基于双层规划的共享电动汽车车辆及人员调度优化方法技术

一种基于双层规划的共享电动汽车车辆及人员调度优化方法，包括：时空网络的建立，包括：共享汽车时空网络的建立和调度人员时空网络的建立；确定时空服务范围及缩小调度方案的可行解范围；生成车辆调度方案模型、确定车队规模；计算企业员工调度方案及企业员工最优调度数量。本发明专利技术能够高效快速地对共享汽车及人员进行调度。本发明专利技术针对共享汽车企业的实际运营：车辆调度和人员调度进行建模优化，填补了此方面研究的空缺，具有较强的实践指导意义和研究价值。能够在合理的时间内生成共享汽车企业的车辆和人员调度优化方案。

【技术实现步骤摘要】
基于双层规划的共享电动汽车车辆及人员调度优化方法
本专利技术涉及一种共享电动汽车的调度优化方法。特别是涉及一种基于双层规划的共享电动汽车车辆及人员调度优化方法。
技术介绍
随着共享观念逐渐获得社会认可，一批基于共享经济的新时代共享产品不断进入人们的视野。以交通而言，共享单车、共享汽车等产品和服务已成功投入市场，并进入企业化运营阶段。我国汽车保有量已突破3亿辆，每年还以1400万辆的速度快速增长，随之而来的，是城市遭遇交通拥堵、停车难、尾气污染等问题。有证无车的人越来越多，其中很多人可能不会买车，但开车的需求却一直存在。共享，作为提高使用效率的一种方式，具有现实的市场空间。共享汽车能够满足部分消费者的分时租车需求，降低汽车闲置率，同时有助于缓解城市尾气污染、交通拥堵等问题。然而，由于汽车共享发展时间较短，在服务设计和运营管理方面缺少理论和实践的科学指导。全球陆续有20个国家和500多个城市发展共享汽车服务。在共享汽车发展的过程中，如果共享汽车调度问题不能合理、高效地解决，势必对政府管理、企业发展、用户感知等多方面造成负面影响。如何实现共享汽车的合理化调度，使政府放心、企业效益增加、用户体验提升，是未来共享汽车发展的主要方向。通过阅读国内外文献可知，当前，对共享汽车的调度研究主要集中在对共享车辆本身的调度上，研究对象也局限于共享汽车本身，鲜有研究同时考虑共享汽车和员工的调度问题。共享汽车的调度需要由企业的员工完成，而非乘客，员工在城市内的时空位移显然会影响调度工作能否顺利完成。换言之，在企业实际运营过程中，对共享汽车的调度能保证车辆始终处于可运营、可盈利的位置，而对完成车辆调度任务的人员进行时空上的调度，是企业保证其调度任务有人可做、且科学合理的必要因素。根据上述
技术介绍
分析可知，针对共享汽车系统的车辆和人员调度研究尚不完善，如何在完成车辆调度的同时，进行共享汽车企业员工的空间调度是改善共享汽车企业运营效率和效益的重要议题，是迫切需要解决并且具有较强实践和理论意义的一个问题，在共享汽车大发展的背景下，亟待提出针对共享汽车调度问题的规划模型。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种在满足共享乘客需求的情况下，高效快速地对共享汽车及人员进行调度的基于双层规划的共享电动汽车车辆及人员调度优化方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于双层规划的共享电动汽车车辆及人员调度优化方法，包括：1)时空网络的建立，包括：共享汽车时空网络的建立和调度人员时空网络的建立；2)确定时空服务范围及缩小调度方案的可行解范围；3)生成车辆调度方案模型、确定车队规模；4)计算企业员工调度方案及企业员工最优调度数量。步骤1)中：所述的时空网络的建立，是将企业运营区域内的物理路网拓扑为时空路网，设定M为出发站点集合，表示用户借车的站点；N为用户到达站点集合，表示用户还车的站点；D为用户出发时间维度集合，表示共享汽车用户从站点出发的时间；A为到达时间维度集合，表示共享汽车用户到站点还车的时间；用户出发站点Mi和用户到达站点Ni之间的通路用弧(Mi,Ni)表示，i,j∈M,N；加入出发时间维度集合D和到达时间维度集合A，则用户i的时空位移表示为Ui＝(Mi,Ni,Di,Ai)，Di为户i的出发时间，Ai为户i的到达时间；所述的时空网络，包含了共享汽车的时空位移、车辆调度的时空位移和人员调度的时空位移；其中，共享汽车时空位移即为用户i的时空位移表示为Ui＝(Mi,Ni,Di,Ai)；车辆调度的时空位移以调度任务的起终点表示，对于相邻的两个用户i，j，则车辆调度任务的时空位移表示为(Ni,Mj,Ai,Dj)；为了完成车辆调度任务，企业员工需在运营区域内移动到下个调度任务的位置，企业员工所进行的时空位移表示为(Mj,Ni,Dj,Ai)。步骤2)中：所述的确定时空服务范围，是指在时空网络基础上，企业对用户用车需求设置时间和空间上的约束，即增加服务时间约束，表示用户出发和到达时间必须在企业运营周期内，同时，对用户借还车的地点进行运营约束，借还车均须在企业运营站点的集合M∪N内，M为出发站点集合，N为用户到达站点集合；所述的缩小调度方案的可行解范围，即可行解备选集合L，包括：(2.1)设定初始车辆调度可行解方案集合为{(i，j)}，i，j为相邻的两个用户，根据确定的时空服务范围，限定时空约束，缩小时空网络的大小；(2.2)剔除初始车辆调度可行解方案{(i，j)}中在时间和空间上相互矛盾或不匹配、不现实的可行解，具体是，计算相邻的两个用户i,j之间的时间差Tij＝Dj-t(Ni，Mj)-Ai，Dj为户j的出发时间，t(Ni，Mj)为用户i的到达站点Ni与用户j的出发站点Mj之间的调度时间，Ai为用户i的到达时间，对于时间差为负数Tij＜0的情况，删除初始车辆调度可行解方案集合{(i，j)}中的方案{(i，j)|Tij＜0}后形成新的可行解集合T；(2.3)对于新的可行解集合T，设定所有可行的企业员工调度方案集合为{(i，j，(p，q)}；计算可行解集合内所有可行的企业员工调度方案Lij，pq＝Ap-Ai-t(Ni，Mj)-t'(Mj，Np)，Ap为企业员工p的到达时间，t'(Mj，Np)为企业员工p的到达站点Np到用户j的出发站点Mj之间的调度时间，剔除Lij，pq＜0的可行解，得到最终的可行解备选集合L。步骤3)所述的生成车辆调度方案模型包括：(3.1)车辆固定成本函数车辆固定成本函数为Cfleet×F，Cfleet为单位折旧成本，F为车队规模；(3.2)车辆调度成本函数用户i的到达站点Ni与用户j的出发站点Mj之间的调度时间为t(Ni,Mj)，单位调度成本为Crel，则车辆的调度成本为函数：其中，xij为0-1变量，表示用户i的到达站点Ni到用户j的出发站点Mj的车辆调度是否发生；L为可行解的范围，即步骤2)中得到的可行解备选集合L；(3.3)用户需求约束共享汽车企业需要满足所有已接受的用车需求，其中n0为虚拟站点，r为站点总数，W为用户的集合；(3.4)流量均衡约束(3.5)车辆调度时长约束其中，Dj为用户j的出发时间，Ai为用户i的到达时间；(3.6)可行解变量约束其中，Z为空车调度方案集合(3.7)车队规模为从虚拟站点n0到用户j之间的调度任务是否发生。步骤4)中所述的计算企业员工调度方案，包括：企业员工调度方案的求解模型包含：(4.1)企业员工薪资函数为：Cstaff×S其中，Cstaff为企业员工单位薪资水平，S为企业员工数量；(4.2)企业员工调度成本函数其中，yij,pq为企业员工调度的0-1变量，t'(Mj，Np)为企业员工p的到达站点Np与用户j的出发站点Mj之间的调度时间，Cbal是企业员工调度的单位时间成本，L为可行解备选集合。(4.3)企业员工调度时长约束(4.4)确保车辆调度与人员调度相互关联其中，G是极大数，(4.5)旅行商问题中车辆调度和人员调度需求有且仅有一次完成其中，xij为0-1变量，表示用户i的到达站点Ni到用户j的出发站点Mj的车辆调度是否发生，xpq为0-1变量，表示从企业员工p的到企业员工q的调度方案是否发生；(4.6)可行解变量约束所述的企业员工最优调度数量S：根据车辆调度方案模型和企业员工调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双层规划的共享电动汽车车辆及人员调度优化方法，其特征在于，包括：1)时空网络的建立，包括：共享汽车时空网络的建立和调度人员时空网络的建立；2)确定时空服务范围及缩小调度方案的可行解范围；3)生成车辆调度方案模型、确定车队规模；4)计算企业员工调度方案及企业员工最优调度数量。

【技术特征摘要】
1.一种基于双层规划的共享电动汽车车辆及人员调度优化方法，其特征在于，包括：1)时空网络的建立，包括：共享汽车时空网络的建立和调度人员时空网络的建立；2)确定时空服务范围及缩小调度方案的可行解范围；3)生成车辆调度方案模型、确定车队规模；4)计算企业员工调度方案及企业员工最优调度数量。2.根据权利要求1所述的基于双层规划的共享电动汽车车辆及人员调度优化方法，其特征在于，步骤1)中：所述的时空网络的建立，是将企业运营区域内的物理路网拓扑为时空路网，设定M为出发站点集合，表示用户借车的站点；N为用户到达站点集合，表示用户还车的站点；D为用户出发时间维度集合，表示共享汽车用户从站点出发的时间；A为到达时间维度集合，表示共享汽车用户到站点还车的时间；用户出发站点Mi和用户到达站点Ni之间的通路用弧(Mi,Ni)表示，i,j∈M,N；加入出发时间维度集合D和到达时间维度集合A，则用户i的时空位移表示为Ui＝(Mi,Ni,Di,Ai)，Di为户i的出发时间，Ai为户i的到达时间；所述的时空网络，包含了共享汽车的时空位移、车辆调度的时空位移和人员调度的时空位移；其中，共享汽车时空位移即为用户i的时空位移表示为Ui＝(Mi,Ni,Di,Ai)；车辆调度的时空位移以调度任务的起终点表示，对于相邻的两个用户i，j，则车辆调度任务的时空位移表示为(Ni,Mj,Ai,Dj)；为了完成车辆调度任务，企业员工需在运营区域内移动到下个调度任务的位置，企业员工所进行的时空位移表示为(Mj,Ni,Dj,Ai)。3.根据权利要求1所述的基于双层规划的共享电动汽车车辆及人员调度优化方法，其特征在于，步骤2)中：所述的确定时空服务范围，是指在时空网络基础上，企业对用户用车需求设置时间和空间上的约束，即增加服务时间约束，表示用户出发和到达时间必须在企业运营周期内，同时，对用户借还车的地点进行运营约束，借还车均须在企业运营站点的集合M∪N内，M为出发站点集合，N为用户到达站点集合；所述的缩小调度方案的可行解范围，即可行解备选集合L，包括：(2.1)设定初始车辆调度可行解方案集合为{(i，j)}，i，j为相邻的两个用户，根据确定的时空服务范围，限定时空约束，缩小时空网络的大小；(2.2)剔除初始车辆调度可行解方案{(i，j)}中在时间和空间上相互矛盾或不匹配、不现实的可行解，具体是，计算相邻的两个用户i,j之间的时间差Tij＝Dj-t(Ni，Mj)-Ai，Dj为户j的出发时间，t(Ni，Mj)为用户i的到达站点Ni与用户j的出发站点Mj之间的调度时间，Ai为用户i的到达时间，对于时间差为负数Tij＜0的情况，删除初始车辆调度可行解方案集合{(i，j)}中的方案{(i，j)|Tij＜0...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙峣，白子建，杜鹏，柯水平，唐皓，刘岩，马红伟，王凯，
申请(专利权)人：天津市市政工程设计研究院，
类型：发明
国别省市：天津,12