配和定价的综合模型；第5节介绍了用于实际应用的最优分配和定价策略的自适应拍卖机制；第6节评估了众包对交通拥堵和污染物排放的影响；第7节提出了所提框架和分析结果的验证；最后，第8节总结了本文并讨论了未来研究的潜在方向。

**文献综述**
众包配送的日益普及引起了从多个角度的研究兴趣，包括用户采纳（Devari et al., 2017）、路线规划和配送调度（Arslan et al., 2019, Kafle et al., 2017, Lee et al., 2016）以及快递员动机（Miller et al., 2017, Ta et al., 2018）。本节回顾了三个关键领域的文献：混合众包系统、众包中的分配方案以及拍卖在交通中的更广泛应用。

**基本考虑**
考虑一个在定义的服务区域内运营并组织定期配送的物流平台。在典型的时间段内，平台首先收集所有原始订单，然后将它们分组为配送任务以提高效率。具体来说，来自同一仓库并送往附近客户位置的订单被合并为单一配送任务。生成配送任务后，平台使用……

**配送任务的最优分配**
本节旨在优化所有配送任务的分配。模型公式中使用的符号在表1中进行了总结。我们首先明确了不同类型快递员的配送成本定义。对于全职快递员，配送成本由任务特征（如距离和重量）直接决定。全职配送成本不包括个人偏好或操作限制。众包快递员的成本结构较为复杂，它源自……

**改进的DGS和LVD机制**
Leonard机制在理论上确定了最优利润，但其实际应用面临繁琐的出价程序和有限的计算效率等挑战。为克服这些问题，我们实施了两种动态拍卖机制：DGS（Demange-Gale-Sotomayor）机制和LVD（Lee et al., 2016）机制。DGS机制使用升价拍卖（Demange et al., 1986），研究人员已将其应用于可交易网络许可的分配（Wada and Akamatsu, 2013, Wang et al., 2020）。

**众包对交通的影响**
众包利用了私人车辆的闲置容量，可以减少对全职快递员的需求，从而缓解交通拥堵。然而，众包快递员经常绕行完成任务，这可能抵消部分效益。因此，由于这些相互矛盾的影响，众包对运输系统的净影响仍不确定。为了评估这种净影响，我们采用行驶里程（VKT）作为交通拥堵的关键指标……

**数值设置**
我们设计了数值实验来验证所提出的机制并评估其系统性影响。如图4所示，我们选择了秦皇岛市中心一个7×6公里的区域，该区域被划分为7060个每个0.1×0.1平方公里的区块。我们使用当地实地调查数据校准所有设置，以确保条件现实。排除不可行区域后，该区域包含5个仓库和556个配送任务，这些任务需要617名快递员来完成。

**结论**
本研究解决了混合众包中的综合分配和定价问题。我们基于Leonard机制构建了框架，并通过双向分析描述了最小竞争均衡。所得的定价方案具有激励兼容性，并实现了与VCG等效的结果。通过仅解决一次原始分配问题，它大幅降低了计算复杂度。为了支持实际应用，我们提出了自适应拍卖机制。

**作者贡献声明**
徐浩文：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿；
王鹏飞：方法论；
刘鹏：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，监督；
黄海军：监督；
张远凯：数据梳理。

**利益冲突声明**
代表所有作者，我声明在论文“众包的激励兼容拍卖机制：建模、解决方法及系统影响”中，不存在任何已知的利益冲突、个人关系或隶属关系可能会影响或偏倚本研究的研究、发现、分析或解释。作者确认此声明是根据他们所知的信息准确和完整的。