基于存貯理論的共享單車調(diào)度的確定

喬通 劉鑫 王權(quán) 馮力靜

摘要：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)，共享單車逐漸的出現(xiàn)在了人們的生活當(dāng)中，給人們的生活帶來(lái)了很大的影響，在給人們的生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也存在著很多的問(wèn)題。針對(duì)共享單車的調(diào)度問(wèn)題，分析共享單車系統(tǒng)中存在的調(diào)配方法落后、車輛使用率低等缺點(diǎn)，然后基于隨機(jī)存貯模型策略，提出車輛比和區(qū)域調(diào)配量的計(jì)算方法，建立共享單車調(diào)度優(yōu)化算法模型，確定單個(gè)區(qū)域的最大和最小調(diào)配量，對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行了調(diào)度優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：調(diào)度；存貯模型；共享單車；供給需求；

中圖分類號(hào)：F 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

0引言

共享單車的調(diào)度形式根據(jù)是否需要人工參與分為自然調(diào)度和人工調(diào)度兩種。

（1）自然調(diào)度

自然調(diào)度是指共享單車系統(tǒng)通過(guò)用戶的騎車、停車保持各區(qū)域車輛數(shù)平衡。

（2）人工調(diào)度

人工調(diào)度是指共享單車系統(tǒng)工作人員通過(guò)人為調(diào)度保持各區(qū)域車輛數(shù)平衡。

1基于存貯理論的共享單車調(diào)度算法的建立

1.1車輛比

每個(gè)區(qū)域的投放自行車數(shù)目固定，考慮到自行車數(shù)量受流動(dòng)影響及用戶的隨機(jī)性而發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，假設(shè)區(qū)域i投放的自行車數(shù)量為 ，現(xiàn)有自行車數(shù)量為 ，則定義區(qū)域的車輛比為：

1.2區(qū)域調(diào)配量

區(qū)域自行車調(diào)配量與區(qū)域初始自行車數(shù)量及車量流動(dòng)有關(guān)。假設(shè)區(qū)域?yàn)閕，初始自行車數(shù)量為gi，調(diào)配量為Q。共享單車的使用與停放具有隨機(jī)性，各個(gè)時(shí)段的需求量ri，為離散隨機(jī)變量，設(shè)每日需求量ri的概率分布為P（η）。

1）當(dāng)某一時(shí)刻車輛比Si

2）當(dāng)某一時(shí)刻車輛比Smin

3）當(dāng)某一時(shí)刻車輛比Si

1.3車輛比上下限值Smax和Smin的確定

當(dāng)車輛比Si

分別取滿足式（10）及式（9）的Si，令Smax=Si，即可得到平峰時(shí)段與高峰時(shí)段不同的最高車輛比，進(jìn)行調(diào)配量Q的確定。

對(duì)于Smin的確定，在考慮到不需要進(jìn)行自行車的調(diào)入僅存在調(diào)出時(shí)，需求量的期望值為

（10）

在沒(méi)有自行車的調(diào)入或者調(diào)出時(shí)，期望值為

（11）

令 （12）

此時(shí)令Si取值分別為r1，r2，…，rn，按由小到大的順序帶入式（9）（式中Smax的取值按照平峰時(shí)計(jì)算），第一個(gè)滿足C（S）≤C（S*）的ri即為Smin[4]。

2各區(qū)域共享單車滿足程度的判斷

居民在停車過(guò)程中，自己選擇區(qū)域，實(shí)際上是一種自組織行為，達(dá)到局部自我調(diào)整狀態(tài)。區(qū)域的庫(kù)存量水平并非靜止不動(dòng)，而是隨著單車數(shù)量的流動(dòng)變化而變化。共享單車的流動(dòng)特性對(duì)供給算法影響較大[5]，決定了供給周期、供給量等指標(biāo)，因此，需要判斷各區(qū)域所需共享單車的滿足程度，制定相應(yīng)的度量指標(biāo)進(jìn)行供給。

供給中心可以實(shí)時(shí)獲取區(qū)域的初始庫(kù)存量，下一時(shí)段的交通需求可以通過(guò)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)得到，因此能夠預(yù)測(cè)下一時(shí)段的庫(kù)存量，當(dāng)庫(kù)存量超過(guò)規(guī)定范圍時(shí)，產(chǎn)生供給需求。在供給路線確定的情況下，以搬運(yùn)量最小為目標(biāo)，建立區(qū)域供給需求模型，在供給結(jié)束時(shí)盡量以最小裝載量返回供給中心[6]。

2.1度量指標(biāo)的確定

在一個(gè)供給區(qū)域內(nèi)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可以將區(qū)域庫(kù)存量達(dá)到容量的λs倍（0<λs≤1.0的常數(shù)）作為供給調(diào)整的上限閾值，庫(kù)存量達(dá)到容量的λs倍（0<λs≤1.0的常數(shù)）作為供給調(diào)整的下限閾值。也就是說(shuō)，當(dāng)庫(kù)存量與預(yù)測(cè)的下一時(shí)段需求之和大于區(qū)域容量的λs倍時(shí)，該點(diǎn)產(chǎn)生調(diào)出需求，應(yīng)運(yùn)走適量共享單車；當(dāng)區(qū)域庫(kù)存量與預(yù)測(cè)所得到的下一時(shí)段需求之和小于容量的λs倍時(shí)，則該點(diǎn)產(chǎn)生調(diào)入需求[7]，應(yīng)運(yùn)來(lái)適量共享單車。

根據(jù)上面分析，建立供給需求預(yù)測(cè)模型，表達(dá)式如（14）所示：

（14）

式中：xi—第i個(gè)區(qū)域的供給需求，輛；

ci—第i個(gè)區(qū)域庫(kù)存量，輛：

ri—第i個(gè)區(qū)域容量，輛；

yi—第i個(gè)區(qū)域下一時(shí)段車輛停借差，輛；

λm—第i個(gè)區(qū)域飽和度

其中，當(dāng)xi為正時(shí)，則表示第i個(gè)區(qū)域有多車供給需求，要調(diào)出xi輛車；當(dāng)xi為負(fù)時(shí)，表示第i個(gè)區(qū)域有缺車供給需求，要調(diào)出xi輛車；當(dāng)xi 為零時(shí)，表示第i個(gè)區(qū)域無(wú)需進(jìn)行供給。

共享單車在供給過(guò)程中，用區(qū)域飽和度（庫(kù)存量與區(qū)域容量的比值，即 ）與供給上下限閾值比較，作為定量判斷是否供給的依據(jù)。庫(kù)存量 與供給需求量ci應(yīng)滿足如下需求：

（15）

以供給需求量作為度量指標(biāo)，判斷各區(qū)域共享單車的滿足程度[8]。

2.2共享單車流動(dòng)特性分析

由于用車、停車在時(shí)間和空間上具有較大的差異性，部分區(qū)域會(huì)出現(xiàn)無(wú)車可借或者無(wú)位可還的情況，這種不平衡性，對(duì)共享單車交通系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生較大影響。共享單車的使用與時(shí)間段具有多大的相關(guān)性，值得去調(diào)查研究，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中分析各區(qū)域的共享單車使用規(guī)律，為車輛供給提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

共享單車流動(dòng)特性分析表明，各區(qū)域各時(shí)間段間借還車存在差異，因此盡可能利用區(qū)域間的借還不平衡性，相互調(diào)劑，均衡共享單車數(shù)量[9]，達(dá)到快速供給調(diào)整的目的。

取區(qū)域容量上限閾值λN=0.9，區(qū)域容量下限閾值λx=0.1，區(qū)域供給調(diào)整后區(qū)域飽和度λm=0.5。

2.3求解過(guò)程

首先計(jì)算ci+yi與0.1ri、0.9ri、0.5ri的關(guān)系，判斷各區(qū)域是否有供給需求，計(jì)算數(shù)值列于表3中。

表3中，以區(qū)域1為例說(shuō)明求解過(guò)程。由調(diào)查數(shù)據(jù)可知，該區(qū)域的庫(kù)存量為119輛，即ci=119。，下一時(shí)段需求yi=-3，表明有3輛借車需求[10]，而初始庫(kù)存量為119?？紤]到車輛停借的波動(dòng)性，供給后還應(yīng)使區(qū)域庫(kù)存量達(dá)到一定數(shù)量，本論文設(shè)定調(diào)整后的庫(kù)存量為區(qū)域容量的0.5倍，即134輛，因此其供給需求量為17輛，需從其他區(qū)域調(diào)入到該區(qū)域17輛車。

4結(jié)論

目前對(duì)共享單車的調(diào)度沒(méi)有合理的安排，大多靠人為調(diào)度，不能及時(shí)地合理調(diào)度。根據(jù)庫(kù)存理論的基本原理，公共自行車供給具有雙向性，與傳統(tǒng)物流存在一定的差異，從而提出系統(tǒng)供給的基本要求。