基于用戶需求的共享單車優(yōu)化調(diào)度研究

楊鳳儀 舒童 靳藝香

摘要：本文針對共享單車動態(tài)性的特點，通過對一天內(nèi)共享單車的時空分布進行分析，對比實際情況與用戶需求之間的差異，建立了以滿足用戶需求為目的的優(yōu)化調(diào)度模型，給出改進調(diào)度方案，以期提高單車的使用率，緩解城市交通擁堵。

關(guān)鍵詞：共享單車；時空分布；優(yōu)化調(diào)度

1.引言

共享單車的出現(xiàn)一定程度上緩解了交通擁堵，帶來了極大的便利，但其無秩序投放又引發(fā)部分地區(qū)擁堵加重。因此，合理調(diào)度共享單車將會為社會和企業(yè)帶來多贏。針對這一問題，陶永虎等基于對共享單車投放、流量問題，建立相關(guān)數(shù)學模型，實現(xiàn)了對共享單車數(shù)據(jù)的處理與分析。柳志坤針對共享單車調(diào)度的特點設計了一套適合于共享單車動態(tài)調(diào)度求解的算法。余思利用多目標規(guī)劃算法，通過協(xié)調(diào)多方面利益給出優(yōu)化方案。本文基于共享單車GPS所監(jiān)測的車輛數(shù)據(jù)和騎行分布數(shù)據(jù)，針對共享單車的流動性與及時性，運用相關(guān)統(tǒng)計知識，對單車在不同區(qū)域和不同時間段的時空分布現(xiàn)狀和實際用戶需求進行合理估計，并對以上兩組數(shù)據(jù)進行對比分析。從而為單車的合理投放、調(diào)度和運營管理提供理論基礎(chǔ)，實現(xiàn)用戶與企業(yè)互利共贏的局面。

2.實證分析

2.1 數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)預處理

很多共享單車均有GPS定位系統(tǒng)，能實現(xiàn)動態(tài)化地監(jiān)視車輛數(shù)據(jù)、騎行分布數(shù)據(jù)。由此，我們找到了某地區(qū)的10個區(qū)域中1074輛單車在24小時內(nèi)的使用情況的數(shù)據(jù)及該地區(qū)在該天的用戶需求的數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上研究共享單車的容量及調(diào)配問題。

借助MATLAB軟件對10個區(qū)域中1074輛單車在24小時內(nèi)的使用情況的數(shù)據(jù)進行處理，以2小時為一個時間段將24個小時劃分為12段，得到各區(qū)域在各時段的單車使用次數(shù)見表1（在0點到6點這三個時間段各區(qū)域均無單車使用）。接下來對有單車使用的這9個時間段進行分析。

2.2 模型建立

為了對比真實現(xiàn)狀與用戶需求兩種情況下各區(qū)域在各時段的共享單車使用狀況，我們分別建立周轉(zhuǎn)率模型、需求模型與轉(zhuǎn)換模型。

2.2.1周轉(zhuǎn)率模型

周轉(zhuǎn)率是指系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)后，某一物質(zhì)在單位時間內(nèi)所流出的量或流入的量占總量的分數(shù)值。將這一概念運用到共享單車的問題上，模型形式如下：

式中，[Rt]表示系統(tǒng)時間內(nèi)共享單車的使用次數(shù)，[B0]表示初始時刻自行車數(shù)量。

2.2.2需求模型

需求模型用來求解各區(qū)域在各時間段的單車需求次數(shù)，在已知各區(qū)域的單車總需求次數(shù)[Mi]（i代表區(qū)域1到10），各區(qū)域共享單車的實際使用總次數(shù)[Ni]（i代表區(qū)域1到10）及各區(qū)域在第j（j代表時間段1到9）時間段的共享單車實際使用次數(shù)后，可求解各區(qū)域在各時間段的單車需求次數(shù)[Mij]（i代表10個區(qū)域，j代表9個時間段），模型形式如下：

2.2.3轉(zhuǎn)換模型

轉(zhuǎn)換模型結(jié)合周轉(zhuǎn)率將共享單車的使用次數(shù)轉(zhuǎn)換為使用車輛數(shù)的模型，模型形式如下：

2.3 現(xiàn)狀分析

對10個區(qū)域中1074輛單車在9個時間段內(nèi)的單車實際使用情況的數(shù)據(jù)利用公式（3）計算[Lij]，即單車各區(qū)域各時間段的實際使用輛數(shù)。各區(qū)域各時間段的共享單車輛數(shù)圖見圖1。

由圖1可以看出，各區(qū)實際使用單車數(shù)量在一天中處于先上升后下降的趨勢，一天中在6點到12點這個時間段使用數(shù)量基本處于上升狀態(tài)，而14點后各區(qū)單車使用量均處于下降趨勢。

為了研究供需之間的關(guān)系，接下來對單車的需求量進行計算。

2.4 需求分析

根據(jù)共享單車全天候供需監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合公式（3），分別計算出不同區(qū)域9個時間段內(nèi)的單車使用量。使用量與使用周轉(zhuǎn)率的比值即為實際所需的單車數(shù)量。利用EXCEL軟件繪制詳細的時空分布圖，如圖2所示。

由圖2可以看出，在一天內(nèi)用戶對共享單車需求的變化趨勢與實際投放量基本一致，從6點起至12點，單車的需求量不斷升高，在中午的時間段內(nèi)達到頂峰。此后直到0點，一直呈下降的趨勢。夜間基本無使用情況。

2.5用戶需求與實際投放的差異

為了進一步研究供需之間的關(guān)系，對單車的實際投放量和需求量之間的差值進行計算。

從圖3可以看出，各區(qū)域的供需差值各不相等，區(qū)域3、5和8的差值為負，表示該區(qū)域?qū)嶋H投放量大于其需求量，應做出相應調(diào)節(jié)。而剩下7個區(qū)域的實際需求量均大于投放量，應著重投放。考慮到應節(jié)約空間與資源，可以將區(qū)域3、5和8的單車進行合理調(diào)度，分配到附近需求量高的區(qū)域，提高其使用率，盡量減少共享單車的投放。

三、總結(jié)

本文通過對共享單車GPS實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，利用統(tǒng)計圖表直觀的展現(xiàn)出共享單車在一天內(nèi)不同時段和不同區(qū)域的使用情況。目前共享單車的投放量已能夠滿足用戶需求，但用戶反映的供不應求和交通樞紐處單車的擁堵狀況仍層出不窮。這兩種相反的情況，究其根本，是由于單車的調(diào)度方式不合理，運轉(zhuǎn)效率低下，從而導致了無法滿足用戶需求、擁堵等問題。對此，企業(yè)應充分利用互聯(lián)網(wǎng)移動智能技術(shù)，提高單車的調(diào)度水平和周轉(zhuǎn)率。在夜間使用率較低的時間段內(nèi)進行及時的調(diào)度，合理分配單車過飽和區(qū)域和目前仍未滿足需求區(qū)域的單車數(shù)量。從而降低車輛投放的成本，提高單車運營的利潤；緩解集中停放車輛導致的交通擁堵；提高用戶體驗度，實現(xiàn)企業(yè)、社會、消費者之間的互利共贏局面。

參考文獻：

[1]陶永虎，陳輝浩，楊壯.基于時空分析的共享單車調(diào)度模型[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017（36）：23.

[2]柳志坤.基于MATLAB分析的共享單車調(diào)度規(guī)劃研究[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017（24）：49.

作者簡介：

楊鳳儀，女，漢族，西安理工大學應用統(tǒng)計學專業(yè)在讀。