公共自行车系统时空域划分方法及进化分形调度研究

发布时间：2020-07-19 01:13

【摘要】：公共自行车系统作为城市公交的延伸和补充,能有效解决公共交通的“最后一公里”难题和提升城市交通的整体服务水平。目前,公共自行车系统在运行实施过程中存在经常有租赁服务点出现“无车可租”或“无空位可还车”现象的问题。因此,对公共自行车系统自行车流动特性进行时空分析,根据得出的服务点运行规律设计合理调度方案,优化分配各服务点的自行车数量,这对于解决公共自行车系统“租/还车难”问题具有重大意义。另外,近几年共享单车发展迅速,虽然它不受固定停车桩限制,但乱停乱放现象给道路交通带来很大的安全隐患,需要划定“电子围栏”专门停放共享单车。电子围栏有容量的限制,因此也会产生“租/还车难”问题,同样需要进行调度。合理的公共自行车系统调度方案可以推广应用于划定电子围栏的共享单车系统,提升共享单车系统服务质量。为了挖掘公共自行车系统运行规律,提出了公共自行车系统自流动特性的空间分析方法。以杭州市为例,对杭州市公共自行车系统五年的运行数据进行时空挖掘,通过分析其公共自行车租/还行为的空间特性、时变特性与OD关联特性等系统特征,获得公共自行车用户的出行规律及各服务点宏/微观运营规律,如居民区服务点在工作日早晚高峰的公共自行车租还具有明显潮汐现象,这些规律为后续公共自行车系统调度时间域的获取、调度区域的划分及调度模型的设计提供了数据参考和决策依据。针对公共自行车系统调度时间及空间域划分,提出了基于公共自行车系统自流动模型的调度时间域获取方法及基于分形树的自平衡调度区域划分方法。调度时间域获取方法给出了判断各服务点空/满位的动态车锁比阈值计算方法,并以此获取公共自行车系统调度的最佳动态时间域和宏观时间域。自平衡调度区域划分方法根据分形树的自相似性特征,提出自平衡分区算法FSPA,将租还需求互补的服务点层层聚类形成多级自平衡区域,使得每个区域内的租还需求尽量达到自平衡以减少跨区调度,最终获取公共自行车系统分级分区结果。最后以杭州市公共自行车系统为例进行仿真验证,结果表明所研究的动态调度时间域获取方法能够更精准地获取公共自行车系统的调度时机,减少调度频次;基于FSPA算法划分的自平衡调度区域能更好的实现公共自行车调度的快速性和低成本目标,提升公共自行车系统工作效率和服务质量。将分区域公共自行车调度问题界定为复杂环境下的动态协同调度管理问题,提出了“进化分形”的群体智能新方法。把分形理论的自相似性与协同进化机制相结合,根据公共自行车系统分区调度的分形特征,将复杂的公共自行车系统分区分级调度简化为分形员调度的叠加和集成,依据L系统设计调度控制规则对调度过程进行控制,建立统筹时间满意度与调度成本的多目标动态调度模型,设计改进的自适应遗传算法对所建立的调度模型进行求解,得到最优调度方案。实验证明公共自行车系统分形员调度模型简化了调度的复杂性,而改进自适应遗传算法提高了算法优化性能,使得最后调度车的行驶路线明显缩短,降低了调度成本。最后,在之前提出的数据分析及调度方法的基础上,设计开发了结合服务点状态报警、调度路线规划等一系列功能于一体的GIS地图可视化智能调度软件系统,并对本文提出的调度方法进行了验证。通过在杭州、龙游等地公共自行车系统的动态调度实践及应用,结果表明公共自行车系统各服务点的自行车调度数量及调运路径规划可以得到优化,能够减少调度成本,提升公共自行车系统的管理效率,缓解公共自行车系统的“租/还车难”问题。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U491.225
【图文】：

单车,服务点

浙江工业大学博士学位论文3图1-2 共享单车的无序停放乱象对此，有专家提出在城市道路划定“电子围栏”[10]或者电子桩服务点，让共享单车只能停放在规定停车区域内，这种为了解决停车混乱问题而划定的电子围栏被认为是共享单车系统的服务点，如图1-3所示。无论是公共自行车系统的租赁服务点还是共享单车的电子围栏服务点，都有容量的限制，因此，都会产生“租/还车难”问题。图1-3 共享单车的电子围栏及电子桩服务点对于公共自行车系统，通过使用专门的调度车辆对自行车不足或过多的服务点进行自行车补充或调出（公共自行车系统调度），可以避免服务点空/满状态

服务点,围栏,电子,单车

或者电子桩服务点，让共享单车只能停放在规定停车区域内，这种为了解决停车混乱问题而划定的电子围栏被认为是共享单车系统的服务点，如图1-3所示。无论是公共自行车系统的租赁服务点还是共享单车的电子围栏服务点，都有容量的限制，因此，都会产生“租/还车难”问题。图1-3 共享单车的电子围栏及电子桩服务点对于公共自行车系统，通过使用专门的调度车辆对自行车不足或过多的服务点进行自行车补充或调出（公共自行车系统调度），可以避免服务点空/满状态，有效缓解“租/还车难”现象。而良好的车辆调度模式能够保证公共自行车网络的需求平衡，使得系统能够有效运行。对于划定了电子围栏服务点的共享单车系统，由于围栏区域的容量限制及市民出行潮汐现象，也会产生“租/还车难”问题

组织结构图,组织结构图,论文

图 1-4 论文的组织结构图第 1 章绪论：阐述公共自行车系统发展的背景及意义，探索其在运营数据挖时机选择、区域划分、调度模型设计与算法改进方面的研究现状，分析公共自在实际运营过程中出现的问题，最后给出本文的主要研究内容和组织结构。第 2 章公共自行车系统自流动特性的空间分析：采用空间分析方法对城市量运营信息进行数据挖掘，通过分析其公共自行车租/还行为的空间特性、时变OD 关联特性等系统特征，获得公共自行车用户的出行规律及各服务点宏/微观，为后续 PBS 调度时间域的获取、调度区域的划分及调度模型的设计提供数据策依据。第 3 章基于 PBS 自流动模型的调度时间域获取方法：提出了一种 PBS 自流并基于该模型给出了判断 PBS 各服务点空/满位的车锁比阈值计算方法，同时准阈值、自流动率、租还不平衡差异等对车锁比阈值的影响，以此获取 PBS 调时间域，进一步对正/负调度动态时间域进行聚类，获得 PBS 各服务点调度的域。第 4 章基于分形树的自平衡调度区域划分：根据分形树的自相似性特征，从

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