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原文传递共享单车的实时服务鲁棒性及准限智能控制

论文题名：	共享单车的实时服务鲁棒性及准限智能控制
关键词：	共享单车;实时服务;鲁棒性;准限智能控制
摘要：	共享单车作为一种有效缓解城市交通拥堵、减少机动车辆排放的短程出行方式，已被众多国家广泛接受，成为了公共交通系统的一个重要组成部分。同时，共享单车也是疫情期间公众紧急出行的重要选择之一。但在共享单车的大规模推广过程中，有桩共享单车系统和无桩共享单车系统均面临着一些棘手而紧迫的运营管理难题。　　本论文基于共享单车系统中的运营管理难题，致力于有桩共享单车系统的潮汐现象、鲁棒性、动态再平衡需求控制及无桩共享单车系统的动态再平衡需求、选址配置问题进行了深入研究，并依据南京市公共自行车公司、摩拜公司及青桔公司的实时骑行数据完成了有桩共享单车系统与无桩共享单车系统的实证分析。具体研究包含以下内容：　　(1)有桩共享单车系统骑行行为的时空特征。以潮汐现象为突破口，从矢量的角度提出了一种构建整体骑行行为矢量场的粗粒化方法，结合时效网络理论建立了刻画有桩共享单车系统骑行行为的时空特征的指标和方法，并依据南京市公共自行车公司2017年3月20至2017年3月26日间的980161条实时骑行数据完成了实证分析。实证结果表明：有桩共享单车系统中的租借与归还共享单车行为在时间分布上具有一致性，两者能在相同的动态窗口下一起研究。同时发现矢量视角下单位时间内公众整体骑行频次的累加是形成等时间间隔下骑行行为潮汐现象的内在原因。即依据矢量视角下骑行行为的时空特征来构建新的时效窗口，能破解潮汐现象给有桩共享单车系统运营管理带来的困扰。　　(2)有桩共享单车系统的鲁棒性及预警值。构建了刻画有桩共享单车系统实时服务能力的新指标，提出了正常运营下骑行行为对有桩共享单车系统实时服务影响的鲁棒性策略，并依据南京市公共自行车公司40101个桩位上的980161条实时骑行数据完成了骑行行为对有桩共享单车系统实时服务的鲁棒性分析。同时，基于鲁棒性分析建立了一个计算站点阈值的方法来对有桩共享单车系统的实时服务能力进行预警。实证结果表明：南京市有桩共享单车系统的鲁棒性强，且代表预警值的站点阈值上下限分别为0.82和0.19。在新的站点阈值下，有桩共享单车系统中一周流量型窗口内累计有再平衡需求的站点数将减少2.18%。　　(3)有桩共享单车系统再平衡需求的准限智能控制。基于前两章中潮汐现象及站点阈值的研究结果，首先引入韭菜收割原理，提出了一个通过转换韭菜函数收割模式来精确控制动态再平衡需求的空间规模上限的方法。接着，提出了一个通过改变韭菜函数的生长环境来有效控制动态窗口时长下限的方法。最后，构建了一个新的将结构控制与时空脉冲控制相叠相融的动态再平衡需求的准限智能控制方法。同时，构建了测算最优控制参数的非线性优化模型，并依据南京市公共自行车公司2017年3月20日的130679条实时骑行数据完成了大规模优化模型下的实证分析。实证结果表明：准限智能控制能有效控制有桩共享单车系统的动态再平衡需求，促进有桩共享单车公司的有限再平衡能力与有桩共享单车系统中动态再平衡需求的匹配。　　(4)无桩共享单车系统再平衡需求的局部动态特征。基于正方形网格，提出了一个再平衡需求的可视化方法，并通过一个粗粒化方法构建了分析无桩共享单车系统再平衡需求局部动态特征的方法和步骤。依据南京摩拜公司1446669条骑行数据的实证结果表明：早高峰出行晚高峰回家的通勤行为不是构成无桩共享单车系统再平衡需求的最重要因素，且小尺度网格上无桩共享单车数量的配置优化能缓解无桩共享单车系统中的再平衡需求。　　(5)无桩共享单车系统的网格化管理优化策略。依据上章研究结果，引入蜂巢网格，以步行忍耐的极限距离构建骑行需求转移的欧式距离上限，以骑行OD路线（起止点路线）构建蜂巢网格间骑行需求转移的复杂网络关系，以相邻网格停放密度限制无桩共享单车系统对公共区域的占用，提出了一种新的无桩共享单车系统的选址配置优化模型，并依据南京摩拜公司2017年3月20至2017年3月26日间的1446669条实时骑行数据和青桔公司2019年10月及2020年6月的3007999条实时骑行数据完成了实证分析。结果表明：新的选址配置模型能在不损失骑行需求的基础上有效缩减无桩共享单车系统对公共区域的占用面积，有很好的推广价值。
作者：	张文彬
专业：	控制科学与工程
导师：	郭柏灵;田立新
授予学位：	博士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021