基于演化博弈论的共享汽车接驳轨道交通的管理方法与流程

1.本发明涉及共享汽车调度领域，涉及一种基于演化博弈论的共享汽车接驳轨道交通的管 理方法，具体为基于演化博弈论的与轨道交通接驳的共享汽车的调度及停泊管理方法。


背景技术：

2.共享汽车与轨道交通之间的接驳可有效改善其他公共交通换乘轨道交通的不足，大大减 少私家车数量，缓解城市道路交通堵塞。在轨道交通与共享汽车的换乘接驳机制设计中，涉 及到泊位管理商、共享汽车厂商以及用户。泊位管理商为共享汽车提供泊位并对在泊位停泊 的共享汽车收取一定的泊位管理费用，其有权决定向共享汽车收取泊位管理费用是否有优惠。 共享汽车厂商为用户规划接驳线路并选择停车泊位，其有权决定是否对共享汽车进行调度。 用户可使用相关app预约并驾驶共享汽车，其有权决定是否提前预约共享汽车。在轨道交通 与共享汽车的换乘接驳机制中，三者的决策行为相互制约与影响。在特定场景中，为使自身 收益最大化，某一方做出的抉择行为可能会使机制中其他各方的利益受到损害，不利于该机 制健康发展。
3.目前，现有的共享汽车调度优化方法和技术大多从共享汽车厂商的角度出发进行优化调 度，较多集中在某一单一优化运行策略下，无法平衡机制中各方利益冲突与矛盾，缺乏相对 全面的考量与探究。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于演化博弈论的与轨道交通接驳的共 享汽车的调度及停泊管理方法，充分考虑了泊位管理商、共享汽车厂商和用户在换乘接驳机 制中的利益与冲突，采用演化博弈来优化换乘接驳机制中三个群体的行为抉择。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种基于演化博弈论的共享汽车接驳轨道交通的管理方法，建立面向换乘接驳机制的动 态演化博弈模型，所述模型包括确定博弈参与群体，划分策略集，确定博弈参与群体的各种 策略组合及其所对应的收益；
7.计算博弈参与群体各自的混合策略期望收益以及复制动态方程；
8.对博弈参与群体的策略决策进行演化稳定性分析。
9.进一步地，所述确定博弈参与群体是指：将换乘接驳机制中的参与者分为三个群体，分 别是泊位管理商g、共享汽车厂商o和用户u。
10.进一步地，明确换乘接驳机制中三个群体的决策行为，对三个群体分别设置对应的积极 行为和自私行为策略，并表示为如下的策略空间，划分策略集：
11.在换乘接驳机制中，泊位管理商对停放在换乘站点泊位的共享汽车收取泊车；
12.费用的策略抉择分别为换乘优惠收费和正常收费，策略集为g＝{g1,g2}，g1表示换乘优惠 收费；g2表示正常收费；
13.共享汽车厂商针对用户停泊在站点的共享汽车的策略分为及时调度和非及时调度，策略 集为o＝{o1,o2}，o1表示及时调度，o2表示非及时调度；
14.用户使用共享汽车的策略分为提前预约共享汽车和到站寻找共享汽车，策略集为 u＝{u1,u2}，u1表示提前预约共享汽车，u2表示到站寻找共享汽车；
15.其中，g1、o1和u1为积极行为策略，g2、o2和u2为自私行为策略。
16.进一步地，所述确定博弈参与群体的各种策略组合及其所对应的收益，具体内容如下：
17.策略组合：换乘优惠收费，及时调度，提前预约共享汽车；
18.所对应的收益：r
g-s
go-cg，ro s
go-c
o-e
ou
；
19.策略组合：换乘优惠收费，及时调度，非提前预约共享汽车；
20.所对应的收益：r
g-s
go-cg，ro s
go-c
o-e'
ou
，-e'
ou-cu；
21.策略组合：换乘优惠收费，非及时调度，提前预约共享汽车；
22.所对应的收益：r'
g-cg s'
go
，e
ou-cu；
23.策略组合：换乘优惠收费，非及时调度，非提前预约共享汽车；
24.所对应的收益：r'
g-cg s'
go
，r'
o-c'
o-s'
go
e'
ou
，-e'
ou-cu；
25.策略组合：正常收费，及时调度，提前预约共享汽车；
26.所对应的收益：rg，r
o-c
o-e
ou
，e
ou-cu；
27.策略组合：正常收费，及时调度，非提前预约共享汽车；
28.所对应的收益：rg，r
o-co e
ou
，-e'
ou-cu；
29.策略组合：正常收费，非及时调度，提前预约共享汽车；
30.所对应的收益：r'
g-c'o，r'
o-c'
o-e
ou
，e
ou-cu；
31.策略组合：正常收费，非及时调度，非提前预约共享汽车；
32.所对应的收益：r'
g-c'o，r'
o-c'o e'
ou
，-e'
ou-cu；
33.动态演化博弈模型中的相关参数如下：
34.泊位管理商g相关参数：
35.rg表示泊位管理者因共享汽车厂商及时调度车辆而获得的收益；
36.r'g表示在无共享汽车厂商行为的介入下，泊位管理者的正常收益；
37.s
go
表示泊位管理者对共享汽车厂商的及时调度车辆所给予的补贴；
38.s'
go
表示泊位管理者对共享汽车厂商非及时调度车辆收取泊车费用；
39.cg表示泊位管理者换乘优惠收费的管理成本；
40.c'g表示泊位管理者正常收费的管理成本；
41.p表示泊位管理者采取短时泊车优惠的概率；
42.共享汽车厂商o相关参数：
43.co表示共享汽车厂商及时调度的成本；
44.ro表示在无泊位管理者补贴的情况下，共享汽车厂商及时调度的收益；
45.c'o表示共享汽车厂商非及时调度的成本；
46.r'o表示共享汽车厂商非及时调度的收益；
47.e
ou
表示共享汽车厂商对提前预约共享汽车的用户的奖励；
48.e'
ou
表示共享汽车厂商对到站寻找共享汽车的用户的惩罚；
49.p'表示共享汽车厂商及时调度的概率；
50.用户u相关参数：
51.c'u表示用户的使用成本；
52.p”表示用户提前预约车辆概率；
53.其中，c'g＞cg，c'o＞co。
54.进一步地，所述计算博弈参与群体各自的混合策略期望收益以及复制动态方程具体内容 为：
55.泊位管理商对共享汽车厂商进行换乘优惠收费时的期望收益：
56.e
p
＝p'(r
g-r'
g-s
go-s'
go
) r'
g-cg s'
go
；
57.泊位管理商对共享汽车厂商进行正常收费时的期望收益：
58.e
1-p
＝r'
g-c'g p'(r
g-r'g)；
59.泊位管理商的混合策略期望收益为：
[0060][0061]
其中，为泊位管理商的混合策略期望收益；
[0062]
故可得到泊位管理商的复制动态方程为：
[0063][0064]
共享汽车厂商及时调度的期望收益：
[0065]ep'
＝ro e'
ou
ps
go-c
o-p”(e
ou
e'
ou
)；
[0066]
共享汽车厂商非及时调度的期望收益：
[0067]e1-p'
＝r'o e'
ou
ps
go-c
o-p”(e
ou
e'
ou
)；
[0068]
共享汽车厂商的混合策略期望收益为：
[0069][0070]
其中，为共享汽车厂商的混合策略期望收益；
[0071]
故可得到共享汽车厂商的复制动态方程为：
[0072][0073]
用户提前预约共享汽车的期望收益：
[0074]ep”＝e
ou-cu；
[0075]
用户非提前预约共享汽车的期望收益：
[0076]e1-p”＝-(cu e'
ou
)；
[0077]
用户混合策略期望收益为：
[0078][0079]
故可得到用户的复制动态方程为：
[0080][0081]
将三者动态方程进行联立，得到三维动态系统方程，即
[0082][0083][0084][0085]
进一步地，所述对博弈参与群体的策略决策进行演化稳定性分析的前提条件是令 [0086]
进一步地，泊位管理商g的策略决策进行演化稳定性分析如下：
[0087]
当p'≠(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)时，则m(p)≡0，表示泊位管理商的换乘优惠收费策略的概 率p的水平处于稳定状态；p
*
＝0与p
*
＝1分别为p的稳定点，表示泊位管理商若选择某一种 策略作为初始策略，除非有改选策略的因素出现，否则泊位管理商将一直保持初始策略；
[0088]
p
*
＝0与p
*
＝1分别为泊位管理商的换乘优惠收费策略的概率p的稳定点，对稳定点进行 策略演化稳定性检验，对m(p)求导，得
[0089][0090]
换乘接驳机制可由此分析得：
[0091]
当(s'
go
c'
g-cg)＜0时，(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)＜0，则故当 p
*
＝0时，此种条件下的策略是演化稳定策略，其中p
*
为p的稳定点；
[0092]
若泊位管理商做出换乘优惠收费策略所拥有的成本比正常收费带来的成本高，换乘接驳 机制为使泊位管理商节省更多成本，将为泊位管理商做出正常收费策略决策；
[0093]
当(s'
go
c'
g-cg)＞0时，(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)＞0，此时需考虑
[0094]
(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)＞1与(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)＜1两种情况；
[0095]
当(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)＞1时，有故p
*
＝1为演化稳定策略；
[0096]
若泊位管理商做出正常收费策略所拥有的成本比换乘优惠收费带来的成本高，换乘接驳 机制为使泊位管理商节省更多成本，将为泊位管理商做出换乘优惠收费策略决策来提高厂商 的收益；
[0097]
当0＜(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)＜1，若p'＜(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)，有故p
*
＝1为演化稳定策略；
[0098]
若共享汽车厂商的泊车成本较高，效益不佳时，换乘接驳机制倾向于改变泊位管理商的 策略决策，为泊位管理商做出换乘优惠收费策略来提高共享汽车厂商的收益。
[0099]
进一步地，共享汽车厂商o的策略决策进行演化稳定性分析如下：
[0100]
当p＝(r'
o-ro c
o-c'o)/(s
go
s'
go
)时，m(p')≡0，表示换乘接驳机制为共享汽车厂
商做 出及时调度策略的概率p'的水平处于稳定状态；
[0101]
当p≠(r'
o-ro c
o-c'o)/(s
go
s'
go
)时，p'
*
＝0和p'
*
＝1是p'的两个稳定点，表示若换乘接驳 机制为共享汽车厂商选择某一种策略作为初始策略，除非有改选策略的因素出现，否则共享 汽车厂商将一直保持初始策略；
[0102]
p'
*
＝0和p'
*
＝1是共享汽车厂商做出及时调度策略的概率p'的两个稳定点对稳定点进行策略 演化稳定性检验，对m(p’)求导，得
[0103][0104]
当(r
o-r'o c'
o-co)＞0时，(r'
o-ro c'
o-co)/(s
go
s'
go
)＜0，则故 p'
*
＝1是演化稳定策略，其中p'
*
为p'的稳定点；
[0105]
若及时调度策略所带来的成本比非及时调度带来的成本高，换乘接驳机制倾向于为共享 汽车厂商做出采取正常收费策略决策；
[0106]
当(r
o-r'o c'
o-co)＜0时,(r'
o-ro c
o-c'o)/(s
go
s'
go
)＞0,表示换乘接驳机制为共享汽车厂商 做出及时调度策略所带来的收益与运营成本之差小于非及时调度策略的收益与运营成本之 差；
[0107]
当(r'
o-ro c
o-c'o)/(s
go
s'
go
)＞1时，若p＜(r'
o-ro c
o-c'o)/(s
go
s'
go
)，有
[0108]
故p'*＝1为演化稳定策略，表示当换乘接驳机制为泊位管理者 做出采取短时停泊优惠收费策略时，换乘接驳机制倾向于为共享汽车厂商做出采取及时调度 策略来减少共享汽车厂商的运营成本。
[0109]
进一步地，用户u的策略决策进行演化稳定性分析如下：
[0110]
当e
ou
e'
ou
≠0时，p”*
＝0与p”*
＝1是p”的两个稳定点，故p”*
＝1 为演化稳定策略，其中p”*
为p”的稳定点，表示在换乘接驳机制为共享汽车厂商做出及时调度 策略的情形下，换乘接驳机制将为用户做出采取提前预约车辆的策略；反之，若换乘接驳机 制没有为共享汽车厂商做出及时调度策略，则由用户自由选择策略。
[0111]
与现有技术相比本发明的有益效果是：
[0112]
从演化博弈论的角度来设计共享汽车接驳轨道交通的管理方法，相较于传统博弈方法， 演化博弈不再要求接驳机制中涉及的三个博弈群体是完全理性的，也不要求完全信息的条件， 对博弈要求不再严苛。通过对三个群体分别设置对应的积极行为和自私行为策略，使换乘接 驳机制运行过程更加符合实际，方便各方群体能够做出最有利于换乘接驳机制的最优策略决 策。
附图说明
[0113]
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
[0114]
图1本发明所述的基于演化博弈论的共享汽车接驳轨道交通的管理方法流程图。
具体实施方式
[0115]
下面结合附图对本发明作详细的描述：
[0116]
基于演化博弈论的与轨道交通接驳的共享汽车的调度及停泊管理方法，如图1所示，包 括如下步骤，
[0117]
步骤1，建立面向换乘接驳机制的动态演化博弈模型，包括确定博弈参与群体，划分策 略集，计算策略组合收益集；并将机制中的参与者分为三个群体，分别是泊位管理商g、共 享汽车厂商o和用户u。
[0118]
步骤2，明确换乘接驳机制中三个群体的决策行为，对三个群体分别设置对应的积极行 为和自私行为策略，并表示为如下的策略空间。
[0119]
在换乘接驳机制中，泊位管理商对停放在换乘站点泊位的共享汽车收取泊车费用的策略 抉择分别为换乘优惠收费和正常收费，策略集为g＝{g1,g2}，g1表示换乘优惠收费；g2表示正 常收费；
[0120]
共享汽车厂商针对用户停泊在站点的共享汽车的策略分为及时调度和非及时调度，策略 集为o＝{o1,o2}，o1表示及时调度，o2表示非及时调度；
[0121]
用户使用共享汽车的策略分为提前预约共享汽车和到站寻找共享汽车，策略集为 u＝{u1,u2}，u1表示提前预约共享汽车，u2表示到站寻找共享汽车。
[0122]
其中，g1、o1和u1为积极行为策略，g2、o2和u2为自私行为策略；
[0123]
步骤3，给出动态演化博弈模型中的相关参数，如表1所示。
[0124]
表1博弈参数表
[0125][0126]
其中，c'g＞cg，c'o＞co。
[0127]
确定博弈参与主体的各种策略组合及其所对应的收益，如表2所示。
[0128]
表2策略组合收益表
[0129][0130]
通过构建策略组合收益表，方便接下来计算三个群体执行各种策略时所组成的换乘接驳 机制策略所对应的收益。
[0131]
步骤4，计算三个群体各自的混合策略期望收益以及复制动态方程。
[0132]
泊位管理商对共享汽车厂商进行换乘优惠收费时的期望收益：
[0133]ep
＝p'(r
g-r'
g-s
go-s'
go
) r'
g-cg s'
go
；
[0134]
泊位管理商对共享汽车厂商进行正常收费时的期望收益：
[0135]e1-p
＝r'
g-c'g p'(r
g-r'g)；
[0136]
泊位管理商的混合策略期望收益为：
[0137][0138]
其中，为泊位管理商的混合策略期望收益。
[0139]
故可得到泊位管理商的复制动态方程为：
[0140][0141]
共享汽车厂商及时调度的期望收益：
[0142]ep'
＝ro e'
ou
ps
go-c
o-p”(e
ou
e'
ou
)；
[0143]
共享汽车厂商非及时调度的期望收益：
[0144]e1-p'
＝r'o e'
ou
ps
go-c
o-p”(e
ou
e'
ou
)；
[0145]
共享汽车厂商的混合策略期望收益为：
[0146][0147]
其中，为共享汽车厂商的混合策略期望收益。
[0148]
故可得到共享汽车厂商的复制动态方程为：
[0149][0150]
用户提前预约共享汽车的期望收益：
[0151]ep”＝e
ou-cu；
[0152]
用户非提前预约共享汽车的期望收益：
[0153]e1-p”＝-(cu e'
ou
)；
[0154]
用户混合策略期望收益为：
[0155][0156]
故可得到用户的复制动态方程为：
[0157][0158]
将三者动态方程进行联立，得到三维动态系统方程，即
[0159][0160][0161][0162]
步骤5，令对三个博弈参与主体的策略决 策进行演化稳定性分析。
[0163]
1.泊位管理商(g)的策略演化稳定性
[0164]
当p'≠(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)时，则m(p)≡0，表示泊位管理商的换乘优惠收费策略的概 率p的水平处于稳定状态，即无论采用何比例的换乘优惠收费策略，都不会随着时间改变。 此时，p
*
＝0与p
*
＝1分别为p的稳定点，表示泊位管理商若选择某一种策略作为初始策略， 除非有改选策略的因素出现，否则泊位管理商将一直保持初始策略。
[0165]
进一步对稳定点进行策略演化稳定性检验，对m(p)求导，得
[0166][0167]
换乘接驳机制可由此分析得：
[0168]
当(s'
go
c'
g-cg)＜0时，(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)＜0，则故当 p
*
＝0时，此种条件下的策略是演化稳定策略，其中p
*
为p的稳定点。
[0169]
若泊位管理商做出换乘优惠收费策略所拥有的成本比正常收费带来的成本高，换乘接驳 机制为使泊位管理商节省更多成本，将为泊位管理商做出正常收费策略决策。
[0170]
当(s'
go
c'
g-cg)＞0时，(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)＞0，此时需考虑
[0171]
(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)＞1与(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)＜1两种情况。
[0172]
当(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)＞1时，有故p
*
＝1为演化稳定策略。
[0173]
若泊位管理商做出正常收费策略所拥有的成本比换乘优惠收费带来的成本高，换乘接驳 机制为使泊位管理商节省更多成本，将为泊位管理商做出换乘优惠收费策略决策
来提高厂商 的收益。
[0174]
当0＜(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)＜1，若p'＜(s'
go
c'
g-cg)/(s
go
s'
go
)，有故p
*
＝1为演化稳定策略。
[0175]
若共享汽车厂商的泊车成本较高，效益不佳时，换乘接驳机制倾向于改变泊位管理商的 策略决策，为泊位管理商做出换乘优惠收费策略来提高共享汽车厂商的收益。
[0176]
2.共享汽车厂商的策略演化稳定性
[0177]
当p＝(r'
o-ro c
o-c'o)/(s
go
s'
go
)时，m(p')≡0，表示换乘接驳机制为共享汽车厂商做 出及时调度策略的概率p'的水平处于稳定状态。即无论采用何比例的及时调度策略，都不会 随着时间改变。
[0178]
当p≠(r'
o-ro c
o-c'o)/(s
go
s'
go
)时，p'
*
＝0和p'
*
＝1是p'的两个稳定点，表示若换乘接驳 机制为共享汽车厂商选择某一种策略作为初始策略，除非有改选策略的因素出现，否则共享 汽车厂商将一直保持初始策略。
[0179]
进一步对稳定点进行策略演化稳定性检验，对m(p’)求导，得
[0180][0181]
当(r
o-r'o c'
o-co)＞0时，(r'
o-ro c'
o-co)/(s
go
s'
go
)＜0，则故 p'
*
＝1是演化稳定策略，其中p'
*
为p'的稳定点。
[0182]
若及时调度策略所带来的成本比非及时调度带来的成本高，换乘接驳机制倾向于为共享 汽车厂商做出采取正常收费策略决策。
[0183]
当(r
o-r'o c'
o-co)＜0时,(r'
o-ro c
o-c'o)/(s
go
s'
go
)＞0,表示换乘接驳机制为共享汽车厂商 做出及时调度策略所带来的收益与运营成本之差小于非及时调度策略的收益与运营成本之 差。
[0184]
当(r'
o-ro c
o-c'o)/(s
go
s'
go
)＞1时，若p＜(r'
o-ro c
o-c'o)/(s
go
s'
go
)，有
[0185]
故p'*＝1为演化稳定策略，表示当换乘接驳机制为泊位管理者 做出采取短时停泊优惠收费策略时，换乘接驳机制倾向于为共享汽车厂商做出采取及时调度 策略来减少共享汽车厂商的运营成本。
[0186]
3.用户的策略演化稳定性
[0187]
当e
ou
e'
ou
≠0时，p”*
＝0与p”*
＝1是p”的两个稳定点，故p”*
＝1为演 化稳定策略，其中p”*
为p”的稳定点，表示在换乘接驳机制为共享汽车厂商做出及时调度策略 的情形下，换乘接驳机制将为用户做出采取提前预约车辆的策略。反之，若换乘接驳机制没 有为共享汽车厂商做出及时调度策略，则由用户自由选择策略。
[0188]
通过上述步骤，可构建换乘接驳机制，其中，泊位管理商和共享汽车厂商需要制定相应 的政策措施来保障换乘接驳机制在为其做出相应决策后，各方群体在动态演化博弈模型中经 过演化，做出最有利于换乘接驳机制的最优策略决策，同时整个博弈演化过程趋向稳定。
[0189]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何
熟悉 本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任 何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细 描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。