CN103680128B - 出租车智能调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种出租车智能调度系统，系统按照下列步骤工作：第一步，由乘客和司机的手机向服务器发送叫车/空车请求（含GPS信息）；第二步，服务器运行基于二分图匹配的人车匹配算法对司机与乘客进行配对，并向对应司机发送调度安排；第三步，若司机接受调度，服务器向对应乘客发送请求确认；若司机不接受调度，重复第二步；第四步，司机接到乘客后向服务器发送完成确认。本发明通过人车匹配算法和违约行为监测机制，实现了出租车的高效调度。

Description

出租车智能调度系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种出租车智能调度系统。

背景技术

出租车因其方便、快捷的特点在现代城市交通中占据了相当重要的地位。然而，因为出租车不像公交、地铁等公共交通一样有固定的路线和时间安排，在很多时候出租车都处于无客空载状态。有数据显示，出租车超过50%的工作时间用于寻找或等待乘客，比实际载客时间还要长。出租车空载行驶不仅是对燃油的巨大浪费，也加剧了交通的拥堵情况。尽管如此，乘客们却经常发现他们很难在路上等到一辆空出租车，这是由于乘客和司机彼此不知道对方的位置，即便他们仅相隔一条马路，也可能擦肩而过。因此，利用一些调度方法帮助乘客和空车找到对方，在一定程度上缓解出租车空载的现象。

传统的出租车调度是通过电话叫车来实现的。近年来，随着智能手机的普及，市场上又涌现出一系列基于移动设备的出租车调度系统，如嘀嘀打车、微信叫车等。但是，这些系统普遍存在两个缺陷：第一，系统按照先到先得的策略处理乘客的请求，即优先为先发送请求的乘客分配一辆出租车，这种调度策略时常会出现分配不合理的情况。第二，乘客可能在叫车后恰好碰到空车，系统很难发现这一类违约行为并及时通知出租车司机。

对现有技术进行检索发现，Der-HorngLee等在2004年JournaloftheTransportationResearchBoard上发表的TaxiDispatchSystemBasedonCurrentDemandsandReal-TimeTrafficConditions（基于实时需求及交通状况的出租车调度系统）中提出了一种基于先到先得调度策略的出租车调度系统，这种调度策略不能达到全局最优匹配，同时，该系统没有考虑乘客的违约行为，在实际使用中存在较大的缺陷。KiamTianSeow等在2010年AutomationScienceandEngineering,IEEETransactions上发表的ACollaborativeMultiagentTaxi-DispatchSystem（协作式多主体出租车调度系统）中证明了将多名乘客与多名司机组合配对能够减小调度代价，但该文中没有给出多项式级时间复杂度的算法，一个大型城市中有上万辆出租车同时运行，指数级时间复杂度的算法在实际中并不可行；另外，该系统也没有考虑乘客的违约行为。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提出一种出租车智能调度系统，通过乘客和司机的移动终端与服务器通信，实现乘客与司机的快速配对。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种出租车智能调度系统，包括乘客、司机和服务器，所述乘客、司机和服务器是按照如下步骤工作的：

第一步，由乘客的移动终端向服务器发送叫车请求，由司机的移动终端向服务器发送空车请求；

第二步，服务器以一定的时间间隔，运行基于二分图匹配的人车匹配算法对司机与乘客进行配对，并向对应司机发送调度安排；

第三步，若司机不接受调度，服务器重新运行人车匹配算法为该乘客安排其他司机；若司机接受调度，服务器向对应乘客发送请求确认；

第四步，司机接到乘客后，由乘客向服务器发送完成确认。

所述第三步中，服务器向对应乘客发送请求确认并开始根据乘客的GPS信息监测乘客是否有违约行为，一旦发现乘客违约，服务器将告知对应司机。

所述第二步中，服务器按照一定的时间间隔运行的人车匹配算法具体如下：给定一组乘客位置P＝{P₁,P₂,...,P_n}和一组司机位置D＝{D₁,D₂,...,D_n}，以X_ij＝|P_i-D_j|·I_ij记一对乘客和司机之间的直线距离，其中考虑到公平性，在最小化乘客等待时间的条件下，每个乘客等候时间应尽可能一致，可假设所有出租车的速度一致，则目标函数为：T＝minmaxX_ij，约束为： $\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{ij}}=1,i=1..n.$

所述第一步中，乘客向服务器发送的叫车请求包含乘客ID、用以确定乘客叫车地点的经度、纬度坐标信息；司机向服务器发送空车请求包含司机当前的经度、纬度坐标以及该车当前的载客状态。

司机每间隔30秒向服务器更新一次位置与状态信息以更好地计算乘客与司机的距离。

所述根据乘客的GPS信息监测乘客是否有违约的违约监测机制具体如下：

若乘客的请求已确认，服务器记录下该乘客发送叫车请求的地点，之后，每过若干秒由该乘客的移动终端向服务器发送一次位置信息，若新位置与原位置相距超过一定距离时，服务器判断该乘客存在违约行为，并通知对应司机取消订单。

所述第二步中的时间间隔是当等待乘客总数超过空载出租车总数时，服务器进行一次人车匹配，在完成一次匹配计算后，服务器将配对结果发送给对应的司机。

所述第一步，乘客和司机的移动终端是通过蜂窝网络接口或WiFi网络接口与服务器进行通信。。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

第一，提高乘客和司机的配对效率，减少出租车的空车油耗，缓解交通的拥堵情况。

第二，实时检测乘客的违约行为，减少司机因乘客违约而产生的额外空载行程。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的工作流程图；

图2为本发明的架构示意图；

图3是本发明先到先得的策略示意图；

图4是本发明的人车匹配算法伪代码。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明利用移动终端上的蜂窝网络接口（3G/4G接口）和WiFi网络接口与服务器进行通信，实现了租车的智能调度。

传统的电话叫车和新兴的移动终端叫车软件普遍面临着两大缺陷：首先，它们普遍采用先到先得的调度策略，即优先为先发送请求的乘客分配一辆出租车，先到先得的策略通常会如图3所示，以A₁A₂记两乘客位置，B₁B₂记两出租车位置，若请求A₁在A₂之前，由于A₁到B₁距离较近，那么调度方式将如图中实线所示。但是，显然图中虚线所示的调度方式更加合理。

其次，现有系统很难监测乘客的违约行为。当一名乘客通过电话或手机软件叫车后，很有可能在预约车辆到达之前就有空车路过，如果不对乘客加以一定的约束，乘客可能会搭上空车直接离开，而相应的司机就会白跑一趟。一些叫车软件采用诚信记录等机制对乘客进行约束，在乘客多次违约后禁止他们再次使用叫车系统，这在一定程度上减少了乘客违约的可能。但是，出租车因乘客违约而产生额外空载行程的问题并没有得到解决。

在本发明中，采用以下技术克服上述两点困难：在调度策略上，本发明设计了一种多项式级时间复杂度的人车匹配算法，高效地实现了人车配对的全局优化；在乘客违约问题上，本发明设计了一种自动监测机制，能够及时地发现乘客的违约行为，并通知对应司机取消订单。注意到在本系统中，诚信记录等机制仍可以采用，但在本文中不做讨论。

在本系统中，有三种角色，一是乘客，乘客在需要叫车时向服务器提交叫车请求，并向服务器汇报自己当前的位置。二是司机，司机在需要寻找乘客时向服务器提交空车请求，并在等候过程中实时地向服务器更新自己当前的位置。三是服务器，服务器是信息的收集者，是系统的调配者，服务器负责收集和处理乘客和司机的请求，并向用户反馈相应请求的处理结果。

参见附图1和图2，下面更详细地将本发明的实施过程进行阐述。

第一步，乘客和司机在首次登陆时服务器为其分配一个唯一的ID，在后续步骤的通讯中，以此ID识别用户的身份。当乘客需要叫车时，向服务器发送叫车请求，该请求中包含乘客当前的经度、纬度坐标用以确定乘客的叫车地点，该坐标由乘客移动终端上的GPS功能获取。服务器收到叫车请求后，将该请求加入等候乘客列表中。乘客向服务器发送的叫车请求由如下数据域组成：

乘客ID

经度

纬度

当司机需要寻找乘客时，向服务器发送空车请求，该请求包含司机当前的经度、纬度坐标，和该车当前的载客状态，即“空车”或“载客”。服务器收到空车请求后，将该请求加入等候司机列表中。由于出租车的移动速度较快，为了能更好地计算乘客与司机的距离，我们要求司机每间隔30秒向服务器更新一次位置与状态信息。若发现司机的状态为“载客”，则将该请求从司机等候列表中移除。司机向服务器发送的空车请求和状态更新由如下数据域组成：

司机ID

经度

纬度

载客状态

第二步，服务器以一定的时间间隔，运行基于二分图匹配的人车匹配算法对司机与乘客进行配对。现将该算法详细描述如下：

给定一组乘客位置P＝{P₁,P₂,...,P_n}和一组司机位置D＝{D₁,D₂,...,D_n}，以X_ij＝|P_i-D_j|·I_ij记一对乘客和司机之间的直线距离，其中

考虑到公平性，在最小化乘客等待时间的条件下，每个乘客等候时间应尽可能一致，可假设所有出租车的速度一致，则目标函数为：

T＝minmaxX_ij

约束为：

$\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{ij}}=1,i=1..n$

基于上述问题的人车匹配算法伪代码如图4所示。在该算法中，服务器以一定的时间间隔进行人车匹配计算，该时间间隔的取值主要考虑两方面因素：第一，处在乘客等待列表中的乘客不应等待过久，在该算法中，我们设定最长乘客等待时间阈值T_t。第二，出租车能够承载的乘客数量不可能超过空载出租车总数，因此，当等待乘客总数超过空载出租车总数时，服务器进行一次人车匹配。在完成一次匹配计算后，服务器将配对结果发送给对应的司机。该算法复杂度为Θ(|V|²|E|)。

实际应用中可能存在其他因素导致司机不愿意接受系统的调度，考虑到这种情况，在第三步中服务器首先询问司机是否接受此次调度，如果司机不接受调度，则服务器重新将对应乘客加入乘客等待队列中，在下一轮匹配为其选择另外一名司机；如果司机接受调度，则服务器向该乘客发送请求确认，示意该乘客在原地等待，并开始监测乘客是否有违约行为。

通常，乘客叫车后应停留在原地等待接受调度的出租车。如果该乘客乘坐路过的其他空车，那么他的位置会迅速变化。基于这一想法，本系统使用如下乘客违约监测机制：

若乘客的请求已确认，服务器记录下该乘客发送叫车请求的地点，之后，每30秒由该乘客的移动终端向服务器发送一次位置信息，若新位置与原位置相距超过Th_d，服务器判断该乘客存在违约行为，并通知对应司机取消订单。由于GPS定位存在一定误差，在信号强度较差时可能产生上百米的跳变，为防止GPS定位精度带来的误判，Th_d的取值不应过小。在本系统中，取Th_d为1公里。

发现乘客违约后，可根据一些诚信机制对违约乘客进行处罚，处罚方式不在本文的讨论范围中。

第四步，司机接到乘客后，由乘客向服务器发送完成确认。由于第三步中，服务器仅监测了乘客的违约行为，并没有对司机做任何约束，由乘客向服务器发送完成确认，可以有效地阻止司机违约。

下面通过一个实例具体地展示系统的工作流程和实际效果。本实例的环境参数为：

服务器：联想ThinkpadE320笔记本电脑，酷睿i3处理器，4G内存，主频2.3GHz。

移动终端设备：十部Android智能手机，每部智能手机都配置有1GHz以上CPU和256MB以上，所有手机均有GPS定位功能并且能够通过蜂窝网络或WiFi接入因特网。所有手机均搭载SmartTaxiNet（出租车智能调度系统）客户端软件，5台手机以“乘客”身份登录，另外5台以“司机”身份登录。

本实例的实验范围为：某大学校区（约3平方公里）。

本实施包括两个实验阶段，第一阶段，模拟乘客在路上叫车的情况。所有“司机”随机地在校园中运动，每位“乘客”任意地选择校园中一个位置开始等待，并向服务器发送叫车请求，此时服务器不对司机进行调度。直到有“司机”找到这名“乘客”，该“乘客”向服务器发送完成确认，然后，该“乘客”离开上一次等待的位置，重新寻找新的地点开始“叫车”。服务器将每次叫车请求和“乘客”被“司机”找到的时间记录下来，计算一名“乘客”在叫车过程中等待的平均时间。本阶段持续2小时。

第二阶段，模拟乘客使用本系统叫车的情况，实验按轮次进行。在每一轮中，首先每位“乘客”任意地选择校园中的一个位置开始等待，并向服务器发送叫车请求，服务器运行人车匹配算法，为每位乘客安排一名“司机”，此时，在“司机”的手机地图上将显示对应“乘客”的位置，并根据服务器的指示前往指定地点接“乘客”，并在“乘客”接到时向服务器发送完成确认。当所有“乘客”均被接到后，本轮次结束。与第一阶段类似，服务器记录每次“乘客”叫车请求和完成确认的时间，计算一名“乘客”在叫车过程中等待的平均时间。本阶段持续2小时。

在本实例中，第一阶段和第二阶段乘客的平均等待时间分别为347秒和253秒，可以看出，本系统可以有效地减少乘客在叫车过程中的等待时间。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种出租车智能调度系统，包括乘客、司机和服务器，其特征在于，所述乘客、司机和服务器是按照如下步骤工作的：

第一步，由乘客的移动终端向服务器发送叫车请求，由司机的移动终端向服务器发送空车请求；

第二步，服务器以一定的时间间隔，运行基于二分图匹配的人车匹配算法对司机与乘客进行配对，并向对应司机发送调度安排；

第三步，若司机不接受调度，服务器重新运行人车匹配算法为该乘客安排其他司机；若司机接受调度，服务器向对应乘客发送请求确认；

第四步，司机接到乘客后，由乘客向服务器发送完成确认；

所述第二步中，服务器按照一定的时间间隔运行的人车匹配算法具体如下：给定一组乘客位置P＝{P₁,P₂,...,P_n}和一组司机位置D＝{D₁,D₂,...,D_n}，以X_ij＝|P_i-D_j|·I_ij记一对乘客和司机之间的直线距离，其中考虑到公平性，在最小化乘客等待时间的条件下，每个乘客等候时间尽量一致，假设所有出租车的速度一致，则目标函数为：T＝minmaxX_ij，约束为：

2.根据权利要求1所述的出租车智能调度系统，其特征在于，所述第三步中，服务器向对应乘客发送请求确认并开始根据乘客的GPS信息监测乘客是否有违约行为，一旦发现乘客违约，服务器将告知对应司机。

3.根据权利要求1或2所述的出租车智能调度系统，其特征在于，所述第一步中，乘客向服务器发送的叫车请求包含乘客ID、用以确定乘客叫车地点的经度、纬度坐标信息；司机向服务器发送空车请求包含司机ID、当前的经度、纬度坐标以及该车当前的载客状态。

4.根据权利要求3所述的出租车智能调度系统，其特征在于，司机每间隔30秒向服务器更新一次位置与状态信息以更好地计算乘客与司机的距离。

5.根据权利要求1所述的出租车智能调度系统，其特征在于，所述根据乘客的GPS信息监测乘客是否有违约的违约监测机制具体为：若乘客的请求已确认，服务器记录下该乘客发送叫车请求的地点，之后，每过若干秒由该乘客的移动终端向服务器发送一次位置信息，若新位置与原位置相距超过一定距离时，服务器判断该乘客存在违约行为，并通知对应司机取消订单。

6.根据权利要求1或2所述的出租车智能调度系统，其特征在于，所述第二步中的时间间隔是当等待乘客总数超过空载出租车总数时，服务器进行一次人车匹配，在完成一次匹配计算后，服务器将配对结果发送给对应的司机。

7.根据权利要求1或2所述的出租车智能调度系统，其特征在于，所述第一步，乘客和司机的移动终端是通过蜂窝网络接口或WiFi网络接口与服务器进行通信。