載客車輛的在線均衡調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種載客車輛的在線均衡調(diào)度方法，解決了載客車輛收入不平衡與等待時間效率綜合考慮的問題。首先對城市地圖與載客車輛歷史軌跡數(shù)據(jù)預(yù)處理；用范圍細(xì)化算法縮小范圍，用載客車輛收入差異與用戶等待時間評價函數(shù)對請求預(yù)分配；對預(yù)分配結(jié)果做沖突檢查，有則作沖突處理；將均衡分配結(jié)果調(diào)度分配給請求用戶。其中范圍細(xì)化算法，減少搜索載客車輛時間開銷。在評價函數(shù)中設(shè)置調(diào)節(jié)因子α，實現(xiàn)用戶等待時間效率與收入差異間重要性的調(diào)節(jié)。在真實的數(shù)據(jù)集上進(jìn)行實驗，并與現(xiàn)有方法以及全局搜索的方法比較，驗證了本發(fā)明能極大的減少載客車輛間的收入差異，并且能保證時間效率，對載客車輛的均衡調(diào)度。本發(fā)明用于載客車輛均衡調(diào)度。
【專利說明】
載客車輛的在線均衡調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于計算機應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，主要設(shè)及數(shù)據(jù)挖掘和載客車輛分配，具體地說 是一種載客車輛的在線均衡調(diào)度方法。用于出租車與打車專車的載客調(diào)度分配。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，GPS設(shè)備與各式傳感器被廣泛的使用到人們的生活中。如 出租車與智能手機的定位系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、W及道路的測速儀等等。大量的移動軌跡信息可 W被收集到，而運些軌跡數(shù)據(jù)中隱藏著大量的信息，通過對運些數(shù)據(jù)的分析、挖掘，可W將 得到的信息用到實際生活中去，從而提升生活質(zhì)量。例如通過人們的歷史移動數(shù)據(jù)設(shè)計合 理的交通線路，W及最近興起的城市計算等等。但是由于數(shù)據(jù)非常龐大且價值密度低，如何 高效地從運些海量數(shù)據(jù)中提取出有用的信息，是具有實際應(yīng)用前景與工程價值。
[0003] 通過挖掘載客車輛歷史軌跡信息來對載客車輛進(jìn)行合理的、均衡的分配，從而減 少載客車輛之間的載客量差異是一個有意義的問題，因此，也具有研究價值。如當(dāng)前社會上 出現(xiàn)了許多出租車司機因為過少的收入的原因產(chǎn)生了各式各樣的問題，而通過減少他們之 間的載客量差異可W使得他們收入變得穩(wěn)定，從而減少運些問題的產(chǎn)生。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，對于載客車輛的調(diào)度分配大致可W分為兩類，第一類是直接計算出 所有載客車輛與顧客的歐式距離，然后選擇最近的載客車輛分配給顧客;第二類則是考慮 了拼車的情況，在多個乘客滿足共乘的條件下，為其分配一輛載客車輛;但是運些都沒有從 多個載客車輛的情況考慮，第一類是W時間效率為目標(biāo)，而第二類則是W最大化一輛載客 車輛的載客量為目標(biāo)。運些都沒有考慮多個載客車輛時，如何減少他們的載客量差異。例 如，在現(xiàn)實生活中每個出租車車主每個月都要向出租車公司交一筆費用，而有些車主的收 入可能僅比上交的費用多一點，運時他們只能增加工作時間來掙取更多的錢，甚至有些車 主可能會換其他的工作，運時為了提高出租車工作的穩(wěn)定性，減少他們工作壓力，就需要減 少他們收入的差異，但是單純的只是為了使得收入差異最小運會降低顧客的體驗，例如等 待時間過長，所W需要在出租車的收入差異與顧客的等待時間效率上做一個權(quán)衡?？傊?，現(xiàn) 有技術(shù)只是從顧客等待時間效率或者最大化一輛載客車輛的載客量的單一方面考慮，并不 能解決對多輛載客車輛均衡調(diào)度的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)缺乏從整體上均衡考慮的問題，提出一種均衡載 客車輛量差異與用戶等待時間的載客車輛的在線均衡調(diào)度方法。
[0006] 技術(shù)解決方案
[0007] 本發(fā)明是一種載客車輛的在線均衡調(diào)度方法，其特征在于，包括有調(diào)度中屯、站，用 戶，待調(diào)度車輛，W及連接調(diào)度中屯、站，用戶，待調(diào)度車輛的在線調(diào)度網(wǎng)絡(luò)平臺，具體調(diào)度過 程包括有如下步驟：
[000引步驟1對城市地圖與載客車輛歷史軌跡數(shù)據(jù)預(yù)處理，從真實地圖數(shù)據(jù)中提取一個 地區(qū)子地圖數(shù)據(jù)，先統(tǒng)計出該地區(qū)的載客車輛歷史軌跡數(shù)據(jù)，再根據(jù)歷史軌跡數(shù)據(jù)統(tǒng)計出 載客車輛經(jīng)過每條路段的平均時間；
[0009] 步驟2載客車輛在線均衡調(diào)度開始，用戶發(fā)送請求，調(diào)度中屯、站接收請求；
[0010] 步驟3載客車輛在線均衡調(diào)度的預(yù)分配，調(diào)度中屯、站根據(jù)每一個用戶的請求，利用 范圍細(xì)化算法縮小捜索載客車輛的范圍，并利用載客車輛收入與顧客等待時間的評價函數(shù) 對該范圍內(nèi)的每輛載客車輛進(jìn)行評價，將獲得評價函數(shù)最小的載客車輛暫定為分配給該請 求用戶的調(diào)度車輛；
[0011] 步驟4針對預(yù)分配過程中產(chǎn)生的分配結(jié)果，進(jìn)行沖突檢查，檢查是否存在多個用戶 請求被分配了同一輛載客車輛，W及檢查是否存在一個用戶被分配了多輛載客車輛，如果 不存在沖突問題，利用預(yù)分配過程中產(chǎn)生的均衡了載客車輛收入與用戶等待時間的分配結(jié) 果，為每個用戶請求調(diào)度分配載客車輛，如果存在沖突問題，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟5;
[0012] 步驟5如果存在沖突問題，進(jìn)行沖突處理，調(diào)度中屯、站根據(jù)沖突處理原則先解決沖 突問題，然后為發(fā)生沖突的用戶請求重新分配載客車輛，并綜合預(yù)分配過程中沒有沖突的 分配結(jié)果，為每個用戶請求調(diào)度分配載客車輛。
[0013] 本發(fā)明通過對歷史軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘，在保證顧客等待時間的效率下，對城 市的載客車輛進(jìn)行均衡分配，從而減少載客車輛之間的收入差異，所W本發(fā)明一方面，能保 證用戶的等待時間短，另一方面極大的減少了載客車輛之間的收入差異。
[0014] 優(yōu)點和積極效果
[0015] 本發(fā)明中載客車輛的在線均衡調(diào)度方法具有如下優(yōu)點：
[0016] (1)本發(fā)明通過挖掘真實載客車輛歷史軌跡數(shù)據(jù)，并在真實地圖上進(jìn)行模擬實驗， 符合現(xiàn)實場景。
[0017] (2)本發(fā)明中設(shè)計了范圍細(xì)化算法，相比全局捜索，極大的減少尋找載客車輛的時 間，并且能得到與全局捜索一致的結(jié)果。
[0018] (3)本發(fā)明中的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，從整體上考慮了對載客車輛的分配，并均衡 了載客車輛收入差異與用戶等待時間效率。
[0019] (4)本發(fā)明中的方法設(shè)置了一個調(diào)節(jié)因子a,可W在用戶等待時間效率與載客車輛 收入差異之間的重要性進(jìn)行調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0020] 圖1是線上實時的載客車輛分配部分的流程圖；
[0021] 圖2是城市地圖與載客車輛歷史軌跡數(shù)據(jù)的預(yù)處理部分的流程圖；
[0022] 圖3是收入標(biāo)準(zhǔn)差與分配次數(shù)關(guān)系的實驗結(jié)果圖；
[0023] 圖4是用戶等待時間與分配次數(shù)關(guān)系的實驗結(jié)果圖；
[0024] 圖5是分配時間與分配次數(shù)關(guān)系的實驗結(jié)果圖；
[0025] 圖6是收入標(biāo)準(zhǔn)差與a關(guān)系的實驗結(jié)果圖；
[0026] 圖7是用戶等待時間與a關(guān)系的實驗結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明詳細(xì)說明。
[002引實施例1.
[0029] 本發(fā)明是一種載客車輛的在線均衡調(diào)度方法，方法使用過程中設(shè)及有調(diào)度中屯、 站，用戶，待調(diào)度車輛，W及連接調(diào)度中屯、站，用戶，待調(diào)度車輛的在線調(diào)度網(wǎng)絡(luò)平臺，參見 圖1，具體載客車輛在線均衡調(diào)度過程包括有如下步驟：
[0030] 步驟1對城市地圖與載客車輛歷史軌跡數(shù)據(jù)預(yù)處理，載客車輛包括出租車或打車 專車，從舊金山的真實地圖數(shù)據(jù)中提取一個地區(qū)子地圖數(shù)據(jù)，先統(tǒng)計出該地區(qū)的載客車輛 歷史軌跡數(shù)據(jù)，再根據(jù)舊金山的歷史軌跡數(shù)據(jù)統(tǒng)計出載客車輛經(jīng)過每條路段的平均時間。
[0031] 步驟2載客車輛在線均衡調(diào)度開始，用戶發(fā)送請求，調(diào)度中屯、站接收請求。
[0032] 步驟3載客車輛在線均衡調(diào)度的預(yù)分配，調(diào)度中屯、站根據(jù)每一個用戶的請求，利用 范圍細(xì)化算法縮小捜索載客車輛的范圍，并利用載客車輛收入與顧客等待時間的評價函數(shù) 對該范圍內(nèi)的每輛載客車輛進(jìn)行評價，將獲得評價函數(shù)最小的載客車輛暫定為分配給該請 求用戶的調(diào)度車輛。
[0033] 步驟4針對預(yù)分配過程中產(chǎn)生的分配結(jié)果，進(jìn)行沖突檢查，檢查是否存在多個用戶 請求被分配了同一輛載客車輛，W及檢查是否存在一個用戶被分配了多輛載客車輛，如果 不存在沖突問題，利用預(yù)分配過程中產(chǎn)生的均衡了載客車輛收入與用戶等待時間的分配結(jié) 果，為每個用戶請求調(diào)度分配載客車輛，如果存在沖突問題，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟5。
[0034] 步驟5如果存在沖突問題，進(jìn)行沖突處理，因為在短時間內(nèi)會有多個用戶請求，另 外地區(qū)大小的因素可能在同一時間里有多個用戶請求，當(dāng)存在多個用戶請求時，有可能為 多個用戶請求分配同一輛載客車輛，另外還可能存在一個用戶請求被分配多輛載客車輛， 所W需要對運些發(fā)生分配沖突的用戶請求進(jìn)行處理，調(diào)度中屯、站根據(jù)沖突處理原則先解決 沖突問題，然后為發(fā)生沖突的用戶請求重新分配載客車輛，并綜合預(yù)分配過程中沒有沖突 的分配結(jié)果，為每個用戶請求調(diào)度分配載客車輛。
[0035] 本發(fā)明從載客車輛整體上考慮，提出了一種均衡載客車輛收入差異與用戶等待時 間的載客車輛在線均衡調(diào)度方法，一方面，能保證用戶的等待時間短，另一方面極大的減少 了載客車輛之間的收入差異。
[0036] 實施例2.
[0037] 載客車輛的在線均衡調(diào)度方法同實施例1，本例中載客車輛為出租車，其中步驟1 中對城市地圖與出租車歷史軌跡數(shù)據(jù)的預(yù)處理，參見圖2，預(yù)處理過程包括有：
[0038] 1.1.讀入一個城市地圖數(shù)據(jù)，本例中，具體是舊金山的城市地圖數(shù)據(jù)，并提取該城 市的一個子地圖數(shù)據(jù)。
[0039] 1.2.根據(jù)子地圖數(shù)據(jù)得到一個連通的城市圖G=化，I)，其中E表示一條路段，I表 示路段交叉點，且化=(Ii，。），即一條路段是由兩個交叉點確定。
[0040] 1.3.讀入舊金山的出租車歷史軌跡數(shù)據(jù)，并提取對應(yīng)子區(qū)域的出租車歷史軌跡數(shù) 據(jù)。
[0041] 1.4.根據(jù)歷史軌跡數(shù)據(jù)統(tǒng)計出該區(qū)域有出租車經(jīng)過的路段Ei,并統(tǒng)計出經(jīng)過路段 Ei的所有出租車，W及每輛出租車所用的時間％，然后計算出經(jīng)過路段Ei的所有出租車的平 均時間
，本發(fā)明將計算出的平均時間作為出租車經(jīng)過該路段Ei的時間，其中n表示 經(jīng)過路段Ei的出租車的數(shù)量，j表示出租車的編號，i表示路段的編號。
[0042] 1.5.根據(jù)歷史軌跡數(shù)據(jù)統(tǒng)計出沒有出租車軌跡數(shù)據(jù)的路段Ej,設(shè)置v = 30km/h，作 為每輛出租車的速度，t作為經(jīng)過該路段所耗費的時間，計算t = dist/v，其中dist表示該路 段的長度，得出出租車經(jīng)過運條路段的時間。
[0043] 本發(fā)明通過挖掘真實出租車歷史軌跡數(shù)據(jù)，并在真實地圖上進(jìn)行模擬實驗，符合 現(xiàn)實場景。
[0044] 實施例3.
[0045] 載客車輛的在線均衡調(diào)度方法同實施例1-2,本例中載客車輛為出租車，其中，步 驟3中所述的出租車在線均衡調(diào)度的預(yù)分配過程包括有：
[0046] 3.1.調(diào)度中屯、站根據(jù)用戶請求的起點與終點，計算出最短路徑，并根據(jù)出租車單 價計算出每個用戶請求產(chǎn)生的利潤。
[0047] 3.2.調(diào)度中屯、站根據(jù)每個用戶請求找到歐式距離最短的出租車化Xii,0,其中下標(biāo) i表示用戶請求編號，下標(biāo)0表示距離該用戶請求歐式距離最短的出租車編號，并通過單源 單點最短路徑算法構(gòu)造 taxii,o到對應(yīng)用戶的最短時間路徑，設(shè)該路徑的時間為ti,o。
[0048] 3.3.調(diào)度中屯、站根據(jù)每一個用戶的請求，利用范圍細(xì)化算法縮小捜索出租車的范 圍。具體是調(diào)度中屯、站根據(jù)每個用戶請求，W及上述得到的taxii,o與ti,o,利用范圍細(xì)化算 法操作計算半名
，縮小尋找最合理出租車的范圍，假設(shè)第一 次計算得到縮小到的范圍為Di,其中i = l，貝帆是W用戶請求為圓屯、，半徑為r的區(qū)域，其中V 表示出租車的速度，a表示一個權(quán)重調(diào)節(jié)因子，是一個實數(shù)，具體操作中可W根據(jù)需求人為 設(shè)定，本例選取日=1，巧rofit日表示化xii,日到目前為止的累計收入，minTProfit表示當(dāng)前范 圍內(nèi)（初始范圍為整個區(qū)域)所有出租車中的最小累計收入，上述的累積收入隨著出租車的 不斷被分配會逐漸增加，具體增加形式為，如果某輛出租車被分配到一個用戶請求，則該出 租車的的累積收入(初始化的時候每輛出租車的累積收入都為0)加上該用戶產(chǎn)生的利潤， 作為該出租車新的累積收入。
[0049] (3.3. a).判斷范圍Di內(nèi)是否存在累計收入為minTProf it的出租車，如果存在，貝U 停止范圍細(xì)化算法操作，得到最終縮小到的范圍D，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行(3.4);
[0050] (3.3.6).判斷范圍〇1內(nèi)是否存在累計收入為1111111口'〇門*的出租車，如果不存在， 繼續(xù)更新minTProfit為范圍Di內(nèi)出租車中的最小累計收入，并繼續(xù)進(jìn)行范圍細(xì)化算法操 作，令i = i+l，得到新的范圍化，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行(3.3.曰）。
[0051] (3.4).利用出租車收入與顧客等待時間的評價函數(shù)對該范圍內(nèi)的每輛出租車進(jìn) 行評價，將獲得評價函數(shù)最小的出租車暫定為分配給該請求用戶的調(diào)度車輛。具體是調(diào)度 中必站根據(jù)評價函數(shù)^
開算范圍D內(nèi)每個出租車的EVA值，將EVA 值最小的出租車暫定分配給該用戶，其中EVA康示第j輛出租車的EVA值，tProfit康示第j 輛出租車到目前為止的累計收入；Ati, j = ti,廣ti,o是第j輛出租車導(dǎo)致第i個用戶的額外等 待時間;a是一個權(quán)重調(diào)節(jié)因子，用來設(shè)置額外等待時間對6￥4^直的影響，本例選取0 = 1，而 說明額外等待時間對EVA準(zhǔn)的影響成指數(shù)上升，當(dāng)額外等待時間越來越大時，EVA準(zhǔn)會 增加的很快，運就保證了時間效率，所W該評價函數(shù)能夠均衡出租車收入與用戶等待時間。
[0052] 本發(fā)明中的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，從整體上考慮了對出租車的分配，并均衡了出 租車收入差異與用戶等待時間效率，本發(fā)明中還設(shè)置了一個調(diào)節(jié)因子〇,當(dāng)注重的是出租車 收入差異時，設(shè)置較小的〇,而當(dāng)注重的是用戶等待時間效率時，設(shè)置較大的〇,通過設(shè)置不 同的a值，可W在用戶等待時間效率與出租車收入差距的重要性之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0化3] 實施例4.
[0054] 載客車輛的在線均衡調(diào)度方法同實施例1-3,本例中載客車輛為出租車，步驟5出 租車在線均衡調(diào)度的沖突處理過程包括有：
[0055] 5.1.沖突處理原則1，當(dāng)多個用戶請求被分配了相同的出租車時，將利潤最大的用 戶請求優(yōu)先分配給該出租車，因為該出租車的EVA值最小，說明較其他出租車最優(yōu);但是如 果對多個用戶同時處理的話，一旦產(chǎn)生沖突，未被分配出租車的用戶就需要重新分配出租 車，并再進(jìn)行一次沖突檢查，因為可能產(chǎn)生二次沖突，甚至多次沖突，而運個問題可W轉(zhuǎn)換 成優(yōu)先為利潤大的用戶請求分配出租車，直接將用戶請求按照其產(chǎn)生的利潤大小降序排 序，然后依次對其分配，此時既符合沖突的處理原則，也不會存在多次沖突的情況。
[0056] 5.2.沖突處理原則2,當(dāng)一個用戶請求被分配多輛出租車時，應(yīng)分配到達(dá)該用戶請 求時間最短的出租車，即在EVA值相同的條件下，時間效率優(yōu)先。
[0057] 本發(fā)明對出租車預(yù)分配過程中產(chǎn)生的沖突問題進(jìn)行了合理的處理，消除了分配過 程中多個用戶被分配同一輛出租車，W及同一個用戶請求被分配多輛出租車的沖突問題， 產(chǎn)生了最終更均衡的分配結(jié)果。
[0化引實施例5.
[0059] 載客車輛的在線均衡調(diào)度方法同實施例1-4,本例中載客車輛為打車專車，本例再 從一個更完整的，更細(xì)節(jié)的，更具備實施性的過程對本發(fā)明再作說明，具體過程包括有：
[0060] -、本發(fā)明的城市地圖與打車專車歷史軌跡數(shù)據(jù)的預(yù)處理部分的具體步驟表達(dá)如 下：
[0061] (1).讀入舊金山的城市地圖數(shù)據(jù)，并提取該城市的一個子地圖數(shù)據(jù)。
[0062] (2).根據(jù)子地圖數(shù)據(jù)得到一個連通的城市圖G=化，I)，其中E表示一條一路段，I 表示一個路段交叉點，且化=(Ii，。），即一條路段是由兩個交叉點確定。
[0063] (3).讀入舊金山的打車專車歷史軌跡數(shù)據(jù)，并提取對應(yīng)子區(qū)域的打車專車歷史軌 跡數(shù)據(jù)。
[0064] (4).根據(jù)歷史軌跡數(shù)據(jù)統(tǒng)計出該區(qū)域有打車專車經(jīng)過的路段Ei,并統(tǒng)計出經(jīng)過路 段Ei的所有打車專車，W及每輛打車專車所用的時間^，然后計算出經(jīng)過路段Ei的所有打車 專車的平均時1'自
^，作為打車專車經(jīng)過該路段Ei的時間，其中n表示經(jīng)過路段Ei的打車 專車的數(shù)量，j表示打車專車的編號，i表示路段的編號。
[0065] (5).根據(jù)歷史軌跡數(shù)據(jù)統(tǒng)計出沒有打車專車軌跡數(shù)據(jù)的路段&，設(shè)置v = 30km/h， 作為每輛打車專車的速度，t作為經(jīng)過該路段所耗費的時間，計算t = dist/v，其中dist表示 該路段的長度，得出打車專車經(jīng)過運條路段的時間。
[0066] 二、本發(fā)明的線上實時的打車專車分配部分的具體步驟表達(dá)如下：
[0067] (1).輸入用戶請求，調(diào)度中屯、站接收用戶請求。
[0068] (2).調(diào)度中屯、站根據(jù)用戶請求的起點與終點，計算出最短路徑，并根據(jù)打車專車 單價計算出每個用戶請求產(chǎn)生的利潤。
[0069] (3).調(diào)度中屯、站根據(jù)每個用戶請求找到歐式距離最短的打車專車taxii,o,其中下 標(biāo)i表示用戶請求編號，下標(biāo)0表示距離該用戶請求歐式距離最短的打車專車編號，并通過 單源單點最短路徑算法構(gòu)造 taxii,o到對應(yīng)用戶的最短時間路徑，設(shè)該路徑的時間為ti,o。
[0070] (4).調(diào)度中屯、站根據(jù)每個用戶請求，W及上述得到的化Xii,日與ti,o,利用范圍細(xì)化 算法操作計算半徑
，縮小尋找最合理打車專車的范圍，假設(shè) 第一次計算得到縮小到的范圍為Di,其中i = l，則化是W用戶請求為圓屯、，半徑為r的區(qū)域， 其中V表示打車專車的速度，a表示一個權(quán)重調(diào)節(jié)因子，是一個實數(shù)，具體操作中可W根據(jù)需 求人為設(shè)定，本例選取日=1，巧rofit日表示化xii,日到目前為止的累計收入，minTProfit表示 當(dāng)前范圍內(nèi)（初始范圍為整個區(qū)域)所有打車專車中的最小累計收入，上述的累積收入隨著 打車專車的不斷被分配會逐漸增加，具體增加形式為，如果某輛打車專車被分配到一個用 戶請求，則該打車專車的的累積收入(初始化的時候每輛打車專車的累積收入都為0)加上 該用戶產(chǎn)生的利潤，作為該打車專車新的累積收入。
[0071] (4.曰）.判斷范圍〇1內(nèi)是否存在累計收入為1111111?'〇'^的打車專車，如果存在，貝。 停止范圍細(xì)化算法操作，得到最終縮小到的范圍D，并跳轉(zhuǎn)到(5);
[0072] (4.b).判斷范圍Di內(nèi)是否存在累計收入為minTProfit的打車專車，如果不存在， 繼續(xù)更新HiinTProf it為范圍化內(nèi)打車專車中的最小累計收入，并繼續(xù)進(jìn)行范圍細(xì)化算法操 作，令i = i+1，得到新的范圍化，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行(4. a)。
[0073] (5).調(diào)度中屯、站根據(jù)評價函數(shù).
十算范圍D內(nèi)每輛打 車專車的EVA值，將EVA值最小的打車專車暫定分配給該用戶，其中EVAj表示第j輛打車專車 的EVA值，tProfit康示第j輛打車專車到目前為止的累計收入；= 是第j輛打 車專車導(dǎo)致第i個用戶的額外等待時間；Cl是一個權(quán)重調(diào)節(jié)因子，用來設(shè)置額外等待時間對 EVA逍的影響，而H兌明額外等待時間對EVA值的影響成指數(shù)上升，當(dāng)額外等待時間越來 越大時，EVA值會增加的很快，運就保證了時間效率，所W該評價函數(shù)能夠均衡打車專車收 入與用戶等待時間。
[0074] (6).調(diào)度中屯、站對預(yù)分配過程中的分配結(jié)果進(jìn)行沖突檢查，具體檢查包括，檢查 是否存在多個用戶請求被分配了同一輛打車專車，W及檢查是否一個用戶被分配了多輛打 車專車，如果不存在沖突問題，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行(7)，如果存在沖突問題，進(jìn)行沖突處理。
[0075] (6a).沖突處理原則1，當(dāng)多個用戶請求被推薦了相同的打車專車時，將利潤最大 的用戶請求優(yōu)先分配給該打車專車，因為該打車專車的EVA值最小，說明其較其他打車專車 最優(yōu);但是如果對每個用戶同時處理的話，一旦產(chǎn)生沖突，未被分配打車專車的用戶就需要 重新分配一輛打車專車，而重新分配的又要進(jìn)行一次沖突檢查，因為可能產(chǎn)生二次沖突，甚 至多次沖突，而運個問題可W轉(zhuǎn)換成優(yōu)先為利潤大的用戶請求分配打車專車，直接將用戶 請求按照其產(chǎn)生的利潤大小降序排序，然后依次對其分配，此時符合既沖突的處理原則，也 不會存在多次沖突的情況。
[0076] (6b).沖突處理原則2,當(dāng)一個用戶請求存在多個打車專車擁有相同的EVA且最小， 此時應(yīng)優(yōu)先推薦最快到達(dá)用戶請求的打車專車，即在EVA相同的條件下，時間效率上優(yōu)先。
[0077] (7).調(diào)度中屯、站根據(jù)預(yù)分配與沖突處理產(chǎn)生的均衡了打車專車收入與用戶等待 時間的分配結(jié)果，為每個用戶請求分配打車專車。
[0078] 本發(fā)明的方法不僅適用于出租車的在線調(diào)度，還適用于打車專車的在線調(diào)度，通 過挖掘真實打車專車歷史軌跡數(shù)據(jù)，并在真實地圖上進(jìn)行模擬實驗，符合現(xiàn)實場景，與現(xiàn)有 技術(shù)相比，從整體上考慮了對打車專車的分配，并同時考慮了用戶的等待時間。
[0079] 實施例6.
[0080] 載客車輛的在線均衡調(diào)度方法同實施例1-5,下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做 進(jìn)一步說明。
[0081] 利用本發(fā)明對舊金山的城市道路數(shù)據(jù)與出租車歷史軌跡數(shù)據(jù)模擬實驗，進(jìn)行出租 車均衡分配，從而解決出租車收入不平衡W及用戶等待時間效率的問題，該數(shù)據(jù)集來自數(shù) 據(jù)堂（http: //www. datatang. com/data/15935，http: //www. datatang. com/data/15731)， 分別收集記錄了舊金山的主要城市道路數(shù)據(jù)，與500輛出租車25天（2008年5月17日至2008 年6月10日）的GPS軌跡數(shù)據(jù)。城市道路信息主要由路段，路段長度，道路交叉點及經(jīng)締度組 成，出租車軌跡數(shù)據(jù)主要由出租車ID號，出租車狀態(tài)，時間軸及經(jīng)締度構(gòu)成。整個道路網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)總共包括174956個交叉點與223001個路段，整個歷史出租車軌跡數(shù)據(jù)集共包含一百多 萬條記錄。
[0082] 利用本發(fā)明完成對出租車進(jìn)行均衡分配，工作流程見附圖1與附圖2,具體的實施 步驟如下：
[0083] >數(shù)據(jù)預(yù)處理部分：
[0084] 1)讀取道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，按路段與節(jié)點存儲，并選取道路網(wǎng)絡(luò)中的一個子區(qū)域，得到 一個路段為28308條，道路節(jié)點為19905個的區(qū)域。
[0085] 2)讀取出租車軌跡數(shù)據(jù)，并根據(jù)所選區(qū)域的出租車記錄計算出出租車經(jīng)過該區(qū)域 中每條路段的時間。
[00化] > 線上計算部分：
[0087] 1)導(dǎo)入預(yù)處理過程得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬實驗，設(shè)置a = 0.1，隨機在該區(qū)域產(chǎn)生 500輛出租車，并不斷的隨機產(chǎn)生用戶請求。
[0088] 2)調(diào)度中屯、站根據(jù)每一個用戶請求，找到最近的出租車，并得到一條局部最短時 間路徑，然后進(jìn)行范圍細(xì)化算法縮小捜索出租車的范圍。
[0089] 3)調(diào)度中屯、站根據(jù)評價函數(shù)對該范圍內(nèi)的每輛出租車進(jìn)行評價，進(jìn)行預(yù)分配。
[0090] 4)調(diào)度中屯、站對預(yù)分配過程的結(jié)果進(jìn)行沖突檢查，如果不存在沖突，直接為每個 用戶請求調(diào)度分配出租車，如果存在沖突，執(zhí)行5。
[0091] 5)調(diào)度中屯、站根據(jù)沖突處理原則先解決沖突，然后為發(fā)生沖突的用戶請求重新分 配出租車，并綜合預(yù)分配過程中沒有沖突的分配結(jié)果，為每個用戶請求調(diào)度分配出租車。
[0092] 本發(fā)明因為綜合考慮了出租車收入不平衡W及用戶等待時間效率的問題，通過W 上步驟，完成對出租車的均衡分配，然后將本發(fā)明的方法與直接推薦最近的出租車的方法 W及全局捜索的方法相比較，其中直接推薦最近的出租車的方法，追求的是時間效率，而全 局捜索的方法是本發(fā)明的方法不使用范圍細(xì)化算法的情況，直接在整個范圍捜索最優(yōu)的出 租車，圖3-圖7中曲線1代表本發(fā)明的方法，曲線2代表直接推薦最近的出租車的方法，曲線3 代表全局捜索的方法，圖3是收入標(biāo)準(zhǔn)差與分配次數(shù)關(guān)系的實驗結(jié)果圖，從圖3可見，隨著分 配次數(shù)的增加，直接推薦最近出租車的方法會使得出租車之間的收入標(biāo)準(zhǔn)差變得越來越 大，而本發(fā)明的方法卻保證了收入標(biāo)準(zhǔn)差基本穩(wěn)定，與全局捜索的方法的結(jié)果一致，圖4是 用戶等待時間與分配次數(shù)關(guān)系的實驗結(jié)果圖，從圖4可見，本發(fā)明的方法在平均每個用戶等 待時間上與直接推薦最近的出租車的方法只有很少的差異，大概相差1分鐘左右，圖5是分 配時間與分配次數(shù)關(guān)系的實驗結(jié)果圖，從圖5可見，本發(fā)明的方法在調(diào)度分配時間上相比全 局捜索的方法要短很多，因為本發(fā)明的方法使用了范圍細(xì)化算法，縮小了捜索出租車的范 圍，從而減少了分配的時間，例如，當(dāng)分配次數(shù)為50時，平均每次分配的時間相差了200ms， 當(dāng)分配次數(shù)越來越多時，會使得總的分配時間(平均每次分配時間乘W分配次數(shù))相差越來 越大。圖6與圖7分別是是收入標(biāo)準(zhǔn)差與a關(guān)系的實驗結(jié)果圖W及用戶等待時間與a關(guān)系的實 驗結(jié)果圖，從圖6W及圖7可見，當(dāng)設(shè)置不同的a值，本發(fā)明的方法會產(chǎn)生不同的實驗結(jié)果，當(dāng) a越小時，無論載客車輛是出租車或為打車專車，其收入標(biāo)準(zhǔn)差就會越小，但是用戶等待時 間就會越來越長；當(dāng)〇 = 0時，即不考慮用戶等待時間，此時使得出租車收入標(biāo)準(zhǔn)差最小，但 是等待時間又最長；當(dāng)a越來越大時，收入標(biāo)準(zhǔn)差也會越來越大，但是用戶等待時間會越來 越短。運說明當(dāng)需要保證出租車之間收入差異小時，但是對于用戶等待時間又不能太長時， 因此可W選擇較小的a;而當(dāng)注重的是等待時間時，可W設(shè)置較大的a值。本發(fā)明通過多次的 反復(fù)實驗，在此實驗條件下，實現(xiàn)了均衡分配，均衡了出租車收入差異與用戶等待時間效 率，并可W在出租車收入差距與用戶等待時間效率之間的重要性進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0093]簡而言之，本發(fā)明公開了一種載客車輛的在線均衡調(diào)度方法，在對載客車輛海量 的歷史軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行合理的、均衡的載客車輛分配，從而減少載客 車輛之間的收入差異。與現(xiàn)有的載客車輛分配方法相比，本發(fā)明從一個新的角度考慮載客 車輛的分配，不只考慮時間效率，而且還考慮了載客車輛之間的收入差異，解決了載客車輛 收入不平衡與等待時間效率綜合考慮的問題。本發(fā)明首先對城市地圖與載客車輛歷史軌跡 數(shù)據(jù)預(yù)處理，將復(fù)雜的計算轉(zhuǎn)移到線下部分，然后將計算結(jié)果存儲起來，W便支持線上的實 時計算部分；用范圍細(xì)化算法縮小范圍，用載客車輛收入差異與顧客等待時間評價函數(shù)對 請求預(yù)分配;對預(yù)分配結(jié)果做沖突檢查，有則作沖突處理;將均衡分配結(jié)果調(diào)度分配給請求 用戶。本發(fā)明中的范圍細(xì)化算法，減少了捜索載客車輛時間開銷。在評價函數(shù)中設(shè)置的調(diào)節(jié) 因子〇,實現(xiàn)了用戶等待時間效率與收入差異間重要性的調(diào)節(jié)。通過在真實的數(shù)據(jù)集上進(jìn)行 實驗，并與直接推薦最近載客車輛的方法W及全局捜索的方法進(jìn)行比較，驗證了利用本發(fā) 明的方法能極大的減少載客車輛之間的收入差異，并且還能保證用戶等待時間效率，實現(xiàn) 了對載客車輛的均衡調(diào)度。
【主權(quán)項】
1. 一種載客車輛的在線均衡調(diào)度方法，其特征在于，包括有調(diào)度中心站，用戶，待調(diào)度 載客車輛，以及連接調(diào)度中心站，用戶，待調(diào)度載客車輛的在線調(diào)度網(wǎng)絡(luò)平臺，具體調(diào)度過 程包括有如下步驟： 步驟1對城市地圖與載客車輛歷史軌跡數(shù)據(jù)預(yù)處理，從真實地圖數(shù)據(jù)中提取一個地區(qū) 子地圖數(shù)據(jù)，先統(tǒng)計出該地區(qū)的載客車輛歷史軌跡數(shù)據(jù)，再根據(jù)歷史軌跡數(shù)據(jù)統(tǒng)計出載客 車輛經(jīng)過每條路段的平均時間； 步驟2載客車輛在線均衡調(diào)度開始，用戶發(fā)送請求，調(diào)度中心站接收請求； 步驟3載客車輛在線均衡調(diào)度的預(yù)分配，調(diào)度中心站根據(jù)每一個用戶的請求，利用范圍 細(xì)化算法縮小搜索載客車輛的范圍，并利用載客車輛收入與顧客等待時間的評價函數(shù)對該 范圍內(nèi)的每輛載客車輛進(jìn)行評價，將獲得評價函數(shù)最小的載客車輛暫定為分配給該請求用 戶的調(diào)度車輛； 步驟4針對預(yù)分配過程中產(chǎn)生的分配結(jié)果，進(jìn)行沖突檢查，檢查是否存在多個用戶請求 被分配了同一輛載客車輛，以及檢查是否存在一個用戶被分配了多輛載客車輛，如果不存 在沖突問題，利用預(yù)分配過程中產(chǎn)生的均衡了載客車輛收入與用戶等待時間的分配結(jié)果， 為每個用戶請求調(diào)度分配載客車輛，如果存在沖突問題，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟5; 步驟5如果存在沖突，進(jìn)行沖突處理，調(diào)度中心站根據(jù)沖突處理原則先解決沖突，然后 為發(fā)生沖突的用戶請求重新分配載客車輛，并綜合預(yù)分配過程中沒有沖突的分配結(jié)果，為 每個用戶請求調(diào)度分配載客車輛。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的載客車輛的在線均衡調(diào)度方法，其特征在于，步驟1對城市地 圖與載客車輛歷史軌跡數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括有： (1.1) .讀入城市地圖數(shù)據(jù)，并提取該城市的一個子地圖數(shù)據(jù)； (1.2) .根據(jù)子地圖數(shù)據(jù)得到一個連通的城市圖G= (E，I)，其中E表示一條路段，I表示 路段交叉點，且Ek= (I1，Ij)，即一條路段是由兩個交叉點確定； (1.3) .讀入載客車輛歷史軌跡數(shù)據(jù)，并提取對應(yīng)子區(qū)域的載客車輛歷史軌跡數(shù)據(jù)； (1.4) .根據(jù)歷史軌跡數(shù)據(jù)統(tǒng)計出該區(qū)域有載客車輛經(jīng)過的路段E1，并統(tǒng)計出經(jīng)過路段 Ei的所有載客車輛，以及每輛載客車輛所用的時間％，然后計算出經(jīng)過路段E i的所有載客車 η 輛的平均時間；I?作為載客車輛經(jīng)過該路段Ei的時間，其中η表示經(jīng)過路段Ei的載客車 t --2- η 輛的數(shù)量，j表;^載客車輛的編號，i表;^路段的編號； (1.5) .根據(jù)歷史軌跡數(shù)據(jù)統(tǒng)計出沒有載客車輛軌跡數(shù)據(jù)的路段Ej，設(shè)置V = 30km/h，作 為每輛載客車輛的速度，t作為經(jīng)過該路段所耗費的時間，計算t = dist/v,其中dist表示該 路段的長度，得出載客車輛經(jīng)過這條路段的時間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的載客車輛的在線均衡調(diào)度方法，其特征在于，步驟3載客車輛 在線均衡調(diào)度的預(yù)分配過程包括有： (3.1) .調(diào)度中心站根據(jù)用戶請求的起點與終點，計算出最短路徑，并根據(jù)載客車輛單 價計算出每個用戶請求產(chǎn)生的利潤； (3.2) .調(diào)度中心站根據(jù)每個用戶請求找到歐式距離最短的載客車輛taxii,〇,其中下標(biāo) i表示用戶請求編號，下標(biāo)O表示距離該用戶請求歐式距離最短的載客車輛編號，并通過單 源單點最短路徑算法構(gòu)造taxiM到對應(yīng)用戶的最短時間路徑，設(shè)該路徑的時間為t1>0; (3.3) .調(diào)度中心站根據(jù)每個用戶請求，以及上述得到的〖&^1,〇與〖1,〇，利用范圍細(xì)化算 法操作計算半徑〃==y (/,,, +，縮小尋找最合理載客車輛的范圍，假設(shè)縮 小到的范圍為D1，其中i = l，則D1是以用戶請求為圓心，半徑為r的區(qū)域，其中V表示載客車輛 的速度，α表示一個權(quán)重調(diào)節(jié)因子，是一個實數(shù)，t Pr ofito表示taxiy到目前為止的累計 收入，min T Pr of it表示當(dāng)前范圍內(nèi)所有載客車輛中的最小累計收入； (3.3.a).判斷范圍Di內(nèi)是否存在累計收入為min T Pr ofit的載客車輛，如果存在，則 停止范圍細(xì)化算法操作，得到最終縮小到的范圍D，并跳轉(zhuǎn)到(3.4); (3.3.b).判斷范圍Di內(nèi)是否存在累計收入為min T Pr ofit的載客車輛，如果不存在， 繼續(xù)更新min T Pr ofit為范圍Di內(nèi)載客車輛中的最小累計收入，并繼續(xù)進(jìn)行范圍細(xì)化算 法操作，令i = i+l，得到新的范圍Di，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行(3.3.a); (3.4) .調(diào)度中心站根據(jù)評價函數(shù)￡以，=(?1^#^+?(2^-1)計算范圍0內(nèi)每輛載客 車輛的EVA值，將EVA值最小的載客車輛暫定分配給該用戶，其中EVAj表示第j輛載客車輛的 EVA值，t Pr ofitj表示第j輛載客車輛到目前為止的累計收入；Ati, j = ti,j-ti,ο是第j輛載 客車輛導(dǎo)致第i個用戶的額外等待時間；α是一個權(quán)重調(diào)節(jié)因子，用來設(shè)置額外等待時間對 EVAj值的影響，而2 Δ?"說明額外等待時間對EVAj值的影響成指數(shù)上升，當(dāng)額外等待時間越來 越大時，EVAj值會增加的很快。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載客車輛的在線均衡調(diào)度方法，其特征在于，步驟5載客車輛 在線均衡調(diào)度的沖突處理過程包括有： (5.1) .沖突處理原則1，當(dāng)多個用戶請求被推薦了相同的載客車輛時，將利潤最大的用 戶請求優(yōu)先分配給該載客車輛，因為該載客車輛的EVA值最小，說明較其他載客車輛最優(yōu)； 但是如果對多個用戶同時處理的話，一旦產(chǎn)生沖突，未被分配載客車輛的用戶就需要重新 分配載客車輛，并再進(jìn)行一次沖突檢查，因為可能產(chǎn)生二次沖突，甚至多次沖突，而這個問 題可以轉(zhuǎn)換成優(yōu)先為利潤大的用戶請求分配載客車輛，直接將用戶請求按照其產(chǎn)生的利潤 大小降序排序，然后依次對其分配，此時既符合沖突的處理原則，也不會存在多次沖突的情 況； (5.2) .沖突處理原則2,當(dāng)一個用戶請求被分配多輛載客車輛時，應(yīng)分配到達(dá)該用戶請 求時間最短的載客車輛，即在EVA值相同的條件下，時間效率優(yōu)先。
【文檔編號】G06Q10/06GK106022577SQ201610312143
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】黃健斌, 戴廣, 趙智強, 劉懷亮
【申請人】西安電子科技大學(xué)