[发明专利]基于动态调度时间域的共享自行车系统调度方法

摘要

基于动态调度时间域的共享自行车系统调度方法，包括如下步骤：步骤1、确定BSS动态调度时间域判定的基础参数；步骤2、BSS动态调度时间域的判定获取方法；步骤3、将步骤2获得的动态调度时间域用于BSS服务点的自行车调度。

主权项

1.基于动态调度时间域的共享自行车系统调度方法，包括如下步骤：步骤1、确定BSS动态调度时间域判定的基础参数。由BSS自流动模型来获取，反映了自行车用户的出行规律，也是BSS管理者选择什么时间、哪些服务点需要进行调度的重要决策依据。基础参数包括服务点自行车周转率、租还量差异、车容比。(1.1)计算服务点自行车租还量；服务点i在某时间段τ的自行车租还量Z_i(τ)为该时段还车数量和借车数量的总和，其计算方法如式(1)所示：(1.2)计算服务点自行车周转率；服务点i在某时间段τ的自行车周转率r_i(τ)包括借车周转率和还车周转率而借/还车周转率分别定义为服务点i在时间段τ的自行车租/还量与该服务点的停车能力E_i(锁桩数或者电子围栏设计容量)的比值，计算方法如式(2)所示：(1.3)计算服务点租还量差异；服务点的自行车租借量和归还量随着时间而变化，往往因不平衡而导致潮汐现象，因此引入一个租还量差异参数Li(τ)来表示服务点i在时间段τ内的自行车租还量差异，其计算方法如(3)所示。(1.4)计算服务点车容比；这里定义为某服务点i在时刻t时保有的自行车数量qi(t)与该服务点停车能力Ei之比值，取值范围为[0，1]，这是表征服务点时变特性的重要概念，设t0为初始时间，qi(t0)为服务点i的初始自行车保有量，服务点i在t时刻的车容比Hi(t)将受到之前租还量差异Li(t‑t0)的直接影响，计算如式(4)所示。步骤2、BSS动态调度时间域的判定获取方法。(2.1)获取服务点空/满位车容比阈值；服务点的租还量差异和车容比变化可能会导致服务点进入空/满位状态，当某时间区间内L_i(τ)＞0，H_i(t)将持续变小甚至接近0，服务点进入空位状态，借车困难；而当L_i(τ)＜0时，H_i(t)持续变大直至接近1，服务点进入满位状态，还车困难。令表示车容比满位阈值，表示车容比空位阈值，车容比阈值及服务点i状态的判断规则如下：正常状态。空位状态，需要调入自行车，称为“正调度”。满位状态，需要调出自行车，称为“负调度”。根据BSS自流动模型可以计算出服务点处于空位和满位的时间段，即介入调度的动态时间域。理想的服务点车容比阈值的取值范围是：[0，1]，在实际运营过程中，在服务点只剩少量自行车可借出或空锁桩可还车时，就定义为空/满状态，即车容比阈值范围变小。同时，周转率高的服务点往往对居民出行和整个BSS的影响程度比较高，因此，对应的调度要提前安排，即车容比阈值范围变小。在统筹考虑调度响应速度和服务点自行车周转率基础上，空/满位的车容比阈值由式(5)、(6)获得。这里，τ为时间段，可以抽样分别取某一个工作日及节假日的一天。[ωmin,ωmax]是一个与调度响应速度关联的空满位判断基准阈值，如果不考虑调度延迟，即服务点一旦发出调度需求调度车就可立即到达现场，则服务点可以等到其状态变成完全空(没有自行车)或满(没有空锁桩)时，再发出调度请求，此时车容比为0和1，因此，基准阈值也取[0,1]，但实际上调度车到达现场有延迟，所以基准阈值范围应小于[0,1]，而且，BSS响应速度越快，即调度车到达现场所需时间越短，则基准阈值取值越接近[0,1]。r_i(τ)是服务点i的自行车周转率，r_i(τ)值越大，说明该服务点在BSS中越重要，调度应介入越早。r^max(τ)是所有服务点周转率最大值，r^min(τ)是最小值，是周转率r_i(τ)的归一化数值，取值范围[0，1]。ε是周转率的本地化系数，表示服务点自行车周转率对车容比阈值的影响程度，如ε值越大，则不同服务点的自行车周转率对其车容比阈值的影响越大。服务点i的期望车容比(定义为)为阈值的中间值，在平衡而稳定的周转率情况下，即服务点自行车保有量为设计停车能力的一半。(2.2)获取考虑下一时段租还量差异的车容比阈值；BBS在实际运行过程中，服务点的周转率常常并非平衡稳定状态，期望车容比也会受到了下一时段的租还量差异L_i(τ)的影响，如果下一时段租借量大于归还量，即L_i(τ)＞0，期望车容比应大于0.5，车容比阈值也右移；反之，则期望车容比应小于0.5，阈值左移。令T_t表示t时刻开始、时长为T的时段，每个时段的期望车容比及车容比阈值算法进一步改进如式(7)‑(9)：这里，T_t+T表示t+T时刻开始、时长为T的时段，即T_i的下一时段，L_i(T_t+T)是服务点i在T_t下一时段的租还量差异，取值范围[‑1,1]，μ是租还量差异的本地化系数，表示服务点下一时段的租还差异对其车容比阈值的影响程度，如μ值越大，则服务点下一时段的租还差异对车容比阈值的影响越大。公式(7)‑(9)中，和阈值将根据T_t下一时段租还量差异L_i(T_t+T)而不同，具体分三种情况：S1)L_i(T_t+T)＝0，则公式(8)(9)等同于公式(5)(6)，S2)L_i(T_t+T)＞0，则阈值范围右移，S3)L_i(T_t+T)＜0，则阈值范围左移，计算出服务点车容比阈值后，通过分析服务点车容比沿时间轴的动态演变规律和分布特性，可以确定各类服务点在自流动影响下的失衡程度和需要介入调度的动态时间域。(2.3)BSS服务点动态调度时间域的最终计算获取；服务点需调入自行车的正调度时间域用[WI^low,WI^upp]表示，这里WI^low和WI^upp分别表示时间域的开始时间和结束时间，设有n个正调度动态时间域：计算方法如式(10)。与此相同，设有m个负调度时间域需调出自行车，用表示，则计算方法如(11)。其中σ表示车容比取值的时间间隔。步骤3、将步骤2获得的动态调度时间域用于BSS服务点的自行车调度；根据步骤(2.3)获得的BSS服务点的正调度时间域[WI^low,WI^upp]，在时间段[WI^low,WI^upp]内从该服务点进行自行车调入，解决之后的租车难现象。根据步骤(2.3)获得的BSS服务点的负调度时间域在时间段内从该服务点进行自行车调出，解决之后该服务点的还车难问题。