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原文传递数据驱动的无桩共享单车设施选址与搬运优化研究

论文题名：	数据驱动的无桩共享单车设施选址与搬运优化研究
关键词：	共享单车;数据驱动;设施选址;搬运优化;启发式算法
摘要：	作为一种低碳、低价、便捷、可持续的城市公共交通出行方式，无桩共享单车以其独特的产品优势受到各国政府和百姓的青睐。然而，由于用户出行需求的不确定性、潮汐性以及不当操作等因素，无桩共享单车系统中供需不平、无序停放以及单车破损的问题十分突出，严重影响了城市公共交通的运营秩序和百姓的日常出行体验。科学规划的无桩共享单车基础设施是提高城市公共交通服务效率的关键一环，高效运营的无桩共享单车系统是增强百姓日常生活福祉的基础保障，具有十分重要的意义。　　本研究从规划设计和运营管理两个层面出发开展针对无桩共享单车系统的设施选址与搬运优化研究。在规划设计层面，研究无桩共享单车的电子围栏选址问题和维修站选址问题;在运营管理层面，研究无桩共享单车的区域间搬运优化问题和区域内搬运优化问题。针对上述问题，分别构建了不同问题视角下的数学优化模型，设计了相应的求解方法，开展了部分基于实际运营数据的实验。本研究主要从以下四个方面展开: 　　(1)研究了考虑路侧停车位协同的无桩共享单车电子围栏选址问题,针对无桩共享单车用户停车需求的不确定性与潮汐性，构建了一种基于骑行用户停车选择行为的两阶段随机规划模型，提出了一种基于场景的随机规划模型，设计了一种基于抽样近似的遗传算法，验证了算法的有效性。实验结果显示，基于抽样近似的遗传算法收敛速度更快，求解能力优于传统遗传算法。　　(2)研究了考虑排队等待时长的无桩共享单车维修站选址问题，针对无桩共享单车维修站内破损单车堆积的现象，构建了一种基于排队论方法的维修站覆盖选址模型，提出了一种将维修站覆盖选址模型中高次约束转化为可被精确求解的二次规划方法，验证了模型的优势和求解规模。实验结果显示，基于排队论的覆盖选址模型能够缩短23.37％的破损单车平均运输距离，降低破损单车站内服务排队时长157％。　　(3)研究了考虑多种搬运车型的无桩共享单车区域间搬运优化问题,针对无桩共享单车各区域间的供需不平问题,构建了一种考虑多种搬运车型的无桩共享单车区域间搬运优化基础模型，证明了基础模型的性质，提出了一种基于基础模型的机会约束规划模型，设计了一种考虑多种进化策略的改进遗传算法，验证了模型和算法的有效性。实验结果显示，块交叉策略能够加快算法的收敛速度,且机会约束规划比均值模型的用户满意度水平高13.4％。　　(4)研究了考虑多种搬运策略的无桩共享单车区域内搬运优化问题,针对无桩共享单车区域内搬运问题中搬运场景的多样性，提出了三种无桩共享单车区域内搬运策略，构建了不同策略下的数学规划模型，设计了一种基于自适应大邻域与变邻域嵌套的邻域搜索算法,验证了模型和算法的有效性，给出了不同搬运场景下的最优策略选择方法。实验结果显示，当区域内搬运场景分散度小于0.5时，混合搬运策略更优，当区域内搬运场景分散度大于0.5时，动作分离搬运策略更优。　　本文的研究成果能为政府在城市公共交通设施规划过程中提供理论依据，对提升无桩共享单车企业服务效率具有指导作用。
作者：	张博文
专业：	管理科学与工程
导师：	李想
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京化工大学
学位年度：	2023