專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于滾動(dòng)時(shí)域調(diào)度算法的公共慢行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種公共慢行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
目前，還沒(méi)有公共慢行系統(tǒng)的調(diào)度方法，只存在其它的相近領(lǐng)域內(nèi)(如郵政問(wèn)題、 煙草配送問(wèn)題、旅行商問(wèn)題、物流配送問(wèn)題等)的調(diào)度方法。車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題的分類(lèi)
根據(jù)網(wǎng)點(diǎn)對(duì)服務(wù)時(shí)間的要求，車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題分為無(wú)時(shí)間窗車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題和有時(shí) 間窗車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題。在無(wú)時(shí)間窗車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題中網(wǎng)點(diǎn)對(duì)開(kāi)始服務(wù)(裝貨或卸貨)的時(shí)間沒(méi) 有要求；反之要求網(wǎng)點(diǎn)在一定時(shí)間內(nèi)接受服務(wù)的調(diào)度問(wèn)題為有時(shí)間窗車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題。其中 根據(jù)對(duì)服務(wù)時(shí)間要求的不同，有時(shí)間窗車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題又分為硬時(shí)間窗車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題和軟時(shí) 間窗調(diào)度問(wèn)題，在硬時(shí)間窗車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題中，車(chē)輛對(duì)網(wǎng)點(diǎn)的服務(wù)必須在給定的時(shí)間窗內(nèi)完 成，不能提前和延遲；在軟時(shí)間窗車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題中，網(wǎng)點(diǎn)對(duì)服務(wù)時(shí)間沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求， 車(chē)輛應(yīng)盡量在給定的時(shí)間窗內(nèi)到達(dá)并進(jìn)行服務(wù)，但允許一定程度的提前或延遲，并根據(jù)提 前或延遲的程度對(duì)此次服務(wù)進(jìn)行懲罰。 根據(jù)車(chē)輛類(lèi)型是否相同，車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題分為單車(chē)型車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題和多車(chē)型車(chē)輛 調(diào)度問(wèn)題。 根據(jù)停車(chē)場(chǎng)或倉(cāng)庫(kù)的數(shù)目，車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題可以分為單車(chē)場(chǎng)車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題和多車(chē) 場(chǎng)車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題。 根據(jù)調(diào)度前信息是否完全已知，車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題分為靜態(tài)車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題和動(dòng)態(tài)車(chē)輛 調(diào)度問(wèn)題。靜態(tài)車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題是指在制定調(diào)度計(jì)劃前所有的信息都是已知的，包括車(chē)輛信 息、需求點(diǎn)的服務(wù)請(qǐng)求信息、路網(wǎng)的路況信息等等，并且這些信息在調(diào)度的過(guò)程中是保持不 變；動(dòng)態(tài)車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題是指在制定調(diào)度計(jì)劃前只有部分的信息是已知的，而有一些信息在 調(diào)度的過(guò)程中是不斷變化的，比如需求點(diǎn)的位置和需求量、路網(wǎng)的交通狀況、車(chē)輛狀態(tài)和天 氣情況等。 根據(jù)車(chē)輛完成任務(wù)后是否必須返回停車(chē)場(chǎng)，車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題可以分為車(chē)輛開(kāi)放調(diào)度 問(wèn)題和車(chē)輛封閉調(diào)度問(wèn)題。其中車(chē)輛開(kāi)放調(diào)度問(wèn)題是指在車(chē)輛完成調(diào)度計(jì)劃后不必返回停 車(chē)場(chǎng)，而在車(chē)輛封閉調(diào)度問(wèn)題車(chē)輛完成調(diào)度計(jì)劃后必須返回停車(chē)場(chǎng)。 根據(jù)配送貨物的特征，車(chē)輛調(diào)度問(wèn)題分為純送貨問(wèn)題、純?nèi)∝泦?wèn)題和取送貨混合 問(wèn)題。 現(xiàn)有的公共慢行系統(tǒng)，例如公共自行車(chē)，通常需要對(duì)各個(gè)網(wǎng)點(diǎn)的車(chē)輛數(shù)目進(jìn)行人 工統(tǒng)計(jì)，并定時(shí)進(jìn)行車(chē)輛的調(diào)度，實(shí)時(shí)性差，缺乏自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)，影響了公共慢行系統(tǒng)的運(yùn) 行效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的公共慢行系統(tǒng)的人工統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)性差、影響運(yùn)行效率的不足，本發(fā)
明提供一種能夠進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)性好、提升運(yùn)行效率的基于滾動(dòng)時(shí)域調(diào)度算法的公共慢行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法。 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 —種基于滾動(dòng)時(shí)域調(diào)度算法的公共慢行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，包括以下步驟
1)、設(shè)定時(shí)間軸表示一個(gè)工作日的整個(gè)調(diào)度周期，在時(shí)間軸上，每一個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)一 個(gè)場(chǎng)景，關(guān)鍵點(diǎn)是指正在接受服務(wù)或者有運(yùn)輸車(chē)輛正在前往該點(diǎn)的路上的租賃點(diǎn)，關(guān)鍵點(diǎn) 的任務(wù)是不能更改； 時(shí)間窗是公共自行車(chē)租賃點(diǎn)允許服務(wù)的時(shí)間范圍，用模糊時(shí)間窗來(lái)描述租賃點(diǎn)對(duì) 服務(wù)時(shí)間的約束范圍，[WAi，WBi]表示租賃點(diǎn)i可容忍的服務(wù)時(shí)間范圍，[WCi，WDi]表示租賃 點(diǎn)i期望的服務(wù)時(shí)間范圍，ti表示車(chē)輛到達(dá)點(diǎn)i的時(shí)間；租賃點(diǎn)i的滿(mǎn)意度可以表示為
' 0 ^ <固,或f, >『5,
(,,-固,)/(,_固,)固,",<,
化)_'(,, 一 ^ / (Vs, 一 ,,)即,< < ,,
1 『c, < ^ <即, 2)、建立調(diào)度模型停車(chē)場(chǎng)P0有T輛運(yùn)輸車(chē)，運(yùn)輸車(chē)輛k最大載重量為Qk，從停車(chē) 場(chǎng)P0派遣若干運(yùn)輸車(chē)輛向n個(gè)公共自行車(chē)租賃點(diǎn)提供服務(wù)，每一個(gè)租賃點(diǎn)的容量為Ei (i = 1 ， 2……n)，在t時(shí)刻，每個(gè)租賃點(diǎn)的自行車(chē)的數(shù)量為Qi (t) (i = 1 ， 2……n) 。 Qi (t)與Ei之
比為Hi(t)，正常狀態(tài)下租賃點(diǎn)i的&的范圍是[C^，CmJ，租賃點(diǎn)的服務(wù)請(qǐng)求有兩種情況 ①當(dāng)Hi(t) 〉Cm^時(shí)，表示租賃點(diǎn)在t時(shí)刻需要運(yùn)出自行車(chē)；②當(dāng)Hi(t) 〈Cmin時(shí)，表示租賃
點(diǎn)在t時(shí)刻需要運(yùn)入自行車(chē)；租賃點(diǎn)i可容忍的服務(wù)時(shí)間范圍是[WAi， WBi]，期望的服務(wù)時(shí) 間范圍是[WCi， WDJ ;租賃點(diǎn)i的服務(wù)時(shí)間為Si， ti表示運(yùn)輸車(chē)輛到達(dá)租賃點(diǎn)i開(kāi)始服務(wù)的
時(shí)間，fA)表示租賃點(diǎn)i的滿(mǎn)意度; 租賃點(diǎn)的需求量為租賃點(diǎn)需要運(yùn)入或運(yùn)出的自行車(chē)的數(shù)量，當(dāng)Hjt) > C,時(shí)，租賃點(diǎn)需運(yùn)出自行車(chē)，設(shè)租賃點(diǎn)此時(shí)的需求量為di(t)，當(dāng)租賃點(diǎn)接受
服務(wù)后，其&應(yīng)該在區(qū)間[Cmin， Cmax]內(nèi)，則必須滿(mǎn)足Cmin ,(t):州《c腿，即
五,
qi (t) -C隨Ei《& (t)《Qi (t) -CminEi，此時(shí)，& (t)取其下限Qi (t) -C隨Ei即可滿(mǎn)足要求;同理，
當(dāng)& (t) < Cmin時(shí)，A (t) = CminEi-di (t);
K:運(yùn)輸車(chē)輛的集合； TS :時(shí)間軸(并且被劃分為若干個(gè)時(shí)間段)；
Tn :在時(shí)間軸上的第n個(gè)時(shí)間段； N(Tn):在i;時(shí)間段內(nèi)，所有未完成任務(wù)租賃點(diǎn)，新的有服務(wù)請(qǐng)求的租賃點(diǎn)和停車(chē) 場(chǎng)的集合； M(Tn):在Tn時(shí)間段內(nèi)，所有關(guān)鍵點(diǎn)、未完成任務(wù)租賃點(diǎn)，新的有服務(wù)請(qǐng)求的租賃點(diǎn) 和停車(chē)場(chǎng)的集合； Qki :運(yùn)輸車(chē)輛K在租賃點(diǎn)i服務(wù)后裝載的自行車(chē)的數(shù)量；
1表示租賃點(diǎn)/的任務(wù)有運(yùn)輸車(chē)輛^來(lái)完成； = ^ 0其他。
5
以租賃點(diǎn)總的滿(mǎn)意度最大化為目標(biāo)建立公共慢行系統(tǒng)調(diào)度的模型，目標(biāo)函數(shù)如 下max Z=Z[/'(。] (1) 約束條件為 Qki < QkVieM(0, "K (2) 3)、將整個(gè)調(diào)度周期劃分為若干個(gè)子調(diào)度周期，將每一個(gè)子調(diào)度周期看作是靜態(tài)
的調(diào)度問(wèn)題，通過(guò)求解若干個(gè)靜態(tài)的調(diào)度問(wèn)題和不斷滾動(dòng)更新調(diào)度計(jì)劃的方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的
車(chē)輛調(diào)度。在求解每子調(diào)度周期對(duì)應(yīng)的靜態(tài)調(diào)度問(wèn)題時(shí)，采用基于變鄰域的禁忌搜索算法
獲取調(diào)度計(jì)劃。在變鄰域的搜索過(guò)程中存在以下概念 (a)變鄰域搜索條件當(dāng)搜索過(guò)程中連續(xù)若干次迭代后解的適配值沒(méi)有提高時(shí)， 滿(mǎn)足變鄰域搜索條件，否則，不滿(mǎn)足變鄰域搜索跳條件； (b)原鄰域解禁忌搜索過(guò)程中不滿(mǎn)足變鄰域搜索條件時(shí)的鄰域解； (c)變鄰域解禁忌搜索過(guò)程中滿(mǎn)足變鄰域搜索條件時(shí)的鄰域解，變鄰域解與原
鄰域解相比具有不同的鄰域結(jié)構(gòu)。
變鄰域的禁忌搜索算法步驟如下所示，包括
(3. 1)產(chǎn)生初始解，初始化參數(shù)和禁忌表； (3.2)判斷是否滿(mǎn)足終止條件，如果滿(mǎn)足則介紹并輸出結(jié)果，否則，轉(zhuǎn)至步驟 (3. 3); (3. 3)判斷是否滿(mǎn)足變鄰域條件，如果滿(mǎn)足生成當(dāng)前解的變鄰域解，反之，生成當(dāng)
前解的原鄰域解； (3. 4)確定候選解； (3. 5)判斷是否滿(mǎn)足藐視準(zhǔn)則，如果是，則用特赦解替換當(dāng)前解，轉(zhuǎn)至步驟(3. 2) 并更新禁忌表，否則，則轉(zhuǎn)至步驟(3.6); (3.6)在候選解中用最優(yōu)的非禁忌解替換當(dāng)前解，并更新禁忌表，轉(zhuǎn)至步驟 (3. 2)。 進(jìn)一步，在所述步驟3)中，改變鄰域結(jié)構(gòu)能大大增加禁忌搜索算法獲得全局最優(yōu) 解的概率，當(dāng)連續(xù)若干次迭代獲得的解的適配值沒(méi)有提高時(shí)，則禁忌搜索過(guò)程有可能陷入 了局部最優(yōu)陷阱，此時(shí)跳出局部最優(yōu)點(diǎn)對(duì)提高解的質(zhì)量是非常重要的。因此，采用以下措施 提高禁忌搜索算法的質(zhì)量當(dāng)經(jīng)過(guò)連續(xù)若干次迭代后解的適配值沒(méi)有提高時(shí)，則改變鄰域 結(jié)構(gòu)，即在當(dāng)前解的新的鄰域解中進(jìn)行搜索。 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在能夠進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)性好、提升運(yùn)行效率。


圖1是模糊時(shí)間窗的示意圖。
圖2是基于滾動(dòng)時(shí)域調(diào)度算法的公共慢行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度的流程圖。
圖3是變鄰域的禁忌搜索方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 參照?qǐng)D1 圖3，一種基于滾動(dòng)時(shí)域調(diào)度算法的公共慢行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，包括 以下步驟 1)、設(shè)定時(shí)間軸表示一個(gè)工作日的整個(gè)調(diào)度周期，在時(shí)間軸上，每一個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)一 個(gè)場(chǎng)景，關(guān)鍵點(diǎn)是指正在接受服務(wù)或者有運(yùn)輸車(chē)輛正在前往該點(diǎn)的路上的租賃點(diǎn)，關(guān)鍵點(diǎn) 的任務(wù)是不能更改； 時(shí)間窗是公共自行車(chē)租賃點(diǎn)允許服務(wù)的時(shí)間范圍，用模糊時(shí)間窗來(lái)描述租賃點(diǎn)對(duì) 服務(wù)時(shí)間的約束范圍，[WAi，WBi]表示租賃點(diǎn)i可容忍的服務(wù)時(shí)間范圍，[WCi，WDi]表示租賃 點(diǎn)i期望的服務(wù)時(shí)間范圍，ti表示車(chē)輛到達(dá)點(diǎn)i的時(shí)間；租賃點(diǎn)i的滿(mǎn)意度可以表示為 2)、建立調(diào)度模型停車(chē)場(chǎng)P0有T輛運(yùn)輸車(chē)，運(yùn)輸車(chē)輛k最大載重量為Qk，從停車(chē) 場(chǎng)P0派遣若干運(yùn)輸車(chē)輛向n個(gè)公共自行車(chē)租賃點(diǎn)提供服務(wù)，每一個(gè)租賃點(diǎn)的容量為Ei (i = 1 ， 2……n)，在t時(shí)刻，每個(gè)租賃點(diǎn)的自行車(chē)的數(shù)量為Qi (t) (i = 1 ， 2……n) 。 Qi (t)與Ei之
比為Hi(t)，正常狀態(tài)下租賃點(diǎn)i的&的范圍是[C^，CmJ，租賃點(diǎn)的服務(wù)請(qǐng)求有兩種情況 ①當(dāng)Hi(t) 〉Cm^時(shí)，表示租賃點(diǎn)在t時(shí)刻需要運(yùn)出自行車(chē)；②當(dāng)Hi(t) 〈Cmin時(shí)，表示租賃
點(diǎn)在t時(shí)刻需要運(yùn)入自行車(chē)；租賃點(diǎn)i可容忍的服務(wù)時(shí)間范圍是[WAi， WBi]，期望的服務(wù)時(shí) 間范圍是[WCi， WDJ ;租賃點(diǎn)i的服務(wù)時(shí)間為Si， ti表示運(yùn)輸車(chē)輛到達(dá)租賃點(diǎn)i開(kāi)始服務(wù)的
時(shí)間，fA)表示租賃點(diǎn)i的滿(mǎn)意度; 租賃點(diǎn)的需求量為租賃點(diǎn)需要運(yùn)入或運(yùn)出的自行車(chē)的數(shù)量，當(dāng)Hjt) > C,時(shí)，租賃點(diǎn)需運(yùn)出自行車(chē)，設(shè)租賃點(diǎn)此時(shí)的需求量為di(t)，當(dāng)租賃點(diǎn)接受
服務(wù)后，其&應(yīng)該在區(qū)間[cmin， cmax]內(nèi)，則必須滿(mǎn)足cmin《q'(t)，)《c臓，即
qi (t) -C隨Ei《& (t)《qi (t) -CminEi，此時(shí)，& (t)取其下限Qi (t) -C鵬Ei即可滿(mǎn)足要求;同理，
當(dāng)& (t) < C邁in時(shí)，& (t) = CminEi-di (t); K :運(yùn)輸車(chē)輛的集合； TS :時(shí)間軸(并且被劃分為若干個(gè)時(shí)間段)；
Tn :在時(shí)間軸上的第n個(gè)時(shí)間段； N(Tn):在Tn時(shí)間段內(nèi)，所有未完成任務(wù)租賃點(diǎn)，新的有服務(wù)請(qǐng)求的租賃點(diǎn)和停車(chē) 場(chǎng)的集合； M(Tn):在Tn時(shí)間段內(nèi)，所有關(guān)鍵點(diǎn)、未完成任務(wù)租賃點(diǎn)，新的有服務(wù)請(qǐng)求的租賃點(diǎn) 和停車(chē)場(chǎng)的集合； Qki :運(yùn)輸車(chē)輛K在租賃點(diǎn)i服務(wù)后裝載的自行車(chē)的數(shù)量；
{ 1表示租賃點(diǎn)/的任務(wù)有運(yùn)輸車(chē)輛A來(lái)完成；
'「i 0其他。 以租賃點(diǎn)總的滿(mǎn)意度最大化為目標(biāo)建立公共慢行系統(tǒng)調(diào)度的模型，目標(biāo)函數(shù)如 下
',《max Z= J] J][化)] (1)
r"ereiew(r ) 約束條件為 Qki<QkVieM(>)，keK (2)3)、 將整個(gè)調(diào)度周期劃分為若干個(gè)子調(diào)度周期，將每一個(gè)子調(diào)度周期看作是靜態(tài)的調(diào)
度問(wèn)題，通過(guò)求解若干個(gè)靜態(tài)的調(diào)度問(wèn)題和不斷滾動(dòng)更新調(diào)度計(jì)劃的方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的車(chē)輛
調(diào)度。在求解每子調(diào)度周期對(duì)應(yīng)的靜態(tài)調(diào)度問(wèn)題時(shí)，采用基于變鄰域的禁忌搜索算法獲取
調(diào)度計(jì)劃。在變鄰域的搜索過(guò)程中存在以下概念 (a)變鄰域搜索條件當(dāng)搜索過(guò)程中連續(xù)若干次迭代后解的適配值沒(méi)有提高時(shí)， 滿(mǎn)足變鄰域搜索條件，否則，不滿(mǎn)足變鄰域搜索跳條件； (b)原鄰域解禁忌搜索過(guò)程中不滿(mǎn)足變鄰域搜索條件時(shí)的鄰域解； (c)變鄰域解禁忌搜索過(guò)程中滿(mǎn)足變鄰域搜索條件時(shí)的鄰域解，變鄰域解與原
鄰域解相比具有不同的鄰域結(jié)構(gòu)。
變鄰域的禁忌搜索算法步驟如下所示，包括
(3. 1)產(chǎn)生初始解，初始化參數(shù)和禁忌表； (3.2)判斷是否滿(mǎn)足終止條件，如果滿(mǎn)足則介紹并輸出結(jié)果，否則，轉(zhuǎn)至步驟 (3. 3); (3. 3)判斷是否滿(mǎn)足變鄰域條件，如果滿(mǎn)足生成當(dāng)前解的變鄰域解，反之，生成當(dāng)
前解的原鄰域解； (3.4)確定候選解； (3. 5)判斷是否滿(mǎn)足藐視準(zhǔn)則，如果是，則用特赦解替換當(dāng)前解，轉(zhuǎn)至步驟(3. 2) 并更新禁忌表，否則，則轉(zhuǎn)至步驟(3.6); (3.6)在候選解中用最優(yōu)的非禁忌解替換當(dāng)前解，并更新禁忌表，轉(zhuǎn)至步驟 (3. 2)。 進(jìn)一步，在所述步驟3)中，改變鄰域結(jié)構(gòu)能大大增加禁忌搜索算法獲得全局最優(yōu)
解的概率，當(dāng)連續(xù)若干次迭代獲得的解的適配值沒(méi)有提高時(shí)，則禁忌搜索過(guò)程有可能陷入
了局部最優(yōu)陷阱，此時(shí)跳出局部最優(yōu)點(diǎn)對(duì)提高解的質(zhì)量是非常重要的。因此，采用以下措施
提高禁忌搜索算法的質(zhì)量當(dāng)經(jīng)過(guò)連續(xù)若干次迭代后解的適配值沒(méi)有提高時(shí)，則改變鄰域
結(jié)構(gòu)，即在當(dāng)前解的新的鄰域解中進(jìn)行搜索。 本實(shí)施例的公共慢行系統(tǒng)調(diào)度模型的建立過(guò)程為 關(guān)鍵點(diǎn)和時(shí)間軸首先介紹關(guān)鍵點(diǎn)和時(shí)間軸的概念，如圖1所示，時(shí)間軸表示一個(gè) 工作日的整個(gè)調(diào)度周期，在時(shí)間軸上，每一個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)一個(gè)場(chǎng)景，在圖1中的^時(shí)刻對(duì)應(yīng)的 場(chǎng)景為租賃點(diǎn)1、3、4、和6為尚未服務(wù)的對(duì)象，租賃點(diǎn)2是已經(jīng)完成服務(wù)的對(duì)象，租賃點(diǎn)5為 正在進(jìn)行服務(wù)的對(duì)象；t2時(shí)刻對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景為租賃點(diǎn)1、4為尚未服務(wù)的對(duì)象，租賃點(diǎn)2、5、6是 已經(jīng)完成服務(wù)的對(duì)象，租賃點(diǎn)3為正在進(jìn)行服務(wù)的對(duì)象，租賃點(diǎn)7為新增的有服務(wù)請(qǐng)求的租賃點(diǎn)。關(guān)鍵點(diǎn)是指正在接受服務(wù)或者有運(yùn)輸車(chē)輛正在前往該點(diǎn)的路上的租賃點(diǎn)，關(guān)鍵點(diǎn)的 任務(wù)是不能更改的，如圖1中、時(shí)刻對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)是租賃點(diǎn)3和5， t2時(shí)刻對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)是 租賃點(diǎn)1和3。
模糊時(shí)間窗及公共自行車(chē)租賃點(diǎn)的滿(mǎn)意度時(shí)間窗是公共自行車(chē)租賃點(diǎn)允許服務(wù)
的時(shí)間范圍，用模糊時(shí)間窗來(lái)描述租賃點(diǎn)對(duì)服務(wù)時(shí)間的約束范圍，如圖所示，[WAi，WBi]表示
租賃點(diǎn)i可容忍的服務(wù)時(shí)間范圍，[WCi， WDJ表示租賃點(diǎn)i期望的服務(wù)時(shí)間范圍[9] ， ti表
示車(chē)輛到達(dá)點(diǎn)i的時(shí)間。 則租賃點(diǎn)i的滿(mǎn)意度可以表示為 公共慢行系統(tǒng)調(diào)度模型的建立公共慢行系統(tǒng)調(diào)度問(wèn)題可以描述為停車(chē)場(chǎng)P0有 T輛運(yùn)輸車(chē)，運(yùn)輸車(chē)輛k最大載重量(最多裝載自行車(chē)的數(shù)量)為Qk，從停車(chē)場(chǎng)PO派遣若干 運(yùn)輸車(chē)輛向n個(gè)公共自行車(chē)租賃點(diǎn)提供服務(wù)。每一個(gè)租賃點(diǎn)的容量(最多容納的自行車(chē)的 數(shù)量)為&(i = 1，2……n)，在t時(shí)刻，每個(gè)租賃點(diǎn)的自行車(chē)的數(shù)量為qi(t) (i = 1，2…… n)。 qjt)與Ei之比為Hi(t)，正常狀態(tài)下租賃點(diǎn)i的&的范圍是[Cmin，Cj，租賃點(diǎn)的服務(wù) 請(qǐng)求有兩種情況(l)當(dāng)Hjt) X;^時(shí)，表示租賃點(diǎn)在t時(shí)刻需要運(yùn)出自行車(chē)；(2)當(dāng)Hjt) 〈C^時(shí)，表示租賃點(diǎn)在t時(shí)刻需要運(yùn)入自行車(chē)。租賃點(diǎn)i可容忍的服務(wù)時(shí)間范圍是[WAi， WBi]，期望的服務(wù)時(shí)間范圍是[WCi， WDJ。租賃點(diǎn)i的服務(wù)時(shí)間為Si， ti表示運(yùn)輸車(chē)輛到達(dá) 租賃點(diǎn)i開(kāi)始服務(wù)的時(shí)間，fi(ti)表示租賃點(diǎn)i的滿(mǎn)意度。要求安排合理的車(chē)輛行駛路線 使租賃點(diǎn)的滿(mǎn)意度最大化。并滿(mǎn)足以下條件在任何時(shí)候，每輛運(yùn)輸車(chē)的載重量不能超過(guò)車(chē) 輛的最大載重量。 公共自行車(chē)租賃點(diǎn)需求量的確定租賃點(diǎn)的需求量為租賃點(diǎn)需要運(yùn)入或運(yùn)出的自 行車(chē)的數(shù)量，當(dāng)Hjt) > Cmax時(shí)，租賃點(diǎn)需運(yùn)出自行車(chē)，設(shè)租賃點(diǎn)此時(shí)的需求量為di(t)，當(dāng)
租賃點(diǎn)接受服務(wù)后，其Hi應(yīng)該在區(qū)間[cmin，cmax]內(nèi)，貝u必須滿(mǎn)足c誦《q'(t)，' (o ^C,，
即qi (t) -C隨Ei《& (t)《qi (t) -CminEi，此時(shí)，& (t)取其下限Qi (t) -C隨Ei即可滿(mǎn)足要求;同 理，當(dāng)Hi (t) < Cmin時(shí)，& (t) = CminEi-qi (t)。 模型的假設(shè)條件(1)租賃點(diǎn)間的行駛時(shí)間是已知的；(4)運(yùn)輸車(chē)輛無(wú)行駛時(shí)間和 行駛里程的限制；(5)可以預(yù)測(cè)10分鐘內(nèi)的各租賃點(diǎn)請(qǐng)求信息。
模型中參數(shù)的含義如下所示
K :運(yùn)輸車(chē)輛的集合； TS :時(shí)間軸(并且被劃分為若干個(gè)時(shí)間段)；
Tn :在時(shí)間軸上的第n個(gè)時(shí)間段； N(Tn):在Tn時(shí)間段內(nèi)，所有未完成任務(wù)租賃點(diǎn)，新的有服務(wù)請(qǐng)求的租賃點(diǎn)和停車(chē) 場(chǎng)的集合； M(Tn):在Tn時(shí)間段內(nèi)，所有關(guān)鍵點(diǎn)、未完成任務(wù)租賃點(diǎn)，新的有服務(wù)請(qǐng)求的租賃點(diǎn)
<formula>formula see original document page 9</formula>和停車(chē)場(chǎng)的集合； Qki :運(yùn)輸車(chē)輛K在租賃點(diǎn)i服務(wù)后裝載的自行車(chē)的數(shù)量；
{ 1表示租賃點(diǎn)/的任務(wù)有運(yùn)輸車(chē)輛A:來(lái)完成； '「1 0其他。
以租賃點(diǎn)總的滿(mǎn)意度最大化為目標(biāo)建立公共慢行系統(tǒng)調(diào)度的模型，目標(biāo)函數(shù)如
下
max Z=Z 2 (1)
r ereiew(7;) 約束條件為Qki < Qk Vi e M (0， k e K (2) (1)式為目標(biāo)函數(shù)，表示最大化租賃點(diǎn)總的滿(mǎn)意度；(2)式為運(yùn)輸車(chē)輛的載重量約
束條件，表示在任何時(shí)刻、任一租賃點(diǎn)運(yùn)輸車(chē)輛的載重量都不能超過(guò)其最大載重量。 滾動(dòng)時(shí)域調(diào)度算法在城市交通中，公共自行車(chē)處于在各個(gè)租賃點(diǎn)之間不斷流動(dòng)
的狀態(tài)，當(dāng)一個(gè)調(diào)度計(jì)劃確定后，隨著時(shí)間的推移，會(huì)不斷有新的網(wǎng)點(diǎn)向調(diào)度中心發(fā)出服務(wù)
請(qǐng)求，或者在當(dāng)前的調(diào)度計(jì)劃內(nèi)但還沒(méi)有獲得服務(wù)的網(wǎng)點(diǎn)通過(guò)公共自行車(chē)交通流的自動(dòng)調(diào)
配，已經(jīng)不再需要調(diào)度服務(wù)，這樣當(dāng)前的調(diào)度計(jì)劃就不再適合新的狀況，必須立即產(chǎn)生新的
調(diào)度計(jì)劃。因此采用基于滾動(dòng)時(shí)域的動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，將整個(gè)調(diào)度周期劃分為若干個(gè)子調(diào)度
周期，將每一個(gè)子調(diào)度周期看作是靜態(tài)的調(diào)度問(wèn)題，通過(guò)求解若干個(gè)靜態(tài)的調(diào)度問(wèn)題實(shí)現(xiàn)
動(dòng)態(tài)的車(chē)輛調(diào)度。
首先根據(jù)網(wǎng)點(diǎn)當(dāng)前是否有服務(wù)請(qǐng)求將公共自行車(chē)租賃網(wǎng)點(diǎn)分為兩類(lèi) 1.當(dāng)前服務(wù)窗口 C即當(dāng)前有服務(wù)請(qǐng)求的網(wǎng)點(diǎn)集合； 2.非當(dāng)前服務(wù)窗口 B即當(dāng)前未服務(wù)和已經(jīng)服務(wù)過(guò)的網(wǎng)點(diǎn)集合。 在一個(gè)工作日中工作時(shí)間設(shè)為從t0到tend,首先以t0時(shí)刻C集合內(nèi)的點(diǎn)為調(diào)度
服務(wù)對(duì)象制定調(diào)度計(jì)劃，在下一調(diào)度周期開(kāi)始時(shí)(tO+T)把C中已經(jīng)服務(wù)過(guò)的點(diǎn)移除至集合
P中，同時(shí)將P和B中的新產(chǎn)生調(diào)度服務(wù)請(qǐng)求的點(diǎn)加入到C中，再對(duì)C中的點(diǎn)生成調(diào)度計(jì)劃，
依次類(lèi)推不斷滾動(dòng)更新C中的點(diǎn)，直至?xí)r間t到達(dá)tend時(shí)刻。 采用改進(jìn)的禁忌搜索算法求解靜態(tài)調(diào)度問(wèn)題禁忌搜索算法是從一個(gè)給定的初始
解開(kāi)始，在當(dāng)前解的鄰域中確定若干候選解，如果最佳候選解的適配值優(yōu)于當(dāng)前最優(yōu)解的
適配值，則忽略其是否為禁忌解，將該解替換當(dāng)前最優(yōu)解，既藐視準(zhǔn)則，否則，選擇在候選解
中選取最優(yōu)的非禁忌解替換當(dāng)前最優(yōu)解，反復(fù)迭代直至滿(mǎn)足停止準(zhǔn)則。 變鄰域的禁忌搜索算法當(dāng)連續(xù)若干次迭代獲得的解的適配值沒(méi)有提高時(shí)，則搜
索過(guò)程有可能陷入了局部最優(yōu)陷阱，此時(shí)跳出局部最優(yōu)點(diǎn)對(duì)提高解的質(zhì)量是非常重要的。
因此，采用以下措施提高禁忌搜索算法的質(zhì)量當(dāng)經(jīng)過(guò)連續(xù)若干次迭代后解的適配值沒(méi)有
提高時(shí)，則改變鄰域結(jié)構(gòu)，即在當(dāng)前解的新的鄰域解中進(jìn)行搜索。在變鄰域的搜索過(guò)程中存
在以下概念 (1)變鄰域搜索條件當(dāng)搜索過(guò)程中連續(xù)若干次迭代后解的適配值沒(méi)有提高時(shí)， 滿(mǎn)足變鄰域搜索條件，否則，不滿(mǎn)足變鄰域搜索跳條件；
10
(2)原鄰域解禁忌搜索過(guò)程中不滿(mǎn)足變鄰域搜索條件時(shí)的鄰域解； (3)變鄰域解禁忌搜索過(guò)程中滿(mǎn)足變鄰域搜索條件時(shí)的鄰域解，變鄰域解與原
鄰域解相比具有不同的鄰域結(jié)構(gòu)。
用變鄰域的禁忌搜索算法求解靜態(tài)公共慢行系統(tǒng)的過(guò)程關(guān)鍵步驟解的表示用多層整數(shù)序列表示解，如"。:1—/—/ o:。"表示有兩輛運(yùn)輸
"0_2-4_7_9_0 ,,
車(chē)輛進(jìn)行服務(wù)，第一輛運(yùn)輸車(chē)的行駛路徑為從停車(chē)場(chǎng)O出發(fā)依次經(jīng)過(guò)租賃點(diǎn)1、5、3、8和租 賃點(diǎn)10，再回到停車(chē)場(chǎng)0 ;第二輛運(yùn)輸車(chē)的行駛路徑為從停車(chē)場(chǎng)O出發(fā)依次經(jīng)過(guò)租賃點(diǎn)2、 4、7、9，最后再回到停車(chē)場(chǎng)0。 適配值函數(shù)采用公共慢行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度模型中的目標(biāo)函數(shù)為適配值函數(shù)。
域結(jié)構(gòu)
'卩域結(jié)構(gòu)由于采用了變鄰域的搜索策略來(lái)提高解的質(zhì)量，因此需要設(shè)計(jì)兩個(gè)鄰
(1)插入法將一條路徑上的一點(diǎn)插入到另一路徑中來(lái)生成鄰域解。如下圖所示
將圖3. 3所示，對(duì)于兩條路線"":一^_3，—:"，"，將點(diǎn)2從第一條路線中移至第二條路向中，
5 — 6 — 7 — 8
得到的結(jié)果為"s ;i一: s "。 (2)交換法交換兩條路線上的一對(duì)點(diǎn)來(lái)生成相應(yīng)的鄰域解，如下圖所示將圖3. 4
所示，對(duì)于兩條路線"":_^一3，_1"，"，交換第一條路線中的點(diǎn)3和第二條路線中的點(diǎn)6，得
5—6_7_8
1-2_6—4 到的鄰域解為"s q 7 s "。 在變鄰域的禁忌搜索算法的迭代搜索過(guò)程中，用插入法獲取原鄰域解，用交換法 獲取變鄰域解，滿(mǎn)足變鄰域搜索條件時(shí)，則采用變鄰域的搜索方法，依此類(lèi)推，直至算法結(jié) 束。 禁忌對(duì)象和禁忌長(zhǎng)度禁忌對(duì)象被記錄在禁忌表中，表示在搜索過(guò)程中被禁忌的 操作，依此來(lái)避免迂回的搜索過(guò)程，跳出局部最優(yōu)狀態(tài)，提高解的質(zhì)量。本章采用解的適配 值作為禁忌搜索算法的禁忌對(duì)象。禁忌長(zhǎng)度為在不考慮藐視準(zhǔn)則的情況下，禁忌對(duì)象被禁 忌的最大次數(shù)，禁忌長(zhǎng)度的大小一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)來(lái)確定，本章設(shè)定禁忌長(zhǎng)度為；的整 數(shù)部分，其中n為網(wǎng)點(diǎn)的數(shù)量。 藐視準(zhǔn)則在候選解中，某個(gè)狀態(tài)的性能優(yōu)于"best so far "狀態(tài)，則無(wú)視其禁忌 屬性，直接選取它為當(dāng)前狀態(tài)。 終止準(zhǔn)則由于滾動(dòng)時(shí)域算法的實(shí)時(shí)性要求較高，因此禁忌搜索算法的終止準(zhǔn)則 設(shè)定為當(dāng)搜索迭代次數(shù)達(dá)到最大值時(shí)，算法終止。
權(quán)利要求
一種基于滾動(dòng)時(shí)域調(diào)度算法的公共慢行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，其特征在于所述公共慢行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法包括以下步驟1)、設(shè)定時(shí)間軸表示一個(gè)工作日的整個(gè)調(diào)度周期，在時(shí)間軸上，每一個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)一個(gè)場(chǎng)景，關(guān)鍵點(diǎn)是指正在接受服務(wù)或者有運(yùn)輸車(chē)輛正在前往該點(diǎn)的路上的租賃點(diǎn)，關(guān)鍵點(diǎn)的任務(wù)是不能更改；時(shí)間窗是公共自行車(chē)租賃點(diǎn)允許服務(wù)的時(shí)間范圍，用模糊時(shí)間窗來(lái)描述租賃點(diǎn)對(duì)服務(wù)時(shí)間的約束范圍，[WAi，WBi]表示租賃點(diǎn)i可容忍的服務(wù)時(shí)間范圍，[WCi，WDi]表示租賃點(diǎn)i期望的服務(wù)時(shí)間范圍，ti表示車(chē)輛到達(dá)點(diǎn)i的時(shí)間；租賃點(diǎn)i的滿(mǎn)意度表示為2)、建立調(diào)度模型停車(chē)場(chǎng)P0有T輛運(yùn)輸車(chē)，運(yùn)輸車(chē)輛k最大載重量為Qk，從停車(chē)場(chǎng)P0派遣若干運(yùn)輸車(chē)輛向n個(gè)公共自行車(chē)租賃點(diǎn)提供服務(wù)，每一個(gè)租賃點(diǎn)的容量為Ei(i＝1，2…n)，在t時(shí)刻，每個(gè)租賃點(diǎn)的自行車(chē)的數(shù)量為qi(t)(i＝1，2……n)；qi(t)與Ei之比為Hi(t)，正常狀態(tài)下租賃點(diǎn)i的Hi的范圍是[Cmin，Cmax]，租賃點(diǎn)的服務(wù)請(qǐng)求有兩種情況①當(dāng)Hi(t)＞Cmax時(shí)，表示租賃點(diǎn)在t時(shí)刻需要運(yùn)出自行車(chē)；②當(dāng)Hi(t)＜Cmin時(shí)，表示租賃點(diǎn)在t時(shí)刻需要運(yùn)入自行車(chē)；租賃點(diǎn)i可容忍的服務(wù)時(shí)間范圍是[WAi，WBi]，期望的服務(wù)時(shí)間范圍是[WCi，WDi]；租賃點(diǎn)i的服務(wù)時(shí)間為si，ti表示運(yùn)輸車(chē)輛到達(dá)租賃點(diǎn)i開(kāi)始服務(wù)的時(shí)間，fi(ti)表示租賃點(diǎn)i的滿(mǎn)意度；租賃點(diǎn)的需求量為租賃點(diǎn)需要運(yùn)入或運(yùn)出的自行車(chē)的數(shù)量，當(dāng)Hi(t)＞Cmax時(shí)，租賃點(diǎn)需運(yùn)出自行車(chē)，設(shè)租賃點(diǎn)此時(shí)的需求量為di(t)，當(dāng)租賃點(diǎn)接受服務(wù)后，其Hi應(yīng)該在區(qū)間[Cmin，Cmax]內(nèi)，則必須滿(mǎn)足 <mrow><msub> <mi>C</mi> <mi>min</mi></msub><mo>&le;</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>q</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <msub><mi>E</mi><mi>i</mi> </msub></mfrac><mo>&le;</mo><msub> <mi>C</mi> <mi>max</mi></msub><mo>,</mo> </mrow>即qi(t)-CmaxEi≤di(t)≤qi(t)-CminEi，此時(shí)，di(t)取其下限qi(t)-CmaxEi即可滿(mǎn)足要求；同理，當(dāng)Hi(t)＜Cmin時(shí)，di(t)＝CminEi-qi(t)；N(t)t時(shí)刻，所有未完成任務(wù)租賃點(diǎn)，新的有服務(wù)請(qǐng)求的租賃點(diǎn)和停車(chē)場(chǎng)的集合；M(t)t時(shí)刻，所有關(guān)鍵點(diǎn)、未完成任務(wù)租賃點(diǎn)，新的有服務(wù)請(qǐng)求的租賃點(diǎn)和停車(chē)場(chǎng)的集合；K運(yùn)輸車(chē)輛的集合；TS時(shí)間軸；Qki運(yùn)輸車(chē)輛K在租賃點(diǎn)i服務(wù)后裝載的自行車(chē)的數(shù)量；以租賃點(diǎn)總的滿(mǎn)意度最大化為目標(biāo)建立公共慢行系統(tǒng)調(diào)度的模型，目標(biāo)函數(shù)如下 <mrow><mrow> <mi>max</mi> <mi>Z</mi> <mo>=</mo> <munder><mi>&Sigma;</mi><mrow> <mi>t</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>TS</mi></mrow> </munder> <munder><mi>&Sigma;</mi><mrow> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>N</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow></mrow> </munder> <mo>[</mo> <msub><mi>f</mi><mi>i</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>i</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>]</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>約束條件為Qki＜Qk <mrow><mo>&ForAll;</mo><mi>i</mi><mo>&Element;</mo><mi>M</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>&Element;</mo><mi>K</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>3)、將整個(gè)調(diào)度周期劃分為若干個(gè)子調(diào)度周期，將每一個(gè)子調(diào)度周期看作是靜態(tài)的調(diào)度問(wèn)題，通過(guò)求解若干個(gè)靜態(tài)的調(diào)度問(wèn)題和不斷滾動(dòng)更新調(diào)度計(jì)劃的方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的車(chē)輛調(diào)度；在求解每子調(diào)度周期對(duì)應(yīng)的靜態(tài)調(diào)度問(wèn)題時(shí)，采用基于變鄰域的禁忌搜索算法獲取調(diào)度計(jì)劃；在變鄰域的搜索過(guò)程中存在以下概念(a)變鄰域搜索條件當(dāng)搜索過(guò)程中連續(xù)若干次迭代后解的適配值沒(méi)有提高時(shí)，滿(mǎn)足變鄰域搜索條件，否則，不滿(mǎn)足變鄰域搜索跳條件；(b)原鄰域解禁忌搜索過(guò)程中不滿(mǎn)足變鄰域搜索條件時(shí)的鄰域解；(c)變鄰域解禁忌搜索過(guò)程中滿(mǎn)足變鄰域搜索條件時(shí)的鄰域解，變鄰域解與原鄰域解相比具有不同的鄰域結(jié)構(gòu)。變鄰域的禁忌搜索算法步驟如下所示，包括(3.1)產(chǎn)生初始解，初始化參數(shù)和禁忌表；(3.2)判斷是否滿(mǎn)足終止條件，如果滿(mǎn)足則介紹并輸出結(jié)果，否則，轉(zhuǎn)至步驟(3.3)；(3.3)判斷是否滿(mǎn)足變鄰域條件，如果滿(mǎn)足生成當(dāng)前解的變鄰域解，反之，生成當(dāng)前解的原鄰域解；(3.4)確定候選解；(3.5)判斷是否滿(mǎn)足藐視準(zhǔn)則，如果是，則用特赦解替換當(dāng)前解，轉(zhuǎn)至步驟(3.2)并更新禁忌表，否則，則轉(zhuǎn)至步驟(3.6)；(3.6)在候選解中用最優(yōu)的非禁忌解替換當(dāng)前解，并更新禁忌表，轉(zhuǎn)至步驟(3.2)。F2009101555660C00011.tif,F2009101555660C00022.tif
2.如權(quán)利要求1所述的基于滾動(dòng)時(shí)域調(diào)度算法的公共慢行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，其特征在于在所述步驟3)中，當(dāng)經(jīng)過(guò)連續(xù)若干次迭代后解的適配值沒(méi)有提高時(shí)，則改變鄰域結(jié)構(gòu)，即在當(dāng)前解的新的鄰域解中進(jìn)行搜索。
全文摘要
一種基于滾動(dòng)時(shí)域調(diào)度算法的公共慢行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，包括以下步驟1)設(shè)定時(shí)間軸表示一個(gè)工作日的整個(gè)調(diào)度周期，關(guān)鍵點(diǎn)是指正在接受服務(wù)或者有運(yùn)輸車(chē)輛正在前往該點(diǎn)的路上的租賃點(diǎn)，時(shí)間窗是公共自行車(chē)租賃點(diǎn)允許服務(wù)的時(shí)間范圍，租賃點(diǎn)i的滿(mǎn)意度表示為fi(ti)2)建立調(diào)度模型；3)采用基于滾動(dòng)時(shí)域的動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，將整個(gè)調(diào)度周期劃分為若干個(gè)子調(diào)度周期，將每一個(gè)子調(diào)度周期看作是靜態(tài)的調(diào)度問(wèn)題，通過(guò)變鄰域的禁忌搜索算法求解若干個(gè)靜態(tài)的調(diào)度問(wèn)題和不斷滾動(dòng)更新調(diào)度計(jì)劃的方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的車(chē)輛調(diào)度。本發(fā)明種能夠進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)性好、提升運(yùn)行效率。
文檔編號(hào)G06Q50/00GK101739655SQ20091015556
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者董紅召, 趙敬洋, 郭明飛, 郭海鋒, 陳寧 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)