基于存贮理论的共享单车调度的确定

乔通 刘鑫 王权 冯力静

摘要：随着“互联网+”时代的到来，共享单车逐渐的出现在了人们的生活当中，给人们的生活带来了很大的影响，在给人们的生活带来便利的同时，也存在着很多的问题。针对共享单车的调度问题，分析共享单车系统中存在的调配方法落后、车辆使用率低等缺点，然后基于随机存贮模型策略，提出车辆比和区域调配量的计算方法，建立共享单车调度优化算法模型，确定单个区域的最大和最小调配量，对各个区域进行了调度优化。

关键词：调度；存贮模型；共享单车；供给需求；

中图分类号：F 文献标识码：A 文章编号：

0引言

共享单车的调度形式根据是否需要人工参与分为自然调度和人工调度两种。

（1）自然调度

自然调度是指共享单车系统通过用户的骑车、停车保持各区域车辆数平衡。

（2）人工调度

人工调度是指共享单车系统工作人员通过人为调度保持各区域车辆数平衡。

1基于存贮理论的共享单车调度算法的建立

1.1车辆比

每个区域的投放自行车数目固定，考虑到自行车数量受流动影响及用户的随机性而发生动态变化，假设区域i投放的自行车数量为 ，现有自行车数量为 ，则定义区域的车辆比为：

1.2区域调配量

區域自行车调配量与区域初始自行车数量及车量流动有关。假设区域为i，初始自行车数量为gi，调配量为Q。共享单车的使用与停放具有随机性，各个时段的需求量ri，为离散随机变量，设每日需求量ri的概率分布为P（η）。

1）当某一时刻车辆比Si

2）当某一时刻车辆比Smin

3）当某一时刻车辆比Si

1.3车辆比上下限值Smax和Smin的确定

当车辆比Si

分别取满足式（10）及式（9）的Si，令Smax=Si，即可得到平峰时段与高峰时段不同的最高车辆比，进行调配量Q的确定。

对于Smin的确定，在考虑到不需要进行自行车的调入仅存在调出时，需求量的期望值为

（10）

在没有自行车的调入或者调出时，期望值为

（11）

令 （12）

此时令Si取值分别为r1，r2，…，rn，按由小到大的顺序带入式（9）（式中Smax的取值按照平峰时计算），第一个满足C（S）≤C（S*）的ri即为Smin[4]。

2各区域共享单车满足程度的判断

居民在停车过程中，自己选择区域，实际上是一种自组织行为，达到局部自我调整状态。区域的库存量水平并非静止不动，而是随着单车数量的流动变化而变化。共享单车的流动特性对供给算法影响较大[5]，决定了供给周期、供给量等指标，因此，需要判断各区域所需共享单车的满足程度，制定相应的度量指标进行供给。

供给中心可以实时获取区域的初始库存量，下一时段的交通需求可以通过历史数据预测得到，因此能够预测下一时段的库存量，当库存量超过规定范围时，产生供给需求。在供给路线确定的情况下，以搬运量最小为目标，建立区域供给需求模型，在供给结束时尽量以最小装载量返回供给中心[6]。

2.1度量指标的确定

在一个供给区域内，根据经验，可以将区域库存量达到容量的λs倍（0<λs≤1.0的常数）作为供给调整的上限阈值，库存量达到容量的λs倍（0<λs≤1.0的常数）作为供给调整的下限阈值。也就是说，当库存量与预测的下一时段需求之和大于区域容量的λs倍时，该点产生调出需求，应运走适量共享单车；当区域库存量与预测所得到的下一时段需求之和小于容量的λs倍时，则该点产生调入需求[7]，应运来适量共享单车。

根据上面分析，建立供给需求预测模型，表达式如（14）所示：

（14）

式中：xi—第i个区域的供给需求，辆；

ci—第i个区域库存量，辆：

ri—第i个区域容量，辆；

yi—第i个区域下一时段车辆停借差，辆；

λm—第i个区域饱和度

其中，当xi为正时，则表示第i个区域有多车供给需求，要调出xi辆车；当xi为负时，表示第i个区域有缺车供给需求，要调出xi辆车；当xi 为零时，表示第i个区域无需进行供给。

共享单车在供给过程中，用区域饱和度（库存量与区域容量的比值，即 ）与供给上下限阈值比较，作为定量判断是否供给的依据。库存量 与供给需求量ci应满足如下需求：

（15）

以供给需求量作为度量指标，判断各区域共享单车的满足程度[8]。

2.2共享单车流动特性分析

由于用车、停车在时间和空间上具有较大的差异性，部分区域会出现无车可借或者无位可还的情况，这种不平衡性，对共享单车交通系统的可靠性产生较大影响。共享单车的使用与时间段具有多大的相关性，值得去调查研究，从统计数据中分析各区域的共享单车使用规律，为车辆供给提供数据基础。

共享单车流动特性分析表明，各区域各时间段间借还车存在差异，因此尽可能利用区域间的借还不平衡性，相互调剂，均衡共享单车数量[9]，达到快速供给调整的目的。

取区域容量上限阈值λN=0.9，区域容量下限阈值λx=0.1，区域供给调整后区域饱和度λm=0.5。

2.3求解过程

首先计算ci+yi与0.1ri、0.9ri、0.5ri的关系，判断各区域是否有供给需求，计算数值列于表3中。

表3中，以区域1为例说明求解过程。由调查数据可知，该区域的库存量为119辆，即ci=119。，下一时段需求yi=-3，表明有3辆借车需求[10]，而初始库存量为119。考虑到车辆停借的波动性，供给后还应使区域库存量达到一定数量，本论文设定调整后的库存量为区域容量的0.5倍，即134辆，因此其供给需求量为17辆，需从其他区域调入到该区域17辆车。

4结论

目前对共享单车的调度没有合理的安排，大多靠人为调度，不能及时地合理调度。根据库存理论的基本原理，公共自行车供给具有双向性，与传统物流存在一定的差异，从而提出系统供给的基本要求。