公共自行车交通系统动力学分析与系统优化研究

As the useful supplement of transportation in urban, public bicycle transport system has been promoting all around the world. With fast development of public bicycle system, a series of problems has been taken place, which needs to get scientific guidance to optimize. According to the problem about “no bike to borrow,no stake to return”, aims at breaking through the research limitations in real time and dynamic control in traditional optimizing method , this subject applies complex dynamic network analysis , and forms the theory of dynamic mechanical analysis and system optimization. We propose discrete-time complex dynamics network model and comprehensively apply traffic、mathematics、system control and computer science as well, uses the method of real data modeling to system optimization theory to data collection and re-optimization to analyse. Based on station capacity state variable of dynamic network, we use delay and set a small time scale of precision flow analysis model and analyze its evolution process. Besides,we design key problem-nodes selection of pinning control method based on Regional Clusters of Traffic. At last, it has the dynamic optimization theory of scheduling setting and adding stations which is combing of time、space and dynamic requirements、static structure. All of which will provide scientific and available instruction for dynamic optimization of public bicycle system, and give full play to its effects of reducing traffic jams effectively.

公共自行车交通系统作为城市交通的有益补充，正得到大力推广，随之产生的系列问题迫切需要得到科学的指导。针对公共自行车系统运行出现的“无车可借、无桩可还”问题，本项目旨在突破传统优化方案结合动态需求进行实时控制的不足，运用动力学分析方法揭示系统动态演化规律，形成动力学分析与动态系统优化理论。基于真实的公共自行车系统运行数据，提出离散时间复杂动力学网络模型，综合运用交通、数学、系统控制以及计算机科学理论，采用真实数据建模-系统优化理论-数据收集再优化的方法，基于网点存量的动力学状态变量，引入时滞并建立小时间尺度节点流量模型，进行动力学演化过程分析，设计基于交通区域划分的牵制控制关键问题节点选取策略，并提出时间与空间、动态需求与静态结构相结合的调度需求设置和增设网点优化方案，为公共自行车交通网络的动态优化提供科学、可行的指导，为其充分发挥公共交通作用、减少拥堵出一份力。

公共自行车交通系统是居民中短距离出行和接驳公交等其它交通工具的理想方式，它不仅能解决机动车交通所欠缺的“点对点”最后一公里的换乘问题，同时由于其本身的绿色、无污染、低能耗、占地少等特点，可以减少机动车交通出行量、减少交通拥堵、减少环境污染，近年来正被各级政府大力推广。公共自行车在我国起步较晚，但发展迅速；由于发展速度过快、时间较短，存在诸多问题，例如：（1）对用户行为未进行准确分析，导致车辆投放不合理，使得一部分地区在早晚高峰期，车辆供不应求，而另一部分地区车辆却闲置；（2）车辆无序投放、停放，造成城市垃圾。针对以上问题，本项目面向公共自行车交通系统动力学分析和系统优化展开研究，主要包括：（1）突破传统优化方案结合动态需求进行实时控制的不足，设计与公共自行车系统运行特征相关的动力学演化模型；（2）引入牵制控制思想，对关键节点进行实时、动态的系统优化控制；（3）形成公共自行车系统复杂网络优化理论，解决系统动态调度、增设租赁网点两大关键问题。围绕项目研究内容，课题组取得以下代表性研究成果：（1）采用模态化方法建立存量波动变化模态组，构建多时序组合波动模态组复杂网络，并通过合理设置滑动窗口的大小，以准确地得出优化调度方案；（2）在构建公共自行车交通系统复杂动力学网络模型的基础上，首次提出分区可达性指标和网络容量潜力分析模型，筛选公共自行车系统中的关键节点；（3）结合波面理论，对通过分区可达性指标和网络容量潜力模型筛选出的关键节点进行净流分析，实现公共自行车系统的网络局部分流。. 经过四年的研究工作，课题组在复杂网络动力学分析和公共自行车系统及其相关领域取得了一系列具有创新性以及前瞻性的研究成果，建立了一整套具备认知、学习以及自适应能力的公共自行车交通系统动力学分析体系，同时形成了自主知识产权，为未来公共交通领域进行相关研究奠定了坚实的基础，超额完成了预期研究任务。