本发明涉及城市公共自行车调度及共享单车领域，具体涉及一种有桩与无桩混用的公共自行车分区调度方法。
背景技术：
作为有效缓解交通拥堵与节能减排的绿色交通手段，自行车共享系统在中国，甚至世界范围内得到了广泛关注。该模式不仅满足出行方式的多元化的需求、有效解决轨道交通“最后一公里”的问题，而且有助于改善居民身体健康、提升居民生活品质。目前，自行车共享系统主要分为两种形态：有桩的共享自行车模式与无桩的共享自行车模式。两种共享自行车形态各有优劣，用户群体也存在显著差异，最终将形成差异化竞争与协同发展。因此，相当长的一段时间内，自行车共享系统都将呈现混合形态。
然而，两种模式的自行车共享系统目前各自为营，运营管理难以联动，混合的自行车共享网络暴露出诸多问题，例如：无桩共享自行车停车混乱与挤占有桩共享自行车桩位、交通潮汐造成的无车可借、高峰调度计划相互干扰造成供给过剩等等。这些问题进一步加剧了公共空间的紧张局面，给城市管理带来了新的问题。因此，亟需对有桩与无桩的共享自行车混合模式进行协同优化与调度。
技术实现要素：
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种计算简单、综合考虑有桩与无桩两种公共自行车形态的调度方法。
技术方案：本发明所述的一种有桩与无桩混用的公共自行车分区调度方法，包括如下的步骤：
s1、混合自行车共享网络的数据获取：以城市道路中心线切割形成的街区为单位区块，获取任意单位区块qi内的有桩公共自行车与无桩公共自行车的高峰小时租车数量pi以及还车数量ai、单位区块内的桩位数
s2、基于不平衡热度确定调度子区数量：每个单位区块的不平衡热度由单位区块的平均租还差周转率确定，平均租还差周转率由步骤s1中得到的有桩公共自行车与无桩公共自行车的高峰小时租车数量pi、还车数量ai、单位区块内的桩位数
单位区块qi的租还差：ki＝pi-ai(1)
单位区块qi的租还差周转率：
所有单位区块的平均租还差周转率：
基于不平衡热度的调度子区数量n由城市建设用地总面积area和平均租还差周转率
其中，int表示取整；e表示约束条件下调度子区的合适面积。
s3、以多因子聚类进行调度子区划分：首先，根据每个单位区块的几何中心坐标(xi,yi)，采用k均值聚类方法，将单位区块划分为n个片区，由k均值聚类产生的n个聚类中心即为每个调度子区中心；从n个调度子区中心所在的单位区块出发，合并与其相邻的其他单位区块形成小区，小区继续合并其临近的单位区块，每个单位区块只能被合并一次；当存在多个临近单位区块时，采用租还中和原则选择要合并的单位区块，直至小区满足收敛条件时，停止合并，该小区变更为调度子区；所有小区均变更为调度子区后，调度子区划分完成。
s4、生成调度子区内调度量与区间调度量：调度子区k内调度量由其内部mk个单位区块的高峰小时租车数量
调度子区k内调度量：
区间调度量由每个调度子区无法内部调度的部分累积确定，计算公式如下：
区间调度量：
s5、确定调度子区仓库容量与位置：调度子区k的仓库容量由调度子区k内调度量确定，计算公式如下：
ck＝β×vk(7)
其中，β为调整因子，取值范围0-1，表示仓库容量在调度子区的调度量中的占比；
对调度子区k内的任意单位区块j，计算目标参数
其中，
s6、确定最佳调度卡车车队规模：调度子区k内的循环车数量由调度子区k内调度量vk和区内循环车的额定装载自行车的量c1确定，具体计算公式如下：
调度子区间接运车数量由区间调度量vall和区间接运车的额定装载自行车的数量为c2确定，具体计算公式如下：
其中，步骤s3中收敛条件包含如下三条，满足其一即可：
(1)该小区所有临近单位区块均已被其他小区合并；
(2)该小区内的租还差ki之和小于区内循环车的额定装载自行车的量c1；
(3)该小区面积达到或超过调度子区最大面积g，调度子区最大面积计算公式为
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1)本发明的方法可以有效缓解因调度不足引起的公共自行车乱停放、供需不匹配等问题，一定程度上提高了公共自行车的周转率，大大提高了城市公共自行车的利用效率与城市面貌，满足居民出行的同时最大程度减少对城市的负面影响。
2)本发明方法综合考虑了有桩与无桩公共自行车的联合调度，充分达到了整个系统最优，缓解了出行者无车可借或无处可还的尴尬情况，两种类型的车辆调度采用相同的调度仓库，避免了各自为政造成的交通资源浪费。
3)本发明方法中引入了调度子区概念，实现了调度子区内部与调度子区间的两类调度模式，将复杂的系统问题分解为简单的片区问题，很大程度上降低了调度的总需求量，从而减少了相应的调度车辆数目与仓储容量，从根源上控制了调度的距离与成本。
4)本发明方法比传统的优化方法更为简单，数据获取便捷，易于操作，并且便于计算机运算。同样的城市场景下，计算速度更快，该可以处理大城市以及特大城市规模的公共自行车调度。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明的调度子区划分示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。在描述前，对本发明中主要使用的术语做如下定义：单位区块为根据道路网络直接切割形成的最小的单元；调度子区为单位区块经过合并最终形成的区域；小区指的是在各个单位区块合并还未最终形成调度子区之前(即过渡状态下)所合并的区域。
如图1所示，本发明提供的一种有桩与无桩混用的公共自行车分区调度方法，包括如下的步骤：s1、获取有桩与无桩混用的公共自行车共享网络的数据；s2、基于不平衡热度确定调度子区数量；s3、以多因子聚类进行调度子区划分；s4、生成调度子区内调度量与区间调度量；s5、确定调度子区仓库容量与位置；s6、确定最佳调度卡车车队规模。以下详述具体实现过程。
s1：混合自行车共享网络的数据获取
以城市道路中心线切割形成的街区为单位区块，获取任意单位区块qi内的有桩公共自行车与无桩公共自行车的高峰小时租车数量pi以及还车数量ai、单位区块内的桩位数
s2：基于不平衡热度确定调度子区数量
每个单位区块的不平衡热度由单位区块的平均租还差周转率确定，平均租还差周转率由步骤s1得到中的有桩公共自行车与无桩公共自行车的高峰小时租车数量pi、还车数量ai、单位区块内的桩位数
单位区块qi的租还差：ki＝pi-ai(1)
单位区块qi的租还差周转率：
所有单位区块的平均租还差周转率：
基于不平衡热度的调度子区数量n由城市建设用地总面积area和平均租还差周转率
其中，int表示取整；e表示约束条件下调度子区的合适面积，它是一个经验值，在本实施例中取值为5，具体含义为：当平均租还差周转率
s3：以多因子聚类进行调度子区划分
如图2所示，首先，根据每个单位区块的几何中心坐标(xi,yi)，采用k均值聚类方法，将单位区块划分为n个片区(此处为n＝5)，由k均值聚类产生的n个聚类中心即为每个调度子区中心；从n个调度子区中心所在的单位区块出发，合并与其相邻的其他单位区块形成小区，小区继续合并其临近的单位区块，每个单位区块只能被合并一次；当存在多个临近单位区块时，采用租还中和原则选择要合并的单位区块，直至小区满足收敛条件时，停止合并，该小区变更为调度子区；所有小区均变更为调度子区后，调度子区划分完成。本发明中相邻和临近指的都是单位区块要接壤，有一部分边是共享的。
其中，租还中和原则为：若合并的区块内所有单位区块的租还差ki之和为负，则继续合并临近单位区块中租还差ki最大的单位区块；若合并的区块内所有单位区块的租还差ki之和为正，则继续合并临近单位区块中租还差ki最小的单位区块。
收敛条件包含如下三条，满足其一即可：
(1)该小区所有临近单位区块均已被其他小区合并；
(2)该小区内的租还差ki之和小于区内循环车的额定装载自行车的量c1；
(3)该小区面积达到或超过调度子区最大面积g，调度子区最大面积计算公式为
s4：生成调度子区内调度量与区间调度量
调度子区k内调度量由其内部mk个单位区块的高峰小时租车数量
调度子区k内调度量：
区间调度量由每个调度子区无法内部调度的部分累积确定，计算公式如下：
区间调度量：
s5：确定调度子区仓库容量与位置
调度子区k的仓库容量由调度子区k内调度量确定，计算公式如下：
仓库容量：ck＝β×vk(7)
其中，β为调整因子，取值范围0-1，表示仓库容量在调度子区的调度量中的占比，本实施例中取值为0.8。由于车辆的调度运转在持续进行中，因此针对一个调度子区总的调度量vk，不会将相应车辆都放到仓库里，再从仓库里拿出来，所以预留80％左右的容量作为仓库容量。
对调度子区k内的任意单位区块j，计算目标参数
目标参数：
其中，
距离公式：
s6：确定最佳调度卡车车队规模
调度卡车包含区内循环车和区间接运车两种模式；区内循环车用于每个调度子区内部，进行区内不同单位区块与子区调度仓库之间的自行车调度；区间接运车用于不同的调度子区仓库之间的调度。
调度子区k内的循环车数量由调度子区k内调度量vk和区内循环车的额定装载自行车的量c1确定，具体计算公式如下：
调度子区间接运车数量由区间调度量vall和区间接运车的额定装载自行车的数量为c2确定，具体计算公式如下：