一種基于多層次分區(qū)的公共自行車高峰期調度方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及公共自行車調度的技術領域，尤其是指一種基于多層次分區(qū)的公共自 行車高峰期調度方法。
【背景技術】
[0002] 公共自行車的租借在時間分布上存在明顯的高峰期，工作日早高峰和晚高峰的租 借量遠大于其他時段的租借量，工作日高峰期的用戶量極有可能導致設施供給無法滿足高 使用需求的情況。而在空間分布上具有潮軟現(xiàn)象，同類型租賃點的租借規(guī)律相同，住宅類公 共自行車租賃點工作日高峰期多為基家出行，因此呈現(xiàn)明顯租車高峰，而晚高峰即為還車 高峰?？拷蜆I(yè)區(qū)域公建類租賃點則相反。盡管公共自行車租賃點規(guī)劃依據(jù)需求預測而定， 但設施限制和借還需求的不匹配仍衍生出公共自行車調度問題，W期通過調度最大限度滿 足居民的使用需求。
[0003] 目前公共自行車調度通過臨界闊值警告方式，實時每一個服務點的車輛狀況，當 服務點的現(xiàn)存可用自行車數(shù)量臨近飽和或非常少時，根據(jù)系統(tǒng)設置的空位和滿溢闊值，發(fā) 出預警信息，提示系統(tǒng)調度員進行調度，調度員向相關工作人員發(fā)出調度指令，進行車輛調 配。運種調度方式的問題在于，臨近闊值時發(fā)出調度指令，但調度方案臨時確定，無法保證 其路徑最優(yōu)。而距離較遠的調度往往受到高峰期擁堵影響，無法保證調度效率和及時性。
[0004] 公共自行車系統(tǒng)對于世界上大多數(shù)城市來說仍是新興的交通方式，國外針對其的 集中研究也是從21世紀初左右才開始的，主要的研究文獻與第=代公共自行車系統(tǒng)的發(fā)展 同步進行，主要集中在系統(tǒng)的發(fā)展特征、使用效果、面臨的問題及優(yōu)化改善幾方面；國內(nèi)對 公共自行車的研究相對國外更晚，研究內(nèi)容也零零散散，其中運營調度問題的研究主要表 現(xiàn)如下:劉登濤等選擇將動態(tài)車輛轉運問題轉化為靜態(tài)車輛車輛轉運問題，W運輸成本最 少為目標，經(jīng)公共自行車系統(tǒng)調度模型優(yōu)化后調度車輛行駛路程比優(yōu)化前減少50%。劉祖 鵬等將貨郎擔問題運用到公共自行車的動態(tài)調度問題中來，其首先收集有供給的租賃點處 的公共自行車，然后再將收集到的自行車發(fā)放到有需求的租賃點處，最終通過上述兩個步 驟得到自行車的最優(yōu)調度路徑。董紅召，趙敬洋等W最大化租賃點的滿意度為目標建立了 公共慢行系統(tǒng)調度的模型，并采用了滾動時域調度算法針對公共自行車的主要特點，即時 間和空間不均衡問題進行了求解，最終實現(xiàn)了公共自行車系統(tǒng)的動態(tài)調度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種基于多層次分區(qū)的公共 自行車高峰期調度方法，保證調度及時有效。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術方案為:一種基于多層次分區(qū)的公共自行 車高峰期調度方法，包括W下步驟：
[0007] 1)選定研究范圍，采集基礎資料，包括規(guī)劃資料、各租賃點的設施資料、需求資料， 其中，所述規(guī)劃資料包括規(guī)劃租賃點位置、各租賃點規(guī)劃配備車輛數(shù)和租賃點用地性質類 型，該租賃點用地性質類型主要分為交通樞紐、公交中途站、公建商業(yè)類、居住類和休閑類 五類;所述各租賃點的設施資料指實際鎖車粧數(shù);所述需求資料指該租賃點早晚高峰短時 段內(nèi)公共自行車相對準確的借還量，一般記借車量為公共自行車出行發(fā)生量，為正值，而還 車量為出行吸引量，為負值；
[0008] 2)確定上層調度區(qū)域，分析各租賃點鎖車粧數(shù)和借還需求關系，通過各點間車輛 流動關聯(lián)度將周圍租賃點納入調度區(qū)域，直至上層調度區(qū)域內(nèi)為公共自行車高峰期主要流 動范圍；
[0009] 3)在調度區(qū)域內(nèi)進行小區(qū)劃分，根據(jù)各租賃點高峰期運營數(shù)據(jù)，結合聚類分析和 人工調整方法進行小區(qū)劃分和編號；
[0010] 4)確定區(qū)間調度方案:根據(jù)步驟3)的小區(qū)劃分結果，統(tǒng)計各小區(qū)高峰期短時段內(nèi) 總需求量W及小區(qū)各租賃點中最早的時間要求，代入調度模型中計算得到區(qū)間調度方案；
[0011] 5)確定區(qū)內(nèi)固定調度方案:根據(jù)各小區(qū)區(qū)內(nèi)租賃點的分布和道路條件，利用最短 路模型進行區(qū)內(nèi)固定調度路線的確定，并結合小區(qū)內(nèi)各租賃點的短時段需求量確定區(qū)內(nèi)調 度方案；
[0012] 6)結合區(qū)間和區(qū)內(nèi)調度方案制定高峰期整體方案。
[0013] 在步驟2)中，分析確定上層調度區(qū)域的主要步驟包括：
[0014] 2.1)判斷各租賃點的高峰期每10分鐘需求量和其鎖車粧數(shù)量的差異，若差值超過 鎖車粧數(shù)量的一半，則將其作為供不應求的調度需求點；
[0015] 2.2)通過公共自行車借還刷卡數(shù)據(jù)或預約數(shù)據(jù)，得到調度需求點主要自行車流向 租賃點或自行車吸引租賃點，將其納入上層調度區(qū)域內(nèi)；
[0016] 2.3)判斷調度區(qū)域內(nèi)租賃點互為主要吸引、發(fā)生租賃點，即流入和流出調度區(qū)域 的公共自行車較少時，停止納入新租賃點；
[0017] 2.4)判斷調度區(qū)域內(nèi)租賃點個數(shù)，較多則剔除部分租借關聯(lián)度較低的租賃點，最 終確定調度區(qū)域范圍；
[0018] 在步驟3)中，小區(qū)劃分的主要步驟包括：
[0019] 3.1)輸入步驟2)得到的調度區(qū)域內(nèi)各租賃點高峰期每10分鐘的需求數(shù)據(jù)，利用 SPSS軟件進行聚類分析，將高峰期借還特性相近的租賃點歸為一類；
[0020] 3.2)根據(jù)聚類結果，結合設計人員經(jīng)驗判斷，將聚類相同且距離不大于300米的公 共自行車租賃點劃分為一個小區(qū)；
[0021] 3.3)判斷小區(qū)內(nèi)租賃點個數(shù)N，若N〉6,則剔除部分距離較遠的租賃點另劃分為一 區(qū)，否則確定小區(qū)范圍及內(nèi)部租賃點，對小區(qū)進行編號a E {曰1，曰2，. . .，am}，同時對小區(qū)內(nèi)部 租賃點進行標號baE {bal，ba2, . . . ,ban};
[0022] 在步驟4)中，確定區(qū)間調度方案的主要步驟包括：
[0023] 4.1)統(tǒng)計各小區(qū)高峰期每10分鐘的需求數(shù)據(jù)，即小區(qū)內(nèi)所有租賃點每10分鐘需求 數(shù)據(jù)之和，將此數(shù)據(jù)作為小區(qū)需求數(shù)據(jù)；
[0024] 4.2)統(tǒng)計各小區(qū)內(nèi)租賃點的最早的時間窗要求，將其作為相應小區(qū)的時間窗；
[0025] 4.3)采取設置虛擬小區(qū)的形式，將分區(qū)按相同順序多次編號，按高峰期2小時計 算，每10分鐘統(tǒng)計一次需求量，最多來回調度12次，則W小區(qū)個數(shù)M為一個周期，循環(huán)12個周 期編號，即a小區(qū)及其虛擬點編號集合為A={a，a+M，a+2M，. . .，a+llM};
[0026] 4.4)繪制高峰期期間所有小區(qū)的各時段時間窗需求表，其中應包括所有小區(qū)編 號、形屯、坐標、鎖車粧數(shù)、需求量和時間區(qū)間；
[0027] 4.5)根據(jù)調度的實際情況，考慮運輸車輛的固定成本、行駛成本W(wǎng)及客戶的滿意 度，建立目標函數(shù)：
[002引
[0029] 其中，表達式等號右邊第一部分為固定成本，其取值與人工費用、車輛折舊費用、 車輛其它固定費用有關;第二部分為行駛成本，其取值與車輛單位油耗、租賃點間直線距 離、城市道路直線系數(shù)有關;第=部分為懲罰成本，其取值與運輸車輛到達服務點的實際時 間、租賃點規(guī)定的服務時間、乘客等待時間有關；
[0030] 4.6)根據(jù)既定目標函數(shù)W及實際調度情況，確定模型的約束條件如下： 打'
[0031] ①運輸車輛必須從中屯、車場出發(fā)=1 /=J ? 9 肉..
[0032] ②運輸車輛必須回到中屯、車場=1 '=1 ;
[0033] ③運輸車輛經(jīng)過某一小區(qū)時，其調度量加上運輸車輛原有的載運量不小于0且不 n n _巧 大于運輸車輛的最大載運能力〇< 廣qj<Q;其中，嘴=-111如、'財《ijk>0、ijeN k I ' 、
[0034] ④進入某小區(qū)的車輛，必須要從該小區(qū)離開乏堿=E如 U = l2,.：.n^Vk m
[0035] ⑤每個小區(qū)只有一輛車服務2>*=1
[0036] ⑥任一小區(qū)的需求量不大于調度車輛的容量0 < I Qi I yik < Q;
[0037] ⑦到達小區(qū)j的時刻等于到達上一個小區(qū)i并開始服務的時刻與該點服務時間 與兩點間行程時間tリ之和tj = tiパij+tuii，j = 0，l，...，n，tij辛0;
[0038] ⑧到達各小區(qū)的上一時間窗的時間必須小于到達該小區(qū)下一時間窗的時間ti < ti+M；
[0039] 上式中；
[0040] N:小區(qū)編號{0,1,n}，0代表中屯、車場；
[0041 ] M:實際小區(qū)個數(shù)；
[0042] K:所需運輸車輛數(shù){1，2,…，m}; 1 表示牢娜:從小拉仔魏到猜賃曲 X=\) 否則 Ujt N . ， r
[0043] 1 表示小區(qū);'的運輸任務巧牟輛&完威 y*=〇 否剛 i，j€N. 3 :9
[0044] dij:小區(qū)巧IM、區(qū)j的直接距離，假設dij =山I;
[0045] Qi:小區(qū)i的調度量，調出為負，調入為正；
[OOW W ijk:運輸車輛k從租賃點巧曬賃點諱上的載運量；
[0047] Ii:小區(qū)i的最晚服務時間；
[004引 Gi:小區(qū)i的最早服務時間；
[0049] 11:運輸車輛到達小區(qū)i的時間；
[0050] :運輸車輛到達小區(qū)j的時間；
[0051] tU :運輸車輛從小區(qū)巧I勝小區(qū)j的時間；
[0052] tui:運輸車輛在小區(qū)i的裝卸時間；
[0053] P:時間懲罰系數(shù)，與乘客的等待時間成正相關關