基于存貯理論的共享單車調度的確定

喬通 劉鑫 王權 馮力靜

摘要：隨著“互聯網+”時代的到來，共享單車逐漸的出現在了人們的生活當中，給人們的生活帶來了很大的影響，在給人們的生活帶來便利的同時，也存在著很多的問題。針對共享單車的調度問題，分析共享單車系統中存在的調配方法落后、車輛使用率低等缺點，然后基于隨機存貯模型策略，提出車輛比和區域調配量的計算方法，建立共享單車調度優化算法模型，確定單個區域的最大和最小調配量，對各個區域進行了調度優化。

關鍵詞：調度；存貯模型；共享單車；供給需求；

中圖分類號：F 文獻標識碼：A 文章編號：

0引言

共享單車的調度形式根據是否需要人工參與分為自然調度和人工調度兩種。

（1）自然調度

自然調度是指共享單車系統通過用戶的騎車、停車保持各區域車輛數平衡。

（2）人工調度

人工調度是指共享單車系統工作人員通過人為調度保持各區域車輛數平衡。

1基于存貯理論的共享單車調度算法的建立

1.1車輛比

每個區域的投放自行車數目固定，考慮到自行車數量受流動影響及用戶的隨機性而發生動態變化，假設區域i投放的自行車數量為 ，現有自行車數量為 ，則定義區域的車輛比為：

1.2區域調配量

區域自行車調配量與區域初始自行車數量及車量流動有關。假設區域為i，初始自行車數量為gi，調配量為Q。共享單車的使用與停放具有隨機性，各個時段的需求量ri，為離散隨機變量，設每日需求量ri的概率分布為P（η）。

1）當某一時刻車輛比Si

2）當某一時刻車輛比Smin

3）當某一時刻車輛比Si

1.3車輛比上下限值Smax和Smin的確定

當車輛比Si

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

對于Smin的確定，在考慮到不需要進行自行車的調入僅存在調出時，需求量的期望值為

（10）

在沒有自行車的調入或者調出時，期望值為

（11）

令 （12）

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

2各區域共享單車滿足程度的判斷

居民在停車過程中，自己選擇區域，實際上是一種自組織行為，達到局部自我調整狀態。區域的庫存量水平并非靜止不動，而是隨著單車數量的流動變化而變化。共享單車的流動特性對供給算法影響較大[5]，決定了供給周期、供給量等指標，因此，需要判斷各區域所需共享單車的滿足程度，制定相應的度量指標進行供給。

供給中心可以實時獲取區域的初始庫存量，下一時段的交通需求可以通過歷史數據預測得到，因此能夠預測下一時段的庫存量，當庫存量超過規定范圍時，產生供給需求。在供給路線確定的情況下，以搬運量最小為目標，建立區域供給需求模型，在供給結束時盡量以最小裝載量返回供給中心[6]。

2.1度量指標的確定

在一個供給區域內，根據經驗，可以將區域庫存量達到容量的λs倍（0<λs≤1.0的常數）作為供給調整的上限閾值，庫存量達到容量的λs倍（0<λs≤1.0的常數）作為供給調整的下限閾值。也就是說，當庫存量與預測的下一時段需求之和大于區域容量的λs倍時，該點產生調出需求，應運走適量共享單車；當區域庫存量與預測所得到的下一時段需求之和小于容量的λs倍時，則該點產生調入需求[7]，應運來適量共享單車。

根據上面分析，建立供給需求預測模型，表達式如（14）所示：

（14）

式中：xi—第i個區域的供給需求，輛；

ci—第i個區域庫存量，輛：

ri—第i個區域容量，輛；

yi—第i個區域下一時段車輛停借差，輛；

λm—第i個區域飽和度

其中，當xi為正時，則表示第i個區域有多車供給需求，要調出xi輛車；當xi為負時，表示第i個區域有缺車供給需求，要調出xi輛車；當xi 為零時，表示第i個區域無需進行供給。

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

（15）

以供給需求量作為度量指標，判斷各區域共享單車的滿足程度[8]。

2.2共享單車流動特性分析

由于用車、停車在時間和空間上具有較大的差異性，部分區域會出現無車可借或者無位可還的情況，這種不平衡性，對共享單車交通系統的可靠性產生較大影響。共享單車的使用與時間段具有多大的相關性，值得去調查研究，從統計數據中分析各區域的共享單車使用規律，為車輛供給提供數據基礎。

共享單車流動特性分析表明，各區域各時間段間借還車存在差異，因此盡可能利用區域間的借還不平衡性，相互調劑，均衡共享單車數量[9]，達到快速供給調整的目的。

取區域容量上限閾值λN=0.9，區域容量下限閾值λx=0.1，區域供給調整后區域飽和度λm=0.5。

2.3求解過程

首先計算ci+yi與0.1ri、0.9ri、0.5ri的關系，判斷各區域是否有供給需求，計算數值列于表3中。

表3中，以區域1為例說明求解過程。由調查數據可知，該區域的庫存量為119輛，即ci=119。，下一時段需求yi=-3，表明有3輛借車需求[10]，而初始庫存量為119?？紤]到車輛停借的波動性，供給后還應使區域庫存量達到一定數量，本論文設定調整后的庫存量為區域容量的0.5倍，即134輛，因此其供給需求量為17輛，需從其他區域調入到該區域17輛車。

4結論

目前對共享單車的調度沒有合理的安排，大多靠人為調度，不能及時地合理調度。根據庫存理論的基本原理，公共自行車供給具有雙向性，與傳統物流存在一定的差異，從而提出系統供給的基本要求。