【技术实现步骤摘要】
一种共享电单车电池运输动态调度优化方法
[0001]本专利技术属于共享电单车电池运输调度领域，其中涉及一种最大化更换电单车电池数量的动态调度优化方法，该问题基于差分进化的混合水波优化算法进行求解。
技术介绍
[0002]共享电单车是共享经济下的产物，因其由电力驱动，与共享单车相比更省时省力。共享电单车要求用户使用和归还都必须停放在固定的停车点，而停车点内电单车又无法自主充电，使得运营商必须采用人工作业的方式为电量不足的电单车提供电池更换服务。随着时间的推移，由于区域内电单车具有流动性，停车点内的低电量的电单车会随之变化，请求更换电池的数量具有不确定性。因此设计一个合理的电池运输调度方法更换低电量电单车，即能提高用户使用满意度，又能降低运营商的成本，是一个非常有价值的研究问题。
技术实现思路
[0003]针对上述问题，本专利技术基于差分进化设计了混合水波优化算法，提出了一个多车辆的共享电单车电池运输动态调度优化方法，该模型将工作时间划分为数个周期更新时间，用于更新停车点内低电量电单车数量的变化以及需要更换服务的新增停车点，并为需要更换电池服务的停车点分配给车辆，求得车辆在规定工作时间内能更换电池数量最大化的车辆服务路径。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供如下的专利技术步骤：
[0005]一种共享电单车电池运输动态调度优化方法，所述方法包括如下步骤：
[0006]步骤1：用t
′
表示当前时刻，初始时t
′
＝0；用t
*>表示周期更新时间，即每隔时间t
*
获取停车点内的电单车信息，重新更新车辆路径；用t表示当前周期时间，即经过了几个更新周期的时间，初始阶段时t＝0，用S＝{s1,s2,
…
,s
n
}表示区域内有n个共享电单车停车点，表示为当前周期时间t停车点s
i
(s
i
∈S)内需要更换电池数，即低电量电单车；用d表示电池仓库；用V＝{v1,v2,
…
,v
k
}表示仓库中停有的k辆同质运输车，其中车辆k能够装载的最大电池数为b
k,max
；每辆车的平均行驶速度表示为v，且每个停车点请求更换电池的数量满足有m个电池站供车辆在服务途中补充满电量电池，用H＝{h1,h2,
…
,h
m
}表示；仓库和停车点之间的距离为D1(d,s
i
)，停车点之间的距离为D2(s
i
,s
j
)，电池站和停车点之间的路程距离为D3(h
i
,s
i
)。维护人员为一辆共享电单车更换电池所用的平均时间为μ，在电池站中装卸电池所用的平均时间为θ，车辆最大工作时间表示为
[0007]步骤2：获取当前周期更新时间车辆的信息情况，包括车辆当前所处位置点、车辆到达位置点的时间、车辆完成位置点任务的时间、车辆剩余可更换电池数和车辆已更换电池数；将等待服务的停车点加入服务池。
[0008]步骤3：以车辆当前所处位置作为起始点，并将等待服务池中的停车点信息、各车辆信息作为输入参数，经步骤19
‑
34计算后得到车辆服务路径，假设服务池有g个停车点等
待分配路径，则在当前周期时间t车辆v
k
的服务路径可表示为其中，n
k
表示为分配给车辆v
k
的停车点个数，表示为车辆k为其路径中的第j(1≤j≤n
k
)个停车点提供更换服务，个停车点提供更换服务，
[0009]步骤4：用表示为车辆v
k
到达点j时的时间，当车辆k到达第一个停车点的行驶时间为：
[0010]步骤5：用表示车辆v
k
完成点j任务时的时间，车辆v
k
更换第一个停车点中低电量电池的时间为：则车辆v
k
完成第一个停车点服务任务的时间为
[0011]步骤6：用表示在T
*k,j
时的车辆v
k
剩余可更换电池数量。则此时车辆v
k
可更换电池数为：
[0012]步骤7：车辆v
k
前往下一个停车站点为其服务。如果则车辆前往附近适宜的电池站补充电池，再服务下一个停车点否则跳到步骤10，
[0013]车辆v
k
在停车点处选择作为补充电池的最为适宜的电池站点为：
[0014][0015]步骤8：车辆v
k
到达停车点时的时间为：
[0016][0017]步骤9：车辆v
k
在停车点完成更换任务的时间为：
[0018][0019]步骤10：车辆v
k
直接前往停车点到达停车点时的时间为：
[0020][0021]步骤11：车辆v
k
直接前往停车点完成该点更换服务任务的时间为：
[0022][0023]步骤12：当车辆v
k
服务完停车点后，车辆上剩余可更换电池的数量更新为：
[0024]步骤13：车辆v
k
在该周期时刻t内已更换的电单车电池数量为：
[0025][0026]其中，round()表示向下取整，c
k
为截止当前周期时间t时车辆v
k
在其路径上服务的停车点数量；
[0027]步骤14：当前时刻t
′
≤t时，转至步骤7；否则，进入步骤15；
[0028]步骤15：若此时车辆在停车点，则等待它完成该点的任务，完成时的当前时刻为t
′
；若此时车辆在停车点i到停车点j的途中，则等待车辆完成点j的任务，完成时的当前时刻为t
′
；若此时车辆在电池站，则等待它完成该点的任务，完成时的当前时刻为t
′
；
[0029]步骤16：保存当前时刻t
′
车辆v
k
的状况信息，包括车辆当前所处位置点、车辆到达位置点的时间、车辆完成位置点任务的时间、车辆剩余可更换电池数、车辆已更换电池数；
[0030]步骤17：将周期时间t＝t
′
+t
*
，获取周期更新时间t
*
内所在区域停车点内低电量电单车的信息情况，其中包括有满足更换条件的新增停车点和尚未服务过的停车点，由于车辆在前往停车点的途中也会发生低电量电单车数量的变化，故在此根据当前停车点内的情况，将请求电池更换数量增大δ，预估值为并令即对停车点中电单车数量情况做个最大预估。
[0031]步骤18：求得所有车辆最大能够更换低电量电单车的数量，结合步骤10、11、13该问题的数学模型,表示为：
[0032][0033][0034]步骤19：基于差分进化的离散水波优化算法，设计适应度函数，根据本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种共享电单车电池运输动态调度优化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：用t
′
表示当前时刻，初始时t
′
＝0；用t
*
表示周期更新时间，即每隔时间t
*
获取停车点内的电单车信息，重新更新车辆路径；用t表示当前周期时间，即经过了几个更新周期的时间，初始阶段时t＝0；用S＝{s1,s2,
…
,s
n
}表示区域内有n个共享电单车停车点，表示为当前周期时间t停车点s
i
(s
i
∈S)内需要更换电池数，即低电量电单车；用d表示电池仓库；用V＝{v1,v2,
…
,v
k
}表示仓库中停有的k辆同质运输车，其中车辆k能够装载的最大电池数为b
k,max
；每辆车的平均行驶速度表示为v，且每个停车点请求更换电池的数量满足有m个电池站供车辆在服务途中补充满电量电池，用H＝{h1,h2,
…
,h
m
}表示；仓库和停车点之间的距离为D1(d,s
i
)，停车点之间的距离为D2(s
i
,s
j
)，电池站和停车点之间的路程距离为D3(h
i
,s
i
)，维护人员为一辆共享电单车更换电池所用的平均时间为μ，在电池站中装卸电池所用的平均时间为θ，车辆最大工作时间表示为步骤2：获取当前周期更新时间车辆的信息情况，包括车辆当前所处位置点、车辆到达位置点的时间、车辆完成位置点任务的时间、车辆剩余可更换电池数和车辆已更换电池数；将等待服务的停车点加入服务池；步骤3：以车辆当前所处位置作为起始点，并将等待服务池中的停车点信息、各车辆信息作为输入参数，经步骤19
‑
34计算后得到车辆服务路径；假设服务池有g个停车点等待分配路径，则在当前周期时间t车辆v
k
的服务路径可表示为其中，n
k
表示为分配给车辆v
k
的停车点个数，s
′
k,j
表示为车辆k为其路径中的第j(1≤j≤n
k
)个停车点提供更换服务，停车点提供更换服务，步骤4：用表示为车辆v
k
到达点j时的时间，当车辆k到达第一个停车点的行驶时间为：步骤5：用表示车辆v
k
完成点j任务时的时间，车辆v
k
更换第一个停车点中低电量电池的时间为：则车辆v
k
完成第一个停车点服务任务的时间为步骤6：用表示在T
*k,j
时的车辆v
k
剩余可更换电池数量，则此时车辆v
k
可更换电池数为：步骤7：车辆v
k
前往下一个停车站点为其服务，如果则车辆前往附近适宜的电池站补充电池，再服务下一个停车点否则跳到步骤10；车辆v
k
在停车点处选择作为补充电池的最为适宜的电池站点为：
步骤8：车辆v
k
到达停车点时的时间为：步骤9：车辆v
k
在停车点完成更换任务的时间为：步骤10：车辆v
k
直接前往停车点到达停车点时的时间为：步骤11：车辆v
k
直接前往停车点完成该点更换服务任务的时间为：步骤12：当车辆v
k
服务完停车点后，车辆上剩余可更换电池的数量更新为：步骤13：车辆v
k
在该周期时刻t内已更换的电单车电池数量为：其中，round()表示向下取整，c
k
为截止当前周期时间t时车辆v
k
在其路径上服务的停车点数量；步骤14：当前时刻t
′
≤t时，转至步骤7；否则，进入下一步骤；步骤15：若此时车辆在停车点，则等待它完成该点的任务，完成时的当前时刻为t
′
；若此时车辆在停车点i到停车点j的途中，则等待车辆完成点j的任务，完成时的当前时刻为t
′
；若此时车辆在电池站，则等待它完成该点的任务，完成时的当前时刻为t
′
；步骤16：保存当前时刻t
′
...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜佳俊，张敏霞，范志强，符杭杭，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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