基于大数据的无桩共享单车运营调度策略优化方法及系统与流程

1.本发明涉及交通运营管理领域，具体涉及一种基于大数据分析的无桩共享单车运营调度策略优化方法及系统。


背景技术：

2.目前我国无桩共享单车存在有桩和无桩两种运营管理模式。在有桩模式下，无桩共享单车只能停放在固定位置的公共自行车站内；在无桩模式下，无桩共享单车可以停放在任何不影响周边道路和行人的位置。因此，无桩共享单车的运营管理模式能大幅提高用户的出行自由度，为用户提供高品质的出行体验。
3.据中国消费者协会发布的《2018电商行业消费数据报告》显示，无桩共享单车在运营过程中存在乱停乱放和运维滞后的问题。所谓乱停乱放是指大量无桩共享单车在热点区域严重堆积、部分无桩共享单车在冷门区域长时间停放或者少量无桩共享单车损坏后被遗弃在路边的现象。为了解决上述问题，无桩共享单车的运营企业成立了调度团队，把乱停乱放的无桩共享单车搬运至合适的位置，进一步提升用户的出行体验。具体来说，无桩共享单车运营调度工作的过程可描述如下：无桩共享单车运营企业将整个城市划分成若干个不同的运营区域，每个运营区域由一个调度团队负责管理，每个调度团队坐落于区域中的一个调度中心，每个调度中心配备一定数量的工作人员和调度车辆(如厢式小货车或电动三轮车)，工作人员每天晚上驾驶调度车从调度中心出发，把严重堆积或长时间停放的无桩共享单车搬运至供不应求的位置，同时将损坏的无桩共享单车搬运至调度中心进行维修。
4.由于无桩共享单车的停放位置并不固定，加之不同运营区域内用户的出行特征差异较大，如何低成本高效率地完成不同运营区域内的无桩共享单车运营调度工作成为急需解决的一大难题。目前学界和业界通常采用如下方式解决无桩共享单车的运营调度问题，即先将该问题转换成具有拾取和放回动作的旅行商问题(pickup and delivery travelingsalesman problem,pdtsp)，再以成本最小为目标建立pdtsp问题框架下的运营调度模型，然后利用运筹优化算法(如分支定界法、割平面法、分支定价法、遗传算法或粒子群算法等)求出问题的最优解或满意解，最后得到调度车的行驶路径以及该路径中拾取或放回无桩共享单车的位置。
5.虽然无桩共享单车企业能够基于pdtsp问题框架和运筹优化算法解决无桩共享单车的运营调度问题，但是仍存在以下两个方面的不足：(1)现有研究通常基于假设数据或案例数据展开，没有充分挖掘不同运营区域内无桩共享单车用户的骑行特点，无法提供一套可供不同运营区域使用的无桩共享单车搬运需求计算方法；(2)现有研究通常基于单一的运营调度策略展开，没有充分发挥不同运营调度策略的优势，也无法提出一种适用于不同运营区域的无桩共享单车运营调度策略优化方法。因此，如何基于海量用户骑行数据计算出无桩共享单车运营调度的搬运需求，并从无桩共享单车运营调度策略优化的层面进一步降低企业经营成本，成为该领域的亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于大数据分析的无桩共享单车运营调度策略优化方法及系统。
7.本发明技术解决方案为：一种基于大数据分析的无桩共享单车运营调度策略优化方法，包括：
8.步骤s1：基于运营区域内无桩共享单车的运营数据，计算运营调度工作的搬运需求，提取该区域内所述无桩共享单车的搬运需求分布特征；
9.步骤s2：基于运营调度工作的时长、调度车搬运功能、拾取动作和容量限制的特征，以最小化运营调度成本为目标，分别构建三种运营调度策略模型：状态调度策略模型、动作调度策略模型和混合调度策略模型；
10.步骤s3：将所述搬运需求分布特征分别导入所述三种运营调度策略模型，利用运筹优化算法求解模型，得到每种所述运营调度策略模型对应运营调度的实施方案和运营调度工作的成本，选取成本最低的策略为本次所述无桩共享单车运营调度的最优策略。
11.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
12.1、本发明公开了一种基于大数据分析的无桩共享单车运营调度策略优化方法，基于无桩共享单车的运营数据计算运营调度工作中的实时搬运需求，适用于各种不同的运营区域，具有适用范围广、计算准确性高的优点。
13.2、本发明提供的方法基于调度车辆的不同功能制定三种运营调度策略模型，充分利用了调度车的多种功能，发挥了不同运营调度策略的优势。
14.3、本发明提供的方法基于实时搬运需求和多种运营调度策略优化调度工作，最终生成的实施方案定制化程度高、适用性强、综合成本低。
附图说明
15.图1为本发明实施例中一种基于大数据分析的无桩共享单车运营调度策略优化方法的流程图；
16.图2为本发明实施例中一种基于大数据分析的无桩共享单车运营调度策略优化方法中步骤s1：基于运营区域内无桩共享单车的运营数据，计算运营调度工作的搬运需求，提取该区域内无桩共享单车的搬运需求分布特征的流程图；
17.图3为本发明实施例中无桩共享单车的搬运需求分布示意图；
18.图4为本发明实施例中状态调度策略示意图；
19.图5为本发明实施例中动作调度策略示意图；
20.图6为本发明实施例中混合调度策略示意图；
21.图7为本发明实施例中一种基于大数据分析的无桩共享单车运营调度策略优化系统的结构框图。
具体实施方式
22.本发明提供了一种基于大数据分析的无桩共享单车运营调度策略优化方法，基于无桩共享单车的运营数据计算运营调度工作中的实时搬运需求，适用于各种不同的运营区域，适用范围广、计算准确性高。
endlocation表示用户骑行的结束位置，broken表示本次骑行结束后的车辆是否被损坏。
36.步骤s13：以无桩共享单车id编号为索引，提取运营时间范围内的骑行数据，按照时间顺序排列，得到无桩共享单车的行驶轨迹，记录每辆无桩共享单车的行驶轨迹的起点和终点；
37.基于上述表1，得到下述无桩共享单车001、002和003的骑行数据，包括该单车的骑行开始的时间地点和骑行结束的时间地点：
38.表2 bike001的骑行数据
39.序号bikeidstarttimeendtimestartlocationendlocationbroken1bike0018:009:00(1,3)(2,1)no2bike00110:0011:00(2,1)(1,1)no3bike00113:0014:00(1,1)(2,3)no4bike00117:0018:00(2,3)(3,3)no
40.表3 bike002的骑行数据
41.序号bikeidstarttimeendtimestartlocationendlocationbroken1bike0028:0010:00(1,2)(3,1)no2bike00212:0013:00(3,1)(3,3)no3bike00215:0016:00(3,3)(2,1)no4bike00219:0020:00(2,1)(3,1)yes
42.表4 bike003的骑行数据
43.序号bikeidstarttimeendtimestartlocationendlocationbroken1bike0037:008:00(1,1)(2,3)no2bike0039:0010:00(2,3)(1,3)no3bike00313:0014:00(1,3)(2,1)no4bike00319:0020:00(2,1)(3,3)no5bike00322:0023:00(3,3)(3,2)no
44.步骤s14：基于运营区域内无桩共享单车的电子围栏数据，提取行驶轨迹终点在电子围栏外的无桩共享单车位置数据，其集合记为d1；提取超过预设时间且未被骑行的无桩共享单车位置数据，其集合记为d2；则运营调度工作过程中需要搬走的无桩共享单车的位置集合记为d＝d1∪d2；
45.步骤s15：基于运营区域内无桩共享单车的电子围栏数据，分别计算运营开始时和结束时电子围栏内停放的无桩共享单车的数量，其中，运营结束时比开始时减少的无桩共享单车数量即为需要搬来无桩共享单车的数量；其中，电子围栏的位置为运营调度工作过程中需要搬来的无桩共享单车的位置，其集合记为q；
46.步骤s16：基于无桩共享单车的运营数据，提取当前运营时间内的坏车位置数据，即为运营调度工作过程中需要被搬运回调度中心检修的无桩共享单车位置，其集合记为 h。
47.基于上述例子，假设运营公司的调度中心位置为k(2,2)，且各种类型的调度车每天的租赁成本均为5，容量均为3。如图3所示，展示了基于运营区域内无桩共享单车的运营
数据得到的搬运需求分布，其中集合d＝{d1(3,3),d2(3,2)}，集合q＝{q1(1,3), q2(1,2),q3(1,1)}，集合h＝{h1(3,1)}。
48.在一个实施例中，上述步骤s2中状态调度策略模型是按照搬运需求中无桩共享单车是否被损坏的状态来组织调度车的搬运工作；即将调度车分为两类，一类将集合d的无桩共享单车搬运至集合q，记为dq类调度车；另一类将集合h的无桩共享单车搬运至调度中心进行维修，记为h类调度车，具体包括：
49.步骤s21：dq类调度车的数学模型由下述目标函数表示为公式(1)及其约束条件表示为公式(2)～公式(12)组成：
[0050][0051][0052][0053][0054][0055][0056][0057][0058][0059][0060][0061][0062]
其中，各个参数含义如下：
[0063]
k：运营区域内调度中心的位置集合；
[0064]
d：运营调度工作过程中需要搬走无桩共享单车的位置集合；
[0065]
q：运营调度工作过程中需要搬来无桩共享单车的位置集合；
[0066]
r1：一辆dq类调度车可装载无桩共享单车的最大数量；
[0067]
c1：一辆dq类调度车使用一天的租赁成本；
[0068]
ω：一位调度工人装卸一辆共享单车的作业时间；
[0069]
α：无桩共享单车运营公司需要支付给调度工人的单位费用；
[0070]
一辆dq类调度车从i位置到j位置所需的行驶时间，i,j∈k∪d∪q；
[0071]
time：无桩共享单车每次运营调度工作的时长；
[0072]
δ
j
：一辆dq类调度车行驶到j位置的时间点，j∈k∪d∪q；
[0073]
δ
i
：一辆dq类调度车行驶到i位置的时间点，i∈k∪d∪q；
[0074]
若一辆dq类调度车从i位置行驶到j位置取1，否则取0，i,j∈k∪d∪q；
[0075]
若一辆dq类调度车从j位置行驶到i位置取1，否则取0，i,j∈k∪d∪q；
[0076]
若一辆dq类调度车从i位置行驶到i位置取1，否则取0，i∈k∪d∪q；
[0077]
一辆dq类调度车行驶在i位置到j位置的路径上时车上所装载的无桩共享单车的数量，i,j∈k∪d∪q；
[0078]
一辆dq类调度车行驶在j位置到i位置的路径上时车上所装载的无桩共享单车的数量，i,j∈k∪d∪q；
[0079]
card()：数学表达式中表示集合中元素的数量；
[0080]
z：数学表达式中表示整数的含义，即所取到的数值均为整数；
[0081]
m：数学表达式中表示一个很大数值的含义，例如在实际中可取值为9999999；
[0082]
在dq类调度车的数学模型中，充分考虑了dq类调度车的调度任务和使用情况，其中：
[0083]
公式(1)为目标函数，由dq类调度车的租赁成本和调度工人的使用成本构成， min表示求出使得总成本最小的方案；
[0084]
公式(2)表示从调度中心出发的dq类调度车行驶到下一个位置点的行驶时间增量；
[0085]
公式(3)表示从除调度中心之外的位置出发的dq类调度车行驶到下一个位置点的行驶时间增量，其中考虑了调度工人搬运共享单车的作业时间；
[0086]
公式(4)表示dq类调度车的使用时间应该在无桩共享单车每次运营调度工作的时间范围之内；
[0087]
公式(5)表示禁止dq类调度车在一个位置完成作业后再次回到该位置；
[0088]
公式(6)表示dq类调度车工作时的流平衡约束，即从其他位置到达i位置的调度车数量应该与从i位置到达其他位置的数量相等；
[0089]
公式(7)表示dq类调度车从调度中心出发时所装载的共享单车的数量；
[0090]
公式(8)表示dq类调度车回到调度中心后所装载的共享单车的数量；
[0091]
公式(9)表示dq类调度车经过集合d中的某个位置后，需要往调度车上装载一辆共享单车；
[0092]
公式(10)表示dq类调度车经过集合q中的某个位置后，需要放下一辆所装载的共享单车；
[0093]
公式(11)表示dq类调度车工作时所装载的共享单车数量不能超过其最大容量；
[0094]
公式(12)表示dq类调度车的两类决策变量取值限制，包括0
‑
1变量、非负约束和纯整数约束三个维度。
[0095]
步骤s22：h类调度车的数学模型由下述目标函数表示为公式(13)及其约束条件表示为公式(14)～公式(23)组成：
[0096][0097][0098][0099][0100][0101][0102][0103][0104][0105][0106][0107]
其中，各个参数含义如下：
[0108]
h：运营调度工作过程中需要被搬运回调度中心检修的无桩共享单车位置集合；
[0109]
r2：一辆h类调度车可装载无桩共享单车的最大数量；
[0110]
c2：一辆h类调度车使用一天的租赁成本；
[0111]
一辆h类调度车从i位置到j位置所需的行驶时间，i,j∈k∪h；
[0112]
ω
j
：一辆h类调度车行驶到j位置的时间点，j∈k∪h；
[0113]
ω
i
：一辆h类调度车行驶到i位置的时间点，i∈k∪h；
[0114]
h
ij
：若一辆h类调度车从i位置行驶到j位置取1，否则取0，i,j∈k∪h；
[0115]
h
ji
：若一辆h类调度车从j位置行驶到i位置取1，否则取0，i,j∈k∪h；
[0116]
h
ii
：若一辆h类调度车从i位置行驶到i位置取1，否则取0，i,j∈k∪h；
[0117]
h
ij
：一辆h类调度车行驶在i位置到j位置的路径上时车上所装载的无桩共享单车数量，i,j∈k∪h；
[0118]
h
ji
：一辆h类调度车行驶在j位置到i位置的路径上时车上所装载的共享单车数量， i,j∈k∪h；
[0119]
card()：数学表达式中表示集合中元素的数量；
[0120]
z：数学表达式中表示整数的含义，即所取到的数值均为整数；
[0121]
m：数学表达式中表示一个很大数值的含义，例如在实际中可取值为9999999。
[0122]
在h类调度车的数学模型中，充分考虑了h类调度车的调度任务和使用情况，其中：公式(13)为目标函数，由h类调度车的租赁成本和调度工人的使用成本构成， min表示求出使得总成本最小的方案；
[0123]
公式(14)表示从调度中心出发的h类调度车行驶到下一个位置点的行驶时间增量；
[0124]
公式(15)表示从除调度中心之外的位置出发的h类调度车行驶到下一个位置点的行驶时间增量，其中考虑了调度工人搬运共享单车的作业时间；
[0125]
公式(16)表示h类调度车的使用时间应该在无桩共享单车每次运营调度工作的时间范围之内；
[0126]
公式(17)表示禁止h类调度车在一个位置完成作业后再次回到该位置；
[0127]
公式(18)表示h类调度车工作时的流平衡约束，即从其他位置到达i位置的调度车数量应该与从i位置到达其他位置的数量相等；
[0128]
公式(19)表示h类调度车从调度中心出发时所装载的共享单车的数量；
[0129]
公式(20)表示调度车回到调度中心后所装载的共享单车的数量；
[0130]
公式(21)表示h类调度车经过集合h中的某个位置后，需要往h类调度车上装载一辆共享单车；
[0131]
公式(22)表示h类调度车工作时所装载的共享单车数量不能超过其最大容量；
[0132]
公式(23)表示h类调度车的两类决策变量取值限制，包括0
‑
1变量、非负约束和纯整数约束三个维度。
[0133]
综上，dq类调度车和h类调度车的数学模型模型已经搭建完毕。当从步骤一中得到无桩共享单车运营调度工作的搬运需求后，将搬运需求带入dq类调度车和h类调度车的数学模型模型中，即可得到状态调度策略对应的工作方案和成本。
[0134]
如图4所示为基于上述例子的状态调度策略，此时需要两辆调度车完成调度任务。其中dq类调度车1辆，其行驶轨迹为k
→
d2→
d1→
q1→
q2→
q3→
k，对应的人工成本为h类调度车1辆，其行驶轨迹为k
→
h1→
k，对应的人工成本为另外，调度车租赁成本为5
×
2＝10，得出状态调度策略下的总成本为20.25。
[0135]
在一个实施例中，上述步骤s2中动作调度策略是按照搬运需求中放回或拾取无桩共享单车的动作来组织调度车的搬运工作；即将调度车分为两类，一类将调度中心的无桩共享单车放回至集合q，记为q类调度车；另一类拾取集合d和集合h的无桩共享单车并搬运至调度中心，记为dh类调度车，具体包括：
[0136]
步骤s31：q类调度车的数学模型由下述目标函数表示为公式(24)及其约束条件表示为公式(25)～公式(34)组成：
[0137][0138][0139][0140][0141]
[0142][0143][0144][0145][0146][0147][0148]
其中，各个参数含义如下：
[0149]
q：运营调度工作过程中需要搬来无桩共享单车的位置集合；
[0150]
r3：一辆q类调度车可装载无桩共享单车的最大数量；
[0151]
c3：一辆q类调度车使用一天的租赁成本；
[0152]
一辆q类调度车从i位置到j位置所需的行驶时间，i,j∈k∪q；
[0153]
η
j
：一辆q类调度车行驶到j位置的时间点，j∈k∪q；
[0154]
η
i
：一辆q类调度车行驶到i位置的时间点，i∈k∪q；
[0155]
q
ij
：若一辆q类调度车从i位置行驶到j位置取1，否则取0，i,j∈k∪q；
[0156]
q
ji
：若一辆q类调度车从j位置行驶到i位置取1，否则取0，i,j∈k∪q；
[0157]
q
ii
：若一辆q类调度车从i位置行驶到i位置取1，否则取0，i,j∈k∪q；
[0158]
q
ij
：一辆q类调度车行驶在i位置到j位置的路径上时车上所装载的无桩共享单车数量，i,j∈k∪q；
[0159]
q
ji
：一辆q类调度车行驶在j位置到i位置的路径上时车上所装载的无桩共享单车数量，i,j∈k∪q；
[0160]
card()：数学表达式中表示集合中元素的数量；
[0161]
z：数学表达式中表示整数的含义，即所取到的数值均为整数；
[0162]
m：数学表达式中表示一个很大数值的含义，例如在实际中可取值为9999999；
[0163]
在q类调度车的数学模型中，充分考虑了q类调度车的调度任务和使用情况，其中：
[0164]
公式(24)为目标函数，由q类调度车的租赁成本和调度工人的使用成本构成， min表示求出使得总成本最小的方案；
[0165]
公式(25)表示从调度中心出发的q类调度车行驶到下一个位置点的行驶时间增量；
[0166]
公式(26)表示从除调度中心之外的位置出发的q类调度车行驶到下一个点的行驶时间增量，其中考虑了调度工人搬运共享单车的作业时间；
[0167]
公式(27)表示q类调度车的使用时间应该在无桩共享单车每次运营调度工作的时间范围之内；
[0168]
公式(28)表示禁止q类调度车在一个位置完成作业后再次回到该位置；
[0169]
公式(29)表示q类调度车工作时的流平衡约束，即从其他位置到达i位置的调度车
数量应该与从i位置到达其他位置的数量相等；
[0170]
公式(30)表示q类调度车从调度中心出发时所装载的共享单车的数量；
[0171]
公式(31)表示q类调度车回到调度中心后所装载的共享单车的数量；
[0172]
公式(32)表示q类调度车经过集合q中的某个位置后，需要从q类调度车上放下一辆共享单车；
[0173]
公式(33)表示q类调度车工作时所装载的共享单车数量不能超过其最大容量；
[0174]
公式(34)表示q类调度车的两类决策变量取值限制，包括0
‑
1变量、非负约束和纯整数约束三个维度。
[0175]
步骤s32：dh类调度车的数学模型由下述目标函数表示为公式(35)及其约束条件表示为公式(36)～公式(45)组成：
[0176][0177][0178][0179][0180][0181][0182][0183][0184][0185][0186][0187]
其中，各个参数含义如下：
[0188]
d：运营调度工作过程中需要搬走无桩共享单车的位置集合；
[0189]
h：运营调度工作过程中需要被搬运回调度中心检修的无桩共享单车位置集合；
[0190]
r4：一辆dh类调度车可装载无桩共享单车的最大数量；
[0191]
c4：一辆dh类调度车使用一天的租赁成本；
[0192]
一辆dh类调度车从i位置到j位置所需的行驶时间，i,j∈k∪d∪h；
[0193]
ξ
j
：一辆dh类调度车行驶到j位置的时间点，j∈k∪d∪h；
[0194]
ξ
i
：一辆dh类调度车行驶到i位置的时间点，i∈k∪d∪h；
[0195]
若一辆dh类调度车从i位置行驶到j位置取1，否则取0，i,j∈k∪d∪h；
[0196]
若一辆dh类调度车从j位置行驶到i位置取1，否则取0，i,j∈k∪d∪h；
[0197]
若一辆dh类调度车从i位置行驶到i位置取1，否则取0，i,j∈k∪d∪h；
[0198]
一辆dh类调度车行驶在i位置到j位置的路径上时车上所装载的无桩共享单车数量，i,j∈k∪d∪h；
[0199]
一辆dh类调度车行驶在j位置到i位置的路径上时车上所装载的无桩共享单车数量，i,j∈k∪d∪h；
[0200]
card()：数学表达式中表示集合中元素的数量；
[0201]
z：数学表达式中表示整数的含义，即所取到的数值均为整数；
[0202]
m：数学表达式中表示一个很大数值的含义，例如在实际中可取值为9999999。
[0203]
在dh类调度车的数学模型中，充分考虑了dh类调度车的调度任务和使用情况，其中：
[0204]
公式(35)为目标函数，由dh类调度车的租赁成本和调度工人的使用成本构成， min表示求出使得总成本最小的方案；
[0205]
公式(36)表示从调度中心出发的dh类调度车行驶到下一个位置点的行驶时间增量；
[0206]
公式(37)表示从除调度中心之外的位置出发的dh类调度车行驶到下一个点的行驶时间增量，其中考虑了调度工人搬运共享单车的作业时间；
[0207]
公式(38)表示dh类调度车的使用时间应该在无桩共享单车每次运营调度工作的时间范围之内；
[0208]
公式(39)表示禁止dh类调度车在一个位置完成作业后再次回到该位置；
[0209]
公式(40)表示dh类调度车工作时的流平衡约束，即从其他位置到达i位置的调度车数量应该与从i位置到达其他位置的数量相等；
[0210]
公式(41)表示dh类调度车从调度中心出发时所装载的共享单车的数量；
[0211]
公式(42)表示dh类调度车回到调度中心后所装载的共享单车的数量；
[0212]
公式(43)表示dh类调度车经过集合d或h中的某个位置后，需要将该位置的共享单车装载至dh类调度车上；
[0213]
公式(44)表示dh类调度车工作时所装载的共享单车数量不能超过其最大容量；
[0214]
公式(45)表示dh类调度车的两类决策变量取值限制，包括0
‑
1变量、非负约束和纯整数约束三个维度。
[0215]
综上，q类调度车和dh类调度车的数学模型模型已经搭建完毕。当从步骤一中得到无桩共享单车运营调度工作的搬运需求后，将搬运需求带入q类调度车和dh类调度车的数学模型模型中，即可得到动作调度策略对应的工作方案和成本。
[0216]
如图5所示为基于上述例子的动作调度策略，此时需要两辆调度车完成调度任务。其中q类调度车1辆，其行驶轨迹为k
→
q1→
q2→
q3→
k，对应的人工成本为dh类调度车1辆，其行驶轨迹为k
→
d1→
d2→
h1→
k，对应的人工成本为另外，调度车租赁成本为5
×
2＝10，得出动作调度策略下的总成本为19.66。
[0217]
在一个实施例中，上述步骤s2中混合调度策略是将所有的调度车归为一类，同时负责将集合d位置的无桩共享单车搬运至集合q，同时将集合h位置的无桩共享单车搬运至调度中心进行维修，记为hy类调度车；hy类调度车的数学模型由下述目标函数表示为公式(46)及其约束条件表示为公式(47)～公式(60)组成：
[0218][0219][0220][0221][0222][0223][0224][0225][0226][0227][0228][0229][0230][0231][0232][0233]
k：运营区域内调度中心的位置集合；
[0234]
q：运营调度工作过程中需要搬来无桩共享单车的位置集合；
[0235]
d：运营调度工作过程中需要搬走无桩共享单车的位置集合；
[0236]
h：运营调度工作过程中需要被搬运回调度中心检修的无桩共享单车位置集合；
[0237]
n：上述所有集合的集合，即n＝k∪q∪d∪h；
[0238]
r5：一辆hy类调度车可装载共享单车的最大数量；
[0239]
c5：一辆hy类调度车使用一天的租赁成本；
[0240]
一辆hy类调度车从i位置到j位置所需的行驶时间，i,j∈n；
[0241]
θ
j
：一辆hy类调度车行驶到j位置的时间点，j∈n；
[0242]
θ
i
：一辆hy类调度车行驶到i位置的时间点，i∈n；
[0243]
若一辆hy类调度车从i位置行驶到j位置取1，否则取0，i,j∈n；
[0244]
若一辆hy类调度车从j位置行驶到i位置取1，否则取0，i,j∈n；
[0245]
若一辆hy类调度车从i位置行驶到i位置取1，否则取0，i,j∈n；
[0246]
一辆hy类调度车行驶在i位置到j位置的路径上时车上所装载的未被损坏的无桩共享单车数量，i,j∈n；
[0247]
一辆hy类调度车行驶在j位置到i位置的路径上时车上所装载的未被损坏的无桩共享单车数量，i,j∈n；
[0248]
hy
ij
：一辆hy类调度车行驶在i位置到j位置的路径上时车上所装载的已被损坏的无桩共享单车数量，i,j∈n；
[0249]
hy
ji
：一辆hy类调度车行驶在j位置到i位置的路径上时车上所装载的已被损坏的无桩共享单车数量，i,j∈n；
[0250]
card()：数学表达式中表示集合中元素的数量；
[0251]
z：数学表达式中表示整数的含义，即所取到的数值均为整数；
[0252]
m：数学表达式中表示一个很大数值的含义，例如在实际中可取值为9999999。
[0253]
在hy类调度车的数学模型中，充分考虑了hy类调度车的调度任务和使用情况，其中：
[0254]
公式(46)为目标函数，由hy类调度车的租赁成本和调度工人的使用成本构成， min表示求出使得总成本最小的方案；
[0255]
公式(47)表示从调度中心出发的hy类调度车行驶到下一个位置点的行驶时间增量；
[0256]
公式(48)表示从除调度中心之外的位置出发的hy类调度车行驶到下一个点的行驶时间增量，其中考虑了调度工人搬运共享单车的作业时间；
[0257]
公式(49)表示hy类调度车的使用时间应该在无桩共享单车每次运营调度工作的时间范围之内；
[0258]
公式(50)表示禁止hy类调度车在一个位置完成作业后再次回到该位置；
[0259]
公式(51)表示dh类调度车工作时的流平衡约束，即从其他位置到达i位置的调度车数量应该与从i位置到达其他位置的数量相等；
[0260]
公式(52)表示hy类调度车从调度中心出发时所装载的未被损坏的共享单车数量以及回到调度中心后所装载的已被损坏的共享单车的数量；
[0261]
公式(53)表示hy类调度车从调度中心出发时所装载的已被损坏的共享单车数量以及回到调度中心后所装载的未被损坏的共享单车的数量；
[0262]
公式(54)表示hy类调度车经过集合q的某个位置后，需要将所装载的未被损坏的共享单车放下一辆；
[0263]
公式(55)表示hy类调度车经过集合d的某个位置后，需要将该位置未被损坏的共享单车装载到调度车上；
[0264]
公式(56)表示hy类调度车经过集合h的某个位置后，调度车上所装载未被损坏的共享单车数量不变；
[0265]
公式(57)表示hy类调度车经过集合q或d的某个位置后，调度车上所装载已被损坏的共享单车数量不变；
[0266]
公式(58)表示hy类调度车经过集合h的某个位置后，需要将该位置已被损坏的共享单车装载到调度车上；
[0267]
公式(59)表示hy类调度车工作时所装载的未被损坏共享单车和已被损坏共享单车的总数量不能超过其最大容量；
[0268]
公式(60)表示hy类调度车的三类决策变量取值限制，包括0
‑
1变量、非负约束和纯整数约束三个维度。
[0269]
综上，hy类调度车的数学模型模型已经搭建完毕。当从步骤s1中得到无桩共享单车运营调度工作的搬运需求后，将搬运需求带入hy类调度车的数学模型模型中，即可得到混合调度策略对应的工作方案和成本。
[0270]
如图6所示的为基于上述例子的混合调度策略，此时仅需要一辆hy类调度车就可完成调度任务，该调度车的行驶轨迹为k
→
d2→
d1→
q1→
q2→
q3→
h1→
k，对应的人工成本为调度车租赁成本为5
×
1＝5，得出混合调度策略下的总成本为14.42。
[0271]
在一个实施例中，上述步骤s3：将搬运需求分布特征分别导入三种运营调度策略模型，利用运筹优化算法求解模型，得到每种运营调度策略模型对应运营调度的实施方案和运营调度工作的成本，选取成本最低的策略为本次无桩共享单车运营调度的最优策略，具体包括：
[0272]
将步骤s1中计算得到的无桩共享单车的搬运需求，分别导入步骤s2中所提出的状态调度策略、动作调度策略和混合调度策略；利用运筹优化算法求解策略模型，即采用运筹学领域中求解整数线性规划的成熟算法，如分支定界法、割平面法、分支定价法、遗传算法或粒子群算法等；分别得到三种运营调度策略模型所对应运营调度的实施方案和运营调度工作的成本，即决策变量的取值和目标函数的取值,选取成本最低的策略为本次无桩共享单车运营调度的最优策略。
[0273]
通过对上述例子得到三种策略下最优调度方案的对比，可以得出该区域内用户骑行数据如表1时，以混合调度策略进行调度的总成本最低。在该策略下仅需使用一辆hy调度车，该调度车的行驶轨迹为k
→
d2→
d1→
q1→
q2→
q3→
h1→
k，此时所需的总成本为14.42。
[0274]
本发明公开了一种基于大数据分析的无桩共享单车运营调度策略优化方法，基于无桩共享单车的运营数据计算运营调度工作中的实时搬运需求，适用于各种不同的运营区域，具有适用范围广、计算准确性高的优点。
[0275]
本发明提供的方法基于调度车辆的不同功能制定三种运营调度策略模型，充分利用了调度车的多种功能，发挥了不同运营调度策略的优势。
[0276]
本发明提供的方法基于实时搬运需求和多种运营调度策略优化调度工作，最终生成的实施方案定制化程度高、适用性强、综合成本低。
[0277]
实施例二
[0278]
如图7所示，本发明实施例提供了一种基于大数据分析的无桩共享单车运营调度
策略优化系统，包括下述模块：
[0279]
提取搬运需求分布特征模块31，用于基于运营区域内无桩共享单车的运营数据，计算运营调度工作的搬运需求，提取该区域内无桩共享单车的搬运需求分布特征；
[0280]
构建运营调度策略模块32，用于基于运营调度工作的时长、调度车搬运功能、拾取动作和容量限制的特征，以最小化运营调度成本为目标，分别构建三种运营调度策略模型：状态调度策略模型、动作调度策略模型和混合调度策略模型；
[0281]
选取最优策略模块33，用于将搬运需求分布特征分别导入三种运营调度策略模型，利用运筹优化算法求解模型，得到每种运营调度策略模型对应运营调度的实施方案和运营调度工作的成本，选取成本最低的运营调度策略为本次无桩共享单车运营调度的最优策略。
[0282]
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。