一种共享式自行车系统服务点容量规划方法与流程

本发明涉及一种共享式自行车系统服务点容量规划方法，属于智能交通领域。

背景技术：

城市共享式自行车系统(bicyclesharingsystem，bss)分为锁桩式公共自行车和无锁桩式共享单车两种模式近年来自行车需求量规模性的增长给bss带来了巨大挑战，然而，无论是无锁桩式共享单车系统的电子围栏还是锁桩式公共自行车系统的租赁站点，服务点都有容量的限制，容量过小，大部分租还需求得不到满足；容量过大，成本高、利用率低。因此，服务点容量科学规划是解决共享自行车系统服务点出现全空或全满的交通需求极端状态(简称：极态)的关键，构建适合于共享自行车系统服务点的容量规划方法，从而达到基本满足租还需求的条件下实现成本最小化。

技术实现要素：

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种共享自行车系统服务点的容量规划方法。

本发明的一种共享自行车系统服务点的容量规划方法，包括以下步骤：

1)将最小服务周期按时间平均划分为若干个时间段，得到服务点基本容量：

城市共享式自行车系统建设初期，服务点容量规划往往依靠粗放的人工经验，或估算服务点附近建筑面积、人口密度简易规划。但是，实际租还需求往往存在较严重的时空不平衡现象，具体表现为景区、商业购物中心服务点节假日租还量明显高于普通工作日，而大型公交中转站服务点工作日的租还量明显高于节假日；景区、商业购物中心服务点9:00-10:00归还需求远远多于租借需求，17:00-19:00租借需求远远多于归还需求，而居民区服务9:00-10:00租借需求远远多于归还需求，17:00-19:00归还需求远远多于租借需求，存在明显的潮汐现象，即使采取人工调度也不一定能达到动态平衡的效果，导致部分服务点服务能力不足以满足用户需求，而其他服务点服务能力过剩。

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种共享自行车系统服务点的容量规划方法。将最小服务周期按时间平均划分为若干个时间段，t时刻某服务点共享自行车的数量等于t-1时刻自行车的数量加上t-1至t时间段内归还自行车的数量减去t-1至t时间段内租借自行车的数量，相应地，t时刻服务点空位数量等于t-1时刻空位数量加上t-1至t时间段内租借自行车的数量减去t-1至t时间段内归还自行车的数量，同时确保t时刻服务点共享自行车的数量和空位数量均大于等于0。得到服务点基本容量如下：

式(1)中：c为某服务点的基本容量要求；为某服务点t时刻的空位数量为t时刻某服务点共享自行车的数量；cren为某时段内租借共享自行车的数量；cret为某时段内归还共享自行车的数量；

2)计算租还需求不平衡系数：

虽然单个服务点日租借总量和日归还总量大致相等，但是某时段内租借量和归还量相差较大，租还需求不平衡比较严重。针对全日每个时段租借量和归还量的差异，定义了租还需求不平衡系数pd，描述bss运行服务期间租借量和归还量的差异特征。

式(2)、式(3)中：pd为租还需求不平衡系数；t为取样量，等于bss最小服务周期长度与取样时间段长度的比值；i为样本编号，i＝1、2、3…；为i样本的租还需求不平衡系数；为i样本服务时段内租借自行车的数量；为i样本服务时段内归还自行车的数量。

3)计算净租还量不均衡系数：

bss运行服务最小周期内，以某服务点净租还量(|租借量-归还量|)在时间上的大小变化会呈现出不同的特征，按照净租还量高峰出现的次数分为：双峰型，净租还量在某两个时间点上非常集中，潮汐特性明显，典型的实例为上下班时段的租还高峰；全峰型，最小服务周期内净租还量都非常大，一般发生在节假日高成熟度开发地区附近的服务点；突峰型，位于城市公共娱乐、活动场所附近的服务点，有一个持续时间较短的突变的净租还量高峰；无峰型，基本无高峰时段，服务周期内净租还量都比较小。

针对不同时段净租还量在时间上的不同分布类型，定义了净租还量不均衡系数pnr，描述不同时段之间净租还量的分布特征。

为了准确描述净租还量在时间上的不均衡特性，定义了如下2个参数：

ici为时间上相邻样本的净租还量差异，

iicgap为最小服务周期内加权净租还量差异。具体计算方法如下：

①获取时间上相邻样本净租还量差异的平均值，

cave＝average(ci).(6)

②计算差异系数αi，

③根据差异系数αi排序编码，以α5＜α3＜α1＜α7＜α4＜α6＜α2为例，编码如表1所示。αi越大，表示ci与cgve相差越大，即相邻样本净租还量差异与平均值相差越大，净租还量在时间上的升降趋势明显，需要重点保证满足用户需求，因此编码数设置越大。

表1差异系数排序编码表

④获得运行服务周期内加权净租还量差异cgap，

由此，净租还量不均衡系数pnr为：

4)服务点最小容量计算：

改进服务点容量不仅需要满足该服务点的历史租还量，还要考虑容量限制等因素对实际租还需求的影响。租还需求不平衡系数描述了bss运行服务时段租借量和归还量的差异特征，净租还量不均衡系数描述了不同时段之间净租还量的分布特征，两者对于基本容量具有独立性，并且这两个系数与基本容量同时较优时，服务点的容量规划才能达到最优，因而这两个系数与基本容量应是乘法关系。因此，服务点的最小容量应满足：

cmin＝c×pnr×pd.(10)

式(10)中：cmin服务点的最小容量应；c为某服务点的基本容量要求；pnr租还量不均衡系数；pd为租还需求不平衡系数。

本发明的优点是：使用本发明的共享式自行车系统服务点容量规划方法，在服务点容量改进中能够满足所有租还需求，服务点利用率较高，不存在过度浪费现象，为共享自行车系统服务点容量规划提供了决策参考。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

图2是龙翔桥服务点高峰期末采取调度曲线。

图3是龙翔桥服务点高峰期采取调度曲线。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。为了准确描述共享自行车系统服务点的容量规划方法，定义了如下参数：

1)c：c为某服务点的基本容量要求；为某服务点t时刻的空位数量；为t时刻某服务点共享自行车的数量；cren为某时段内租借共享自行车的数量；cret为某时段内归还共享自行车的数量；

2)pd：pd为租还需求不平衡系数；

3)t：t为取样量，等于bss最小服务周期长度与取样时间段长度的比值；

4)i：i为样本编号，i＝1、2、3…；为i样本的租还需求不平衡系数；为i样本服务时段内租借自行车的数量；为i样本服务时段内归还自行车的数量；

5)ci：ci为时间上相邻样本的净租还量差异；

6)cgap：cgap为最小服务周期内加权净租还量差异；

7)αi：αi为计算差异系数；

8)pnr：pnr净租还量不均衡系数pnr。

本发明的实施例

为验证本发明的有效准确性，选取杭州市人工值守服务点龙翔桥作为实验研究对象，将施行人工值守前的租还数据作为实验数据。施行人工值守后，服务点的交通租还需求基本能达到随租随还的目标，因此将施行人工值守后的租还数据作为验证数据。

(1)服务点容量规划

选取施行人工值守前工作日/非工作日、正常天气、春/秋季共50天7：00-19：00的历史租还数据，并计算每30min的历史租还量平均值，具体如表1所示。

表1施行人工值守前租还数据(龙翔桥服务点)

将施行人工值守前的租还数据代入式(1)，获得服务点基本容量c＝39。由于早晚高峰(8:00-10:00、17:00-19:00)服务点受容量限制，租还次数基本无升降趋势，但是历史租还数据与历史实际交通租还需求相差较大，因此在计算交通需求不平衡系数和净租还量不均衡系数时，早晚高峰时段采用通过历史租还数据估算的自然租赁需求量计算，高峰时段自然租赁需求量如表2所示。

表2高峰时段自然租赁需求量(龙翔桥服务点)

将施行人工值守前的租还数据与高峰时段自然租赁需求数据代入式(3)，交通租还需求不平衡系数pd＝1.76。代入式(9)，净租还量不均衡系数pnr＝1.3015。通过式(10)计算得到cmin＝89。由此得出，龙翔桥服务点的容量应改进为89。

(2)服务点容量验证与分析

为验证本发明的有效准确性，选取该服务点施行人工值守后工作日/非工作日、正常天气、春/秋季共50天7:00-19:00每30min的平均租还量(满足所有用户交通需求的数量)，具体租还数据如表3所示。

表3施行人工值守后租还数据(龙翔桥服务点)

龙翔桥服务点每30min的共享自行车数量和空位数量如图2所示。数量为0和89的两条水平线是限制线，服务周期内共享自行车数量和空位数量在两条水平线之间为完全满足用户需求；低于0水平线或高于89水平线为不能完全满足用户的交通需求，距离限制线越远代表更多的交通需求得不到满足。

从图3中可以看出，早晚高峰交通租还需求极度不平衡造成的极态现象在时间上延续，导致服务点79％的服务时段都存在极态现象。因此，根据实际交通需求，早晚高峰(8:00-10:00、17:00-19:00)每30min安排一次人工调度，既满足高峰时段的交通需求，又缓解因高峰时段交通需求量大且不平衡而影响整个运营周期的服务质量，采取早晚高峰(8:00-10:00、17:00-19:00)每30min安排一次人工调度后该服务点每30min的共享自行车数量和空位数量如图3所示。

从图3中可以看出，虽然还有3个时段不能完全满足用户的交通需求，但是超出限制线的数量很少，且87.5％的服务时段能满足用户的交通需求，基本达到了随租随还的目标。同时，该服务点自行车数量曲线和空位数量曲线在限制线内均有较大波动，这说明服务点的利用率较高，本发明切实有效。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。