一种基于多层次分区的公共自行车高峰期调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及公共自行车调度的技术领域，尤其是指一种基于多层次分区的公共自 行车高峰期调度方法。
【背景技术】
[0002] 公共自行车的租借在时间分布上存在明显的高峰期，工作日早高峰和晚高峰的租 借量远大于其他时段的租借量，工作日高峰期的用户量极有可能导致设施供给无法满足高 使用需求的情况。而在空间分布上具有潮软现象，同类型租赁点的租借规律相同，住宅类公 共自行车租赁点工作日高峰期多为基家出行，因此呈现明显租车高峰，而晚高峰即为还车 高峰。靠近就业区域公建类租赁点则相反。尽管公共自行车租赁点规划依据需求预测而定， 但设施限制和借还需求的不匹配仍衍生出公共自行车调度问题，W期通过调度最大限度满 足居民的使用需求。
[0003] 目前公共自行车调度通过临界阔值警告方式，实时每一个服务点的车辆状况，当 服务点的现存可用自行车数量临近饱和或非常少时，根据系统设置的空位和满溢阔值，发 出预警信息，提示系统调度员进行调度，调度员向相关工作人员发出调度指令，进行车辆调 配。运种调度方式的问题在于，临近阔值时发出调度指令，但调度方案临时确定，无法保证 其路径最优。而距离较远的调度往往受到高峰期拥堵影响，无法保证调度效率和及时性。
[0004] 公共自行车系统对于世界上大多数城市来说仍是新兴的交通方式，国外针对其的 集中研究也是从21世纪初左右才开始的，主要的研究文献与第=代公共自行车系统的发展 同步进行，主要集中在系统的发展特征、使用效果、面临的问题及优化改善几方面；国内对 公共自行车的研究相对国外更晚，研究内容也零零散散，其中运营调度问题的研究主要表 现如下:刘登涛等选择将动态车辆转运问题转化为静态车辆车辆转运问题，W运输成本最 少为目标，经公共自行车系统调度模型优化后调度车辆行驶路程比优化前减少50%。刘祖 鹏等将货郎担问题运用到公共自行车的动态调度问题中来，其首先收集有供给的租赁点处 的公共自行车，然后再将收集到的自行车发放到有需求的租赁点处，最终通过上述两个步 骤得到自行车的最优调度路径。董红召，赵敬洋等W最大化租赁点的满意度为目标建立了 公共慢行系统调度的模型，并采用了滚动时域调度算法针对公共自行车的主要特点，即时 间和空间不均衡问题进行了求解，最终实现了公共自行车系统的动态调度。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种基于多层次分区的公共 自行车高峰期调度方法，保证调度及时有效。
[0006] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为:一种基于多层次分区的公共自行 车高峰期调度方法，包括W下步骤：
[0007] 1)选定研究范围，采集基础资料，包括规划资料、各租赁点的设施资料、需求资料， 其中，所述规划资料包括规划租赁点位置、各租赁点规划配备车辆数和租赁点用地性质类 型，该租赁点用地性质类型主要分为交通枢纽、公交中途站、公建商业类、居住类和休闲类 五类;所述各租赁点的设施资料指实际锁车粧数;所述需求资料指该租赁点早晚高峰短时 段内公共自行车相对准确的借还量，一般记借车量为公共自行车出行发生量，为正值，而还 车量为出行吸引量，为负值；
[0008] 2)确定上层调度区域，分析各租赁点锁车粧数和借还需求关系，通过各点间车辆 流动关联度将周围租赁点纳入调度区域，直至上层调度区域内为公共自行车高峰期主要流 动范围；
[0009] 3)在调度区域内进行小区划分，根据各租赁点高峰期运营数据，结合聚类分析和 人工调整方法进行小区划分和编号；
[0010] 4)确定区间调度方案:根据步骤3)的小区划分结果，统计各小区高峰期短时段内 总需求量W及小区各租赁点中最早的时间要求，代入调度模型中计算得到区间调度方案；
[0011] 5)确定区内固定调度方案:根据各小区区内租赁点的分布和道路条件，利用最短 路模型进行区内固定调度路线的确定，并结合小区内各租赁点的短时段需求量确定区内调 度方案；
[0012] 6)结合区间和区内调度方案制定高峰期整体方案。
[0013] 在步骤2)中，分析确定上层调度区域的主要步骤包括：
[0014] 2.1)判断各租赁点的高峰期每10分钟需求量和其锁车粧数量的差异，若差值超过 锁车粧数量的一半，则将其作为供不应求的调度需求点；
[0015] 2.2)通过公共自行车借还刷卡数据或预约数据，得到调度需求点主要自行车流向 租赁点或自行车吸引租赁点，将其纳入上层调度区域内；
[0016] 2.3)判断调度区域内租赁点互为主要吸引、发生租赁点，即流入和流出调度区域 的公共自行车较少时，停止纳入新租赁点；
[0017] 2.4)判断调度区域内租赁点个数，较多则剔除部分租借关联度较低的租赁点，最 终确定调度区域范围；
[0018] 在步骤3)中，小区划分的主要步骤包括：
[0019] 3.1)输入步骤2)得到的调度区域内各租赁点高峰期每10分钟的需求数据，利用 SPSS软件进行聚类分析，将高峰期借还特性相近的租赁点归为一类；
[0020] 3.2)根据聚类结果，结合设计人员经验判断，将聚类相同且距离不大于300米的公 共自行车租赁点划分为一个小区；
[0021] 3.3)判断小区内租赁点个数N，若N〉6,则剔除部分距离较远的租赁点另划分为一 区，否则确定小区范围及内部租赁点，对小区进行编号a E {曰1，曰2，. . .，am}，同时对小区内部 租赁点进行标号baE {bal，ba2, . . . ,ban};
[0022] 在步骤4)中，确定区间调度方案的主要步骤包括：
[0023] 4.1)统计各小区高峰期每10分钟的需求数据，即小区内所有租赁点每10分钟需求 数据之和，将此数据作为小区需求数据；
[0024] 4.2)统计各小区内租赁点的最早的时间窗要求，将其作为相应小区的时间窗；
[0025] 4.3)采取设置虚拟小区的形式，将分区按相同顺序多次编号，按高峰期2小时计 算，每10分钟统计一次需求量，最多来回调度12次，则W小区个数M为一个周期，循环12个周 期编号，即a小区及其虚拟点编号集合为A={a，a+M，a+2M，. . .，a+llM};
[0026] 4.4)绘制高峰期期间所有小区的各时段时间窗需求表，其中应包括所有小区编 号、形屯、坐标、锁车粧数、需求量和时间区间；
[0027] 4.5)根据调度的实际情况，考虑运输车辆的固定成本、行驶成本W及客户的满意 度，建立目标函数：
[002引
[0029] 其中，表达式等号右边第一部分为固定成本，其取值与人工费用、车辆折旧费用、 车辆其它固定费用有关;第二部分为行驶成本，其取值与车辆单位油耗、租赁点间直线距 离、城市道路直线系数有关;第=部分为惩罚成本，其取值与运输车辆到达服务点的实际时 间、租赁点规定的服务时间、乘客等待时间有关；
[0030] 4.6)根据既定目标函数W及实际调度情况，确定模型的约束条件如下： 打'
[0031] ①运输车辆必须从中屯、车场出发=1 /=J ? 9 肉..
[0032] ②运输车辆必须回到中屯、车场=1 '=1 ;
[0033] ③运输车辆经过某一小区时，其调度量加上运输车辆原有的载运量不小于0且不 n n _巧 大于运输车辆的最大载运能力〇< 广qj<Q;其中，嘴=-111如、'財《ijk>0、ijeN k I ' 、
[0034] ④进入某小区的车辆，必须要从该小区离开乏碱=E如 U = l2,.：.n^Vk m
[0035] ⑤每个小区只有一辆车服务2>*=1
[0036] ⑥任一小区的需求量不大于调度车辆的容量0 < I Qi I yik < Q;
[0037] ⑦到达小区j的时刻等于到达上一个小区i并开始服务的时刻与该点服务时间 与两点间行程时间tリ之和tj = tiパij+tuii，j = 0，l，...，n，tij辛0;
[0038] ⑧到达各小区的上一时间窗的时间必须小于到达该小区下一时间窗的时间ti < ti+M；
[0039] 上式中；
[0040] N:小区编号{0,1,n}，0代表中屯、车场；
[0041 ] M:实际小区个数；
[0042] K:所需运输车辆数{1，2,…，m}; 1 表示牢娜:从小拉仔魏到猜赁曲 X=\) 否则 Ujt N . ， r
[0043] 1 表示小区;'的运输任务巧牟辆&完威 y*=〇 否刚 i，j€N. 3 :9
[0044] dij:小区巧IM、区j的直接距离，假设dij =山I;
[0045] Qi:小区i的调度量，调出为负，调入为正；
[OOW W ijk:运输车辆k从租赁点巧晒赁点讳上的载运量；
[0047] Ii:小区i的最晚服务时间；
[004引 Gi:小区i的最早服务时间；
[0049] 11:运输车辆到达小区i的时间；
[0050] :运输车辆到达小区j的时间；
[0051] tU :运输车辆从小区巧I胜小区j的时间；
[0052] tui:运输车辆在小区i的装卸时间；
[0053] P:时间惩罚系数，与乘客的等待时间成正相关关