基于大數(shù)據(jù)的共享電動汽車智能化管理模塊研究
——以車輛租賃模塊為例

于瑞

（常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州213164）

大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展刺激了共享電動汽車的運(yùn)營管理模式的更新，傳統(tǒng)的人工車輛運(yùn)營方式已滯后于社會民眾對共享電動汽車需求，并由此激發(fā)了從開放的公共數(shù)據(jù)中提取價(jià)值信息，解決車輛資源租賃問題的管理服務(wù)模式。如何加速傳統(tǒng)租賃服務(wù)模式轉(zhuǎn)型升級為基于大數(shù)據(jù)的車輛租賃服務(wù)模式，提高車輛使用效率，優(yōu)化車輛網(wǎng)點(diǎn)配置，是共享電動汽車領(lǐng)域面臨的主要難題。

1 問題提出：共享電動汽車租賃網(wǎng)點(diǎn)和車輛調(diào)度優(yōu)化

從共享電動汽車運(yùn)營商出發(fā)，依托共享平臺上的車輛使用時間、使用區(qū)域、出行里程等數(shù)據(jù)信息，對共享電動汽車的網(wǎng)點(diǎn)布局、車輛租賃、車輛調(diào)度等問題進(jìn)行研究，從而使企業(yè)資源配置效率最大化，用戶體驗(yàn)滿意度最優(yōu)化。

1.1 車輛租賃網(wǎng)點(diǎn)的位置和數(shù)量確定

車輛租賃網(wǎng)點(diǎn)是指共享電動汽車在社會公共區(qū)域的聚集投放地點(diǎn)，企業(yè)往往會選擇若干個租賃地點(diǎn)進(jìn)行比較和分析，并從中選擇最優(yōu)且亟待建設(shè)的網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃投放，明確各個網(wǎng)點(diǎn)停車位的具體數(shù)量。租賃網(wǎng)點(diǎn)選址通常根據(jù)市場調(diào)查報(bào)告進(jìn)行主觀定位，該方式雖然在一定程度上可以保證有效對接市場，但調(diào)查數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性會阻礙租賃網(wǎng)點(diǎn)的最優(yōu)化選擇，借助大數(shù)據(jù)可有效解決數(shù)據(jù)規(guī)模、精準(zhǔn)度和真實(shí)性的不足。采取0-1 規(guī)劃選址的方法對其進(jìn)行位置定位，圖1 展示了共享電動汽車租賃網(wǎng)點(diǎn)位置和停車位數(shù)量的示意圖，圖中橢圓形圍合范圍表示共享汽車運(yùn)營區(qū)域，黑色小方塊表示車輛租賃網(wǎng)點(diǎn)，地理區(qū)域按照小區(qū)方格進(jìn)行劃分，假設(shè)各小區(qū)用戶對共享電動汽車需求最旺盛的區(qū)域位于圖中紅點(diǎn)處，用戶會選擇就近的租賃網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行租車和歸還。

車輛租賃網(wǎng)點(diǎn)一方面取決于用戶對該網(wǎng)點(diǎn)的使用需求，另一方面和附近網(wǎng)點(diǎn)距離有關(guān)。例如，若某個租賃網(wǎng)點(diǎn)用戶需求度較低，且附近有同類型的租賃網(wǎng)點(diǎn)存在，那么該網(wǎng)點(diǎn)就會被取代成為無效網(wǎng)點(diǎn)。租賃網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)部汽車停車位的數(shù)量決定了網(wǎng)點(diǎn)的最大車輛容量和客流的最大消化量，通過顧客歷史數(shù)據(jù)和出行數(shù)據(jù)可以明確其對某一區(qū)域的實(shí)際需求，在實(shí)際網(wǎng)點(diǎn)布置和停車位數(shù)量確定時可依托此數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)配置。

圖1 共享電動汽車租賃網(wǎng)點(diǎn)和停車位建設(shè)示意圖

1.2 車輛運(yùn)營期間的調(diào)度策略

基于大數(shù)據(jù)分析處理后得出用戶需求，做出車輛異地安排和調(diào)度的最優(yōu)決策。共享車輛狀態(tài)可分為出行、閑置、充電和調(diào)度，企業(yè)需要借助用戶需求大數(shù)據(jù)分析各運(yùn)營時間段的車輛處于的最優(yōu)狀態(tài)，比如某企業(yè)在8:00-9:00 運(yùn)營時間段內(nèi)處于上班高峰期，用戶對共享電動汽車的需求較大，需要給出該時刻出行、閑置、充電車輛的具體位置和數(shù)量，并根據(jù)各區(qū)域需求進(jìn)行各網(wǎng)點(diǎn)之間的車輛調(diào)度，由此計(jì)算企業(yè)運(yùn)營的成本和收益。

從車輛流動的角度可以很好地理解車輛調(diào)度的最優(yōu)化，按照時間和空間的維度劃分，N 表示租賃網(wǎng)點(diǎn)，t 表示時刻，N11 表示t1 時刻的N1 租賃網(wǎng)點(diǎn)，N12 表示t2 時刻的N2 租賃網(wǎng)點(diǎn)。圖2 表示車輛調(diào)動示意圖，方塊表示租賃網(wǎng)點(diǎn)，實(shí)線表示車輛正處于出行狀態(tài)，虛線表示車輛正處于調(diào)度狀態(tài)，充電標(biāo)識標(biāo)識該網(wǎng)點(diǎn)正在充電。

從上圖可以看出，從N11 到N22 的實(shí)線表示車輛在t1 時刻從N1 網(wǎng)點(diǎn)正在駛?cè)氲絅2 網(wǎng)點(diǎn)，并在t2 時刻到達(dá)，從N22 到N13 的虛線表示車輛在t2 時刻從N2 網(wǎng)點(diǎn)調(diào)度到N1 網(wǎng)點(diǎn)，并在t3 時刻到達(dá)。由此可見，在某個特定時間段，車輛只能處于一種流動狀態(tài)，借助大數(shù)據(jù)可以合理安排運(yùn)營期間處于調(diào)度、出行、充電和閑置車輛的數(shù)量，保證企業(yè)利潤的最大化，使用戶得到最優(yōu)質(zhì)的的服務(wù)。

圖2 車輛調(diào)度示意圖

2 模塊設(shè)計(jì)：基于大數(shù)據(jù)的車輛租賃模塊設(shè)計(jì)和分析

車輛租賃智能化管理模塊可以實(shí)現(xiàn)共享電動汽車網(wǎng)點(diǎn)的合理規(guī)劃、停車位的數(shù)量安排和車輛流動狀態(tài)的最優(yōu)配置，針對以上三種功能需要對模塊進(jìn)行具體化設(shè)計(jì)，保證管理模塊的有效運(yùn)行。

2.1 網(wǎng)點(diǎn)規(guī)劃建設(shè)子模塊

車輛租賃網(wǎng)點(diǎn)的規(guī)劃、布局和建設(shè)是共享電動汽車取得較高市場覆蓋率的關(guān)鍵要素，用戶會根據(jù)自身需求前往就近區(qū)域的網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行車輛租賃，到達(dá)目的地后會歸還車輛使其處于閑置或充電狀態(tài)。因此，網(wǎng)點(diǎn)的規(guī)劃、布局、建設(shè)和投入運(yùn)營與顧客需求、車輛流動大數(shù)據(jù)密切相關(guān)密切相關(guān)，若某區(qū)域沒有車輛流動或沒有顧客需求發(fā)生，那么該區(qū)域就不該規(guī)劃網(wǎng)點(diǎn)。同時，需要明確網(wǎng)點(diǎn)的停車位規(guī)模，在某個運(yùn)營日初始時刻，停車位處于最大容量，即該時刻的瞬時容量大數(shù)據(jù)即成為該網(wǎng)點(diǎn)的車位數(shù)量。

2.2 車輛流動子模塊

車輛流動共包含租賃、出行、閑置和調(diào)度四種狀態(tài)，其中調(diào)度狀態(tài)要以其他三種狀態(tài)為前提，因此四種車輛流動狀態(tài)的數(shù)據(jù)需符合實(shí)際運(yùn)行情況，運(yùn)營日初始時刻的車輛流動數(shù)據(jù)應(yīng)等于四種狀態(tài)的數(shù)據(jù)之和，且需要保證各狀態(tài)車輛的進(jìn)出平衡。在跨時段運(yùn)營期間，處于此期間的車輛流動狀態(tài)會影響到各區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，但車輛流動總量不會改變，因此可以根據(jù)車輛在各運(yùn)營時段的流動狀態(tài)數(shù)據(jù)分析每個時段的最優(yōu)配置，保證顧客在前往一個網(wǎng)點(diǎn)時不會出現(xiàn)“無車可用”或“無處可?！钡那闆r。

各流動狀態(tài)對應(yīng)的大數(shù)據(jù)可以被賦予不同的價(jià)值：（1）車輛租賃數(shù)據(jù)?？筛鶕?jù)租賃大數(shù)據(jù)預(yù)測用戶在特定區(qū)域內(nèi)對于車輛的實(shí)際需求，精準(zhǔn)區(qū)分不同類別的用戶群體；（2）車輛出行數(shù)據(jù)。可將車輛出行時的交通情況、駕駛體驗(yàn)、運(yùn)行狀態(tài)等反饋給用戶，幫助用戶做出共享出行的決策；（3）車輛閑置數(shù)據(jù)。企業(yè)依據(jù)閑置車輛的數(shù)量對區(qū)域內(nèi)的車輛總量閾值進(jìn)行再評估，做出是否減少最大容量的決策；（4）車輛調(diào)度數(shù)據(jù)。對企業(yè)而言，車輛調(diào)度的及時、快速、高效可以降低企業(yè)運(yùn)營成本，擴(kuò)大營收盈利，實(shí)現(xiàn)利潤最大化目標(biāo)；對用戶而言，車輛調(diào)度可以保證用戶在需要用車時不會出現(xiàn)“無車可用”情況，增強(qiáng)用戶的共享體驗(yàn)。

2.3 車輛充電子模塊

在運(yùn)行過程中，由于客戶租用了、車輛調(diào)度表，因此電動汽車的功率將降低，電池電量會影響客戶的使用情況。當(dāng)電池電量太低時，將無法滿足客戶的出行需求。此時，客戶通常會選擇其他旅行方式，例如出租車和公共交通工具。因此，在設(shè)計(jì)特定模塊時，考慮電動汽車充電對車輛流量的影響，在租賃網(wǎng)絡(luò)中共享電動汽車充電處理過程如下：首先，前任客戶將車輛退回至出租店，APP 根據(jù)剩余電池電量確定是否需要充電；其次，如果需要對車輛進(jìn)行充電，則APP 提醒客戶對車輛進(jìn)行充電，然后客戶對車輛進(jìn)行充電并退還。如果不需要對車輛進(jìn)行充電，則客戶直接將車輛退回，車輛等待供下一個客戶租用；最后，被充電的車輛在停車位被充電并且下一個顧客到達(dá)，如果此時功率未達(dá)到車輛可用功率的下限，APP 提醒客戶等待。如果巡航范圍達(dá)到下限及以上，則APP 會顯示車輛可用，并且客戶會根據(jù)實(shí)際需要租車。當(dāng)然，此處的車輛充電子模塊只是對充電過程進(jìn)行優(yōu)化，更為具體的智能化管理應(yīng)用還需要通過車輛充電管理模塊來實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)論

共享電動汽車智能化管理需要依托不同類型、不同運(yùn)營維度、不同細(xì)分領(lǐng)域的海量數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)，但其最終目的都是為了使行業(yè)運(yùn)營規(guī)范化、企業(yè)利潤最大化和用戶需求最優(yōu)化，保證實(shí)際共享出行的高效和便捷?；诖髷?shù)據(jù)的車輛租賃智能化模塊需要針對網(wǎng)點(diǎn)規(guī)劃和車輛調(diào)度優(yōu)化兩個問題進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，涉及網(wǎng)點(diǎn)布局建設(shè)、停車位數(shù)量、車輛流動狀態(tài)等細(xì)分領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)采集和處理精準(zhǔn)預(yù)測用戶行為和優(yōu)化企業(yè)決策。