CN111967627A - 一种共享停车位预定和分配系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种共享停车位预定和分配系统及方法，该系统包括：共享车位确定模块，根据停车场的占用情况确定可供共享停车的共享时间窗以及共享车位，共享车位包括供用户自主预约的共享车位以及供系统最优分配的共享车位；预约和实时确认模块，接收用户预约请求并根据当前供用户自主预约的共享车位供应状态推荐可停放的共享车位供用户确认是否停放以及选择停放位置；系统最优化分配模块，接收用户预约请求并根据当前供系统最优分配的共享车位供应状态分配最优共享车位供用户确认是否停放；取消预约模块，接收用户取消预约请求完成取消操作；续约模块，接收用户续约车位请求完成续约操作。与现有技术相比，本发明具有系统功能全面，实现多方共赢。

Description

一种共享停车位预定和分配系统及方法

技术领域

本发明涉及智能交通系统技术领域，尤其是涉及一种共享停车位预定和分配系统及方法。

背景技术

发达国家目前存在停车资源供给过剩的现象，这是因为政府在面对停车资源缺乏时秉承着“先设施后管理”的理念。目前，随着我国的经济发展，我们同样面临着停车资源缺乏的难题，但随着科技和通讯的进步可以采用智能停车管理措施缓解这个问题。停车共享就是一种有效解决高峰期停车短缺问题的停车管理措施，最优化的利用停车资源并且减少了总体需要的停车供给。

目前已有关于共享停车技术主要集中在共享停车场的硬件配置和共享停车系统设计上。其中，共享停车位的分配模型是共享停车系统设计中的核心内容，而大部分的发明仅强调了共享停车的功能设计，而忽略了车位分配模型的优化。其中，共享停车位的分配模型是共享停车系统设计中的核心内容，而大部分的发明仅强调了共享停车的功能设计，而忽略了车位分配模型的优化。

国内外的共享停车位分配模型研究主要专注于两个目标：停车利用率最大化和平台利润最大化。当模型目标为最大停车利用率时，会通过降低停车费来吸引用户，即使停车利用率提高了，但是收入不足以承担增加的管理人员和停车场维护的成本。另一方面，某些共享停车位分配模型为达到平台利润最大化，会拒绝提早预约或等待很久的用户。即使短期内平台可以获得最大利润，由于缺乏可靠性，用户的数量和粘度都会下降。因此共享停车位分配模型应该综合考虑用户友好度和平台利润，保证用户和平台的利益。

此外，目前大部分的共享停车技术仅有单一的预约车位功能，没有考虑出现续约和取消预约等服务。共享停车平台不仅仅可以提供共享停车车位，还可以引入更多类型的服务。因此在设计共享停车系统时，不仅要考虑提高停车场的使用率、系统的利润，还要关心用户的使用情况和系统的可行性。一种考虑用户使用习惯，同时具有全面功能的共享停车位预定和分配模型在搭建共享停车平台的过程中是必不可少的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种共享停车位预定和分配系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种共享停车位预定和分配系统，该系统包括：

共享车位确定模块，该模块根据停车场的占用情况确定可供共享停车的共享时间窗以及共享车位，所述的共享车位包括供用户自主预约的共享车位以及供系统最优分配的共享车位；

预约和实时确认模块，该模块接收用户预约请求并根据当前供用户自主预约的共享车位供应状态推荐可停放的共享车位供用户确认是否停放以及选择停放位置；

系统最优化分配模块，该模块接收用户预约请求并根据当前供系统最优分配的共享车位供应状态分配最优共享车位供用户确认是否停放；

取消预约模块，该模块接收用户取消预约请求完成取消操作；

续约模块，该模块接收用户续约车位请求完成续约操作。

优选地，该系统还包括私家车位匹配模块，该模块接收用户预约请求并与供私家车位拥有者实时确认完成私家车位的预约。

优选地，所述的共享车位确定模块确定可供共享停车的共享时间窗以及共享车位的具体方法为：

首先，根据电子停车系统收集的历史门数据确定各停车场的停车位占用情况矩阵，其中每一条门数据对应一个用户，按照入场时间顺序分配停车位编号，进而得到停车场n的停车位占用情况矩阵PSM_n：

PSM_n由T列和M_n行组成，M_n表示停车场n的总停车位数，T表示总时间段数，每个时间段的时间间隔为Δt，a_ij＝1表示在j时段里停车位i被占用了，a_ij＝0表示在j时段里停车位i未被占用，i＝1，2，……，M_n，j＝1，2，……，T，n＝1，……，N，N为停车场总数；

然后，根据停车场n的停车位占用情况矩阵PSM_n计算停车场n在j时段的可供共享停车的共享车位数量S_nj：

S_nj＝αM_n-OT_nj，

其中，O_nj为停车场n在j时段的非共享车位占用数量，OT_nj为停车场n在j时段的非共享车位需求数量，η为非共享车位占用数量的扩大系数，α为停车场的目标占用率，[]表示四舍五入取整运算；

最后，确定停车场n可供共享停车的共享时间窗，将停车场n可供共享停车的第p个共享时间窗记作TW_np(tw_nbp,tw_nfp)，p＝1，2，……，W，W为共享时间窗的数量，tw_nbp、tw_nfp对应为停车场n可供共享停车的第p个共享时间窗的开始时间段和结束时间段，每一个共享时间窗同时满足：

a、共享时间窗所包含的所有时段可供共享停车的共享车位数量均大于设定车位数阈值；

b、共享时间窗的总时间长度大于设定时长阈值；

c、共享时间窗所包含的所有时段可供共享停车的共享车位数量和可供共享停车时长乘积之和大于富余停车时长阈值。

优选地，预约和实时确认模块供用户自主预约的方式包括如下步骤：

(S11)将N个停车场的停车位占用情况矩阵PSM_n拼接成所有停车资源矩阵APRM、将N个停车场的S_nj拼接成可用共享车位数矩阵AS，其中APRM为M×T的矩阵，M表示N个停车场的总停车位数，AS为N×T的矩阵，根据矩阵AS确定可用自主预约车位数矩阵FAS，FAS＝floor(γAS)，floor表示向下取整数，γ为供用户自主预约的共享车位比率；

(S12)当接收到用户k预约请求后，首先，生成用户停车需求特征UC_k(pd_k,LL_k,HU_k)，其中，下标k表示用户，pd_k＝[at_k,lt_k]，at_k、lt_k分别是停车开始和停车结束时间段，LL_k为出行目的地的坐标信息，HU_k是使用停车场的历史记录；然后，基于用户停车需求特征以及可用自主预约车位数矩阵FAS和所有停车资源矩阵APRM搜索满足用于需求的空位；最后，计算搜索得到的每个空位的停车位匹配指数，按照停车位匹配指数降序排列推送给用户；

(S13)当用户选择停放位置并确认后，更新矩阵FAS、APRM。

优选地，系统最优化分配模块分配最优共享车位的方式包括如下步骤：

(S21)确定可用最优分配车位数矩阵SAS：

SAS＝AS₀-[γAS₀]+FAS_final；

其中，AS₀为初始可用共享车位数矩阵，[]表示四舍五入取整运算，FAS_final为更新后的可用自主预约车位数矩阵；

(S22)当接收到用户k预约请求后，首先，以系统利润为目标建立最优分配模型，然后，求解得到最优共享车位，最后，将最优共享车位推送给用户；

(S23)当用户确认停放后，更新矩阵SAS、APRM。

优选地，所述的私家车位匹配模块供用户预约私家车位的方式包括如下步骤：

(S31)获取私家车停车资源矩阵PPS，PPS为V×T的矩阵，V是私家车位资源的数量，T表示总时间段数，每个时间段的时间间隔为Δt，PPS_vt为PPS中第v行第t列元素，当PPS_vt＝0，则v私家车位在t时段可以共享，否则PPS_vt＝1，v＝1，2，……，V，t＝1，2，……，T，同时获取私家车位属性PPC_v(n_v,LL_n,F_v)，下标v表示v私家车位，n_v表示私家车位所在停车场编号，LL_n为私家车位坐标信息，F_v为私家车位停车费；

(S32)当接收到用户k预约请求后，首先，生成用户停车需求特征UC_k(pd_k,LL_k,HU_k)，其中，下标k表示用户，pd_k＝[at_k,lt_k]，at_k、lt_k分别是停车开始和结束时间段，LL_k为出行目的地的坐标信息，HU_k是使用停车场的历史记录；然后，基于用户停车需求特征以及私家车停车资源矩阵PPS搜索满足用于需求的私家车位；最后，计算搜索得到的私家车位的停车位匹配指数，按照停车位匹配指数降序排列推送给用户；

(S33)当用户选择私家车位并确认后，更新矩阵PPS。

优选地，取消预约模块完成取消操作的方式包括如下步骤：

(S41)接收用户取消预约请求，确定取消预约请求所在时间段t_now，同时获取用户预约信息：包括停车开始和停车结束时间段at_k、lt_k；

(S42)当t_now+ω＜at_k时，则取消用户[at_k,lt_k]时间段对车位的占用预约，退回用户原先支付的所有停车费用；当at_k＜t_now+ω≤lt_k时，取消在[t_now+ω,lt_k]时段对车位的占用预约，退回用户原先支付的所有停车费用；当t_now+ω＞lt_k时，不能取消预约，ω为取消预约需提前的时间段数的设定值。

优选地，续约模块进行续约操作的方式包括如下步骤：

(S51)接收用户续约车位请求，获取用户续约请求提出时间段tc_fk以及续约停车结束时间段tc_k，若tc_fk≤lt_k，则无法进行续约操作，结束续操作，否则执行步骤(S52)，其中，lt_k为预约的停车结束时间段；

(S52)根据续约停车结束时间段tc_k搜索预约的停车场是否有满足该续约停车需求的共享车位，若是则续约成功，否则执行步骤(S53)；

(S53)确定停车场可供续约停车的续约时间并推送给用户进行确认是否续约，若是则完成续约。

一种共享停车位预定和分配方法，该方法包括如下步骤：

(1)确定各个停车场可供共享停车的共享时间窗以及共享车位，所述的共享车位包括供用户自主预约的共享车位以及供系统最优分配的共享车位；

(2)接收用户预约请求并根据当前供用户自主预约的共享车位供应状态推荐可停放的共享车位供用户确认是否停放以及选择停放位置，若用户确认并选择停放位置则完预约，否则进入步骤(3)；

(3)根据用户预约请求以及当前供系统最优分配的共享车位供应状态分配最优共享车位供用户确认是否停放，若用户确认停放则完成预约；

(4)重复执行步骤(2)～(3)，在执行过程中若收到用户取消预约请求，则进行取消预约操作，若收到用户续约请求，则进行续约操作。

该方法在步骤(3)中若最优共享车位未被用户接收，则还进行私家车位的预约：根据用户预约请求匹配私家车位并与供私家车位拥有者实时确认进行私家车位的预约。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明将用户自主预约和系统最优分配相结合，用户自主预约满足了用户友好度高的目标，系统最优分配能够实现平台利润最大化的目标，同时对于社会而言，提高了停车资源利用率，减少增设停车设施的成本，同时减少了由于车辆在路上的绕行寻找车位造成的环境污染，实现多方双赢；

(2)本发明对私家车位进行有效管理，根据私家车位拥有者的意愿进行私家车位的共享，功能更加全面，同时改变传统的停车方式(即私家车位无法进行共享)，避免了资源浪费；

(3)本发明可进行取消预约和续约操作，服务更为全面，进一步提高用户友好度。

附图说明

图1为本发明共享停车位预定和分配的流程框图；

图2为本发明居民楼的停车占用率示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例

一种共享停车位预定和分配系统，该系统包括：

共享车位确定模块，该模块根据停车场的占用情况确定可供共享停车的共享时间窗以及共享车位，所述的共享车位包括供用户自主预约的共享车位以及供系统最优分配的共享车位；

预约和实时确认模块，该模块接收用户预约请求并根据当前供用户自主预约的共享车位供应状态推荐可停放的共享车位供用户确认是否停放以及选择停放位置；

系统最优化分配模块，该模块接收用户预约请求并根据当前供系统最优分配的共享车位供应状态分配最优共享车位供用户确认是否停放；

取消预约模块，该模块接收用户取消预约请求完成取消操作；

续约模块，该模块接收用户续约车位请求完成续约操作。

该系统还包括私家车位匹配模块，该模块接收用户预约请求并与供私家车位拥有者实时确认完成私家车位的预约。

需要说明的是：由于停车场中的非私家车位通常为开放式停车位，进入停车场后可选择空位进行停放，因此，本发明通过预约和实时确认模块以及系统最优化分配模块选择的共享车位只能具体到某一停车场，并不能具体到某一停车位；私家车位属于私人所有，为固定车位，因此通过私家车位匹配模块预约到的私家车位则是具体到停车场中的具体车位。

首先通过居民楼停车场的出入数据得到在工作日的停车需求。在计算共享停车的时间窗时对居民固定需求设置15％的预留。系统会预设一部分车位给预约和实时确认模块，即用户预约后可以马上得到确认。目的是留住忠实用户，保证平台的用户数量。另一部分车位会提供给系统最优化分配模块，用户若在预约和实时确认模块没有抢到心仪的车位，还可以在此模块等待系统分配的车位。系统将每隔一段时间进行一次系统利润最大化的车位分配。此模块虽然可以保证平台的收益，但被拒绝的用户会造成一定的负面影响。因此引入私家车位匹配模块，弥补了前两个模块的不足。用户可以实时选择自己心仪的私家车位，不受时间窗的约束。平台将向私家车位拥有者收取服务费作为平台利润。前两个模块平台都是通过获取收购车位和出租停车位的差价来获益。由于在预定共享车位时需要提前确定达到和离开时间，若使用时间发生变化，则引入了取消订单模块和续约模块。当用户提前取消预约的车位，可以取回全部或部分的停车费。当用户需要续约时，也有相应的服务。

本技术包括7个部分：停车场已有需求分配方法、共享停车时间窗的确定、预约和实时确认模块、系统最优化分配模块、私家车位匹配模块、取消预约模块和续约模块。

(1)停车场已有需求分配方法：分析停车场数据，将居民停车需求放入二元的停车位占用情况矩阵中。

(2)共享停车时间窗的确定：根据已有研究，对居民固定需求设置15％的预留。时间窗的要求包括：车位数量充足、富余时间充足、时空结合的富余车位小时充足。

(3)预约和实时确认模块：完成预约的条件是停车场在预约时段还有名额并且有空位，根据步行距离、停车费、历史记录和等待时间计算“车位匹配指数”PSMI，降序排列供用户选择，完成后更新可用车位数矩阵FAS、所有停车资源矩阵APSM、决策矩阵X，并且计算出平台利润。

(4)系统最优化分配模块:基于尽可能利用停车资源和系统利润最大化的原则在需求池中每隔一段时间寻找最优的分配方案。系统利润包含了被拒绝用户的负面影响(考虑等待时间)。完成后更新可用车位数矩阵SAS、所有停车资源矩阵APRM和决策矩阵X。

(5)私家车位匹配模块:不受时间窗和名额的约束，有车位满足需求即可预约使用。根据需求与私人车位特征计算出“车位匹配指数”PSMI，降序排列供用户选择。完成后更新私人车位矩阵PPS和决策矩阵Xp。

(6)取消预约模块:需要提前ω时段提出取消，t是提出的时间。t+ω在预约开始之前，整个预约可以取消；在预约时段之间，t+ω之后的时段可以取消；在预约结束之后，不可取消。取消的部分可退款。私家车位匹配模块只对消费的部分收服务费。完成后更新所有停车资源矩阵APRM和可用车位矩阵FAS或SAS，或PPS。

(7)续约模块:在预约和实时确认模块以及系统最优化分配模块的续约成功的前提是停车场在时间窗内有满足的车位。而私家车位匹配模块的可以续约的前提是预约的车位还可以继续使用。若可使用时段不足够续约，系统会提出最大的可续约时间。完成后更新所有停车资源矩阵APRM和可用车位矩阵FAS或SAS，或PPS。

其中停车场已有需求分配方法和共享停车时间窗的确定通过共享车位确定模块确定。

图1为用户使用流程图，当用户k在共享停车系统中提交需求信息，包括停车的开始时间、停车的结束时间、出行的目的地。若仍有可以实时确认的预约余位，将先进入预约和实时确认模块。系统将综合考虑用户k的历史记录和停车场与需求的匹配程度，决定提供选择的停车场的排序。用户k预定并且支付停车费即可。但如果预约和实时确认模块中，用户k没有心仪的停车场，则会进入到系统最优化分配模块。系统在对每个停车场都有不同程度的留有余位，即使在预约和实时确认模块未能选择到自己心仪的停车场，也有可能在这里被系统分配到心仪的停车场。若用户k在系统最优化分配模块有分配到满意的车位，则可直接预订和支付停车费。若没有分配到车位或主动拒绝分配到的车位，则用户k将进入私家车位匹配模块。用户k可以自行选择心仪的私家车位。若用户在私家车位匹配模块仍没有找到适合的车位，则共享停车平台无法为用户k提供停车服务。若用户k在平台上预约了车位，临时需要取消预约，进入取消预约模块，则根据提前的时间退回全部或全部的费用。相反，需要延长停车时间，则进入续约模块，续约的时间不得超过停车场的时间窗。若停车场在开放的时间窗内还有余位并且满足用户k的续约时长，则可以续约。若停车场的余位的时间长度不足以满足用户的续约时长要求，则询问用户是否能接受最大可以续约的时间。若接受，则续约成功。若不接受或停车场已经没有共享余位，则无法续约。

图2为居民楼的停车占用率。根据一个居民楼的停车占用随时间的变化图中，假设目标占用率是70％，有T1、T2、T3三个时间段都满足上述富余车位足够多和提供停车时间足够长的要求。SP1、SP2、SP3分别表示了在T1、T2、T3三个时间内的空余车位小时。通过构成的面积可以看出虽然时间段T2满足条件的时间段最长，但是T1构成的富余停车小时更多。因此在考虑共享停车时间窗时有必要考虑更全面的指标，时空结合的富余车位小时。

基于此，对本发明系统进行具体说明：

一、停车场已有需求分配方法

电子停车系统收集的门数据表示了停车场的占用情况。一条门数据对应一个用户，包括了到达时刻at和离开时刻lt。由于门数据是无法显示用户对停车位的选择，因此按照入场时间顺序分配停车位编号。

停车位占用情况矩阵(Parking spaces occupancy matrix,PSM)，表示了在整个时间段内停车场车位的占用情况。PSM_n由T列和M_n行组成，M_n表示停车场n的总停车位数，T表示总时间段数，两时间段的时间间隔为Δt。

因此，共享车位确定模块首先，根据电子停车系统收集的历史门数据确定各停车场的停车位占用情况矩阵，其中每一条门数据对应一个用户，按照入场时间顺序分配停车位编号，进而得到停车场n的停车位占用情况矩阵PSM_n：

PSM_n由T列和M_n行组成，M_n表示停车场n的总停车位数，T表示总时间段数，每个时间段的时间间隔为Δt，a_ij＝1表示在j时段里停车位i被占用了，a_ij＝0表示在j时段里停车位i未被占用，i＝1，2，……，M_n，j＝1，2，……，T，n＝1，……，N，N为停车场总数。

门数据pd_k(t_ak,t_lk)其中t_ak和t_lk分别表示用户k到达和离开的时刻。将文本数据转换为可计算的时间戳数据，则t'_ak和t'_lk表示了对应的时间戳。停车场开始运行的时间为t₀，其对应的时间戳为t'₀。k用户开始和到达时刻所在的时间段分别为at_k和lt_k。

其中ceil函数表示向上取整数，因为当用户即使只占用了时间段j一部分，被占用的时间段也不能分配给别人。用户k的停车时长所跨越的时间段数量为gn_k。

gn_k＝lt_k-at_k+1， (4)

将用户k分配到停车场n的i车位中，则在PSM_n中会表示为。

二、共享停车时间窗的确定

O_nj为停车场n在j时段的非共享车位占用数量，通过累加j时段的车位占用获得：

根据经验法85％的占用使停车场可以运行的比较好，不会有停车短缺也不会有资源未被充分利用，因此非共享车位占用数量的扩大系数η取为0.85。设j时段需要满足停车场n的用户停车需求为OT_nj，对应的占用率为RT_nj，可用于共享停车的车位数为S_nj，(j＝1,2,…,T)，其中α是对停车场n的目标占用率：

S_nj＝αM_n-OT_nj， (9)

[]表示四舍五入取整运算，采取共享停车策略需要满足的车位数下限为S_min。若时间段t至t+d是满足共享停车要求的时间段，将满足以下要求。t_min为最小时间窗长度。

RT_nt,RT_nt+1,RT_nt+2,…,RT_nt+d≤α， (10)

S_nt,S_nt+1,S_nt+2,…,S_nt+d≥S_min， (11)

Δt·(d+1)≥t_min， (12)

在共享停车的时间窗中只考虑空余车位和时间窗的长度是不够的。如附图2，根据一个居民楼的停车占用随时间的变化图中，假设目标占用率是70％，有T1、T2、T3三个时间段都满足上述富余车位足够多和提供停车时间足够长的要求。SP1、SP2、SP3分别表示了在T1、T2、T3三个时间内的空余车位小时。通过构成的面积可以看出虽然时间段T2满足条件的时间段最长，但是T1构成的富余停车小时更多。因此在考虑共享停车时间窗时有必要考虑更全面的指标，时空结合的富余车位小时。

停车场n在t时段内的空余停车小时为SP_nt，在t到t+d时段内的空余停车小时为SP_n，则：

因此时间段t至t+d还需要满足该时间段内的富余停车时长要大于β时，才可以视为停车n的共享停车时间窗。

SP_n≥β， (14)

最后，确定停车场n可供共享停车的共享时间窗，将停车场n可供共享停车的第p个共享时间窗记作TW_np(tw_nbp,tw_nfp)，p＝1，2，……，W，W为共享时间窗的数量，tw_nbp、tw_nfp对应为停车场n可供共享停车的第p个共享时间窗的开始时间段和结束时间段，每一个共享时间窗同时满足：

a、共享时间窗所包含的所有时段可供共享停车的共享车位数量均大于设定车位数阈值；

b、共享时间窗的总时间长度大于设定时长阈值；

c、共享时间窗所包含的所有时段可供共享停车的共享车位数量和可供共享停车时长乘积之和大于富余停车时长阈值。

三、预约和实时确认模块

预约和实时确认模块供用户自主预约的方式包括如下步骤：

(S11)将N个停车场的停车位占用情况矩阵PSM_n拼接成所有停车资源矩阵APRM、将N个停车场的S_nj拼接成可用共享车位数矩阵AS，其中APRM为M×T的矩阵，M表示N个停车场的总停车位数，AS为N×T的矩阵，根据矩阵AS确定可用自主预约车位数矩阵FAS，FAS＝floor(γAS)，floor表示向下取整数，γ为供用户自主预约的共享车位比率；

(S12)当接收到用户k预约请求后，首先，生成用户停车需求特征UC_k(pd_k,LL_k,HU_k)，其中，下标k表示用户，pd_k＝[at_k,lt_k]，at_k、lt_k分别是停车开始和停车结束时间段，LL_k为出行目的地的坐标信息，HU_k是使用停车场的历史记录；然后，基于用户停车需求特征以及可用自主预约车位数矩阵FAS和所有停车资源矩阵APRM搜索满足用于需求的空位；最后，计算搜索得到的每个空位的停车位匹配指数，按照停车位匹配指数降序排列推送给用户；

(S13)当用户选择停放位置并确认后，更新矩阵FAS、APRM。

具体地，当用户k在t时间段进入预约和实时确认模块，输入需求信息，系统会生成UC_k。X需求被车位接受的情况，开始是M×K的零矩阵，K是总需求数量，M是总车位数量。若x_mk＝1表示用户k的停车需求被m车位接受，否则等于0。首先，因为FAS是实时更新的并且分配给预约和实时确认模块的停车位是有限的，在预订时刻停车场n的在[at_k,lt_k]时段内有预约和实时确认模块的车位名额。

FAS_nt＞0，(t∈TW_n,t＝at_k,at_k+1,at_k+2,...,lt_k)， (15)

对有名额的停车场在APRM中搜索可以在[at_k,lt_k]时段使用的空位。

APRM_mt＝0，(t∈TW_n,t＝at_k,at_k+1,at_k+2,...,lt_k)， (16)

根据PC和UC_k计算出每个空位到目的地的步行距离和匹配指数(Parking SpaceMatch Index)。降序排列推荐给用户选择。停车位匹配指数(Parking Space Match Index,PSMI)是当多个停车位都满足用户需要时，衡量哪个停车位更适合用户的指标。以k用户与停车场n中的停车位m为例，PSMI的计算方法如下。

PSMI_km＝c_dis·L_Dkn+c_fee·L_Fkn+c_h·L_HUkn+c_w·L_Wk+c_c， (17)

其中c_dis是k用户在停车场n到目的地的步行距离等级L_Dkn的系数，c_fee是停车费等级L_Fk的系数，c_h是对停车场n的历史使用等级L_HUkn的系数，c_w是等待时长等级L_Wk的系数，c_c是常数项。

用户选择好心仪的停车位后，系统更新APRM、FAS和X。

FAS_nt＝FAS_nt-1，(t∈TW_n,t＝at_k,at_k+1,at_k+2,…,lt_k)， (18)

APRM_mt＝1，(t∈TW_n,t＝at_k,at_k+1,at_k+2,...,lt_k)， (19)

x_mk＝1， (20)

在预约和实时确认模块中平台可以获取的利润V_FBFS为：

其中V_FBFS是利润。f_mk表示k用户使用车位m的停车费；d_ck是下单时享受的动态折扣；t'_lk和t'_ak分别表示离开和到达停车位的时间戳，lt_k和at_k分别对应所在的时间段。；p_m表示收购停车位的费用，按照使用的时间计算；即使用户k晚到或提早一些离开，所占用时间段将不会分配给其他用户。这部分损失要根据Δt长度来衡量。

四、系统最优化分配模块

系统最优化分配模块分配最优共享车位的方式包括如下步骤：

(S21)确定可用最优分配车位数矩阵SAS：

SAS＝AS₀-[γAS₀]+FAS_final， (22)

其中，AS₀为初始可用共享车位数矩阵，[]表示四舍五入取整运算，FAS_final为更新后的可用自主预约车位数矩阵；

(S22)当接收到用户k预约请求后，首先，以系统利润为目标建立最优分配模型，然后，求解得到最优共享车位，最后，将最优共享车位推送给用户；

(S23)当用户确认停放后，更新矩阵SAS、APRM。

具体地：

因为各个停车场的AS用于预约和实时确认模块比率为γ，则在系统最优化分配模块至少还有1-γ比例的可利用车位。当用户在模块中提交的需求信息会收集到后台的需求池中。这个需求池会每隔Δt_s进行一次利润最大化匹配计算，在总时间T’中会在时间段t_sys进行一次运算：t_sys＝1,2,…,T'/Δt_s，在t_sys时段考虑在t_sys+δ时段开始停车的停车要求，即提前δ个时间段来分配系统车位，让没有分配到车位的用户有充足的时间选择其他停车场。可用于系统分配的空余车位数量矩阵SAS，是一个N×T的矩阵。

若用户k在时间段t_sys被系统分配到了n停车场的车位m，前提是开始的停车时间是在t_sys+δ时间段内，停车场n仍有富余的车位，车位的空余时间可以满足用户的停车长度。

at_k∈[t_sys+δ,t_sys+δ+Δt_s)， (23)

SAS_nt＞0，(t∈TW_n,t＝at_k,at_k+1,at_k+2,…,lt_k)， (24)

APRM_mt＝0，(t∈TW_n,t＝at_k,at_k+1,at_k+2,…,lt_k)， (25)

这个模块的目标是系统利润最大化，需要满足的目标函数是：

其中，V_tsys是在t_sys时段的平台利润，通过出租车位总收入减去收购车位的支出和未分配到车位的用户的对平台的负面影响。x'_mk表示车位m被系统分配给用户k使用，等于1表示用户k接受了m车位，反之等于0。t_wtk是等待时长。μ_wt是等待时间里对平台的期待值。μ_c是被拒绝的用户对平台的负面印象。被拒绝的用户标识y_mk是二进制变量，当用户k被拒绝时等于1，反之等于0。

五、私家车位匹配模块

私家车位匹配模块供用户预约私家车位的方式包括如下步骤：

(S31)获取私家车停车资源矩阵PPS，PPS为V×T的矩阵，V是私家车位资源的数量，T表示总时间段数，每个时间段的时间间隔为Δt，PPS_vt为PPS中第v行第t列元素，当PPS_vt＝0，则v私家车位在t时段可以共享，否则PPS_vt＝1，v＝1，2，……，V，t＝1，2，……，T，同时获取私家车位属性PPC_v(n_v,LL_n,F_v)，下标v表示v私家车位，n_v表示私家车位所在停车场编号，LL_n为私家车位坐标信息，F_v为私家车位停车费；

(S32)当接收到用户k预约请求后，首先，生成用户停车需求特征UC_k(pd_k,LL_k,HU_k)，其中，下标k表示用户，pd_k＝[at_k,lt_k]，at_k、lt_k分别是停车开始和结束时间段，LL_k为出行目的地的坐标信息，HU_k是使用停车场的历史记录；然后，基于用户停车需求特征以及私家车停车资源矩阵PPS搜索满足用于需求的私家车位；最后，计算搜索得到的私家车位的停车位匹配指数，按照停车位匹配指数降序排列推送给用户；

(S33)当用户选择私家车位并确认后，更新矩阵PPS。

具体地：

当用户在预约和实时确认模块和系统最优化分配模块都没有找到心仪的车位时，会进入到私家车位匹配模块。PPS是一个V×T的矩阵，V是平台中私人车位资源的数量。当PPS_vt等于0时是v车位在t时段可以共享给其他车辆使用，反之等于1。私家车位属性PPC_v(n_v,LL_n,F_v)，下标v表示v私家车位，n_v表示私家车位所在停车场编号，LL_n为私家车位坐标信息，F_v为私家车位停车费。X_p表示了各个需求是否被私家车位接受，是一个V×K_p的矩阵，K_p是总需求数量。若x_vk＝1表示用户k的停车需求被v车位接受，否则等于0。根据UC_k在已有的私家车停车位资源中搜索满足要求的车位。

PPS_vt＝0，(t＝at_k,at_k+1,at_k+2,…,lt_k)， (27)

根据UC_k和PPC_v计算PSMI_kv。其中c_w＝0，因为这个模块是车位拥有者和用户实时确认的，不存在等待时间。按照PSMI_kv降序排列私家车位。若用户选择并且预定了车位v_k。更新矩阵PPS和X_p。

当在时间段T结束时，计算私家车位匹配模块获取的总利润。

其中，V_p表示私家车匹配模块的平台总利润；f_vk表示用户k使用v车位时的停车费，按时间计算。θ表示平台对每笔订单收取一定的百分比作为服务费。这笔服务费将从车位拥有者的收益中扣除。

六、取消预约模块

取消预约模块完成取消操作的方式包括如下步骤：

(S41)接收用户取消预约请求，确定取消预约请求所在时间段t_now，同时获取用户预约信息：包括停车开始和停车结束时间段at_k、lt_k；

(S42)当t_now+ω＜at_k时，则取消用户[at_k,lt_k]时间段对车位的占用预约，退回用户原先支付的所有停车费用；当at_k＜t_now+ω≤lt_k时，取消在[t_now+ω,lt_k]时段对车位的占用预约，退回用户原先支付的所有停车费用；当t_now+ω＞lt_k时，不能取消预约，ω为取消预约需提前的时间段数的设定值。

具体地：平台规定取消订单要提前ω个时间段才能取消后面的预约。假设用户k在t'_now时刻及其所在的t_now时间段中要取消停车成n的m车位的剩余的停车预约需求。则k用户可以退回的费用为fr_k。假设tr'_bk是可以被用户k取消时间段的开始，tr'_fk是是可以被用户k取消时间段的结束。tr_bk,tr_fk是tr'_bk,tr'_fk所在的时间段。若k用户是预约和实时确认模块、系统最优化分配模块、私家车位匹配模块预定的车位，fr_k可以分别通过公式(31)、(32)、(33)获得。

fr_k＝f_mk·d_ck(tr'_bk-tr'_fk)， (31)

fr_k＝f_mk(tr'_bk-tr'_fk)， (32)

fr_k＝f_mk·Δt·(tr_bk-tr_fk+1)， (33)

当t_now+ω≤at_k时，tr'_bk＝t'_lk,tr'_fk＝t'_ak；

当at_k＜t_now+ω≤lt_k时,tr'_bk＝t'_lk,tr'_fk＝t'_now+ωΔt,tr_bk＝lt_k,tr_fk＝t_now+ω；

当t_now+ω＞lt_k时,fr_k＝tr'_bk＝tr'_fk＝0,fr_k＝tr_bk＝tr_fk＝0。

当t_now+ω＜at_k时，则取消用户[at_k,lt_k]时间段对车位的占用预约，退回用户原先支付的所有停车费用；当at_k＜t_now+ω≤lt_k时，取消在[t_now+ω,lt_k]时段对车位的占用预约，退回用户原先支付的所有停车费用；当t_now+ω＞lt_k时，不能取消预约，用户k不会获得退费。具体的退费情况如下。

当用户k进行取消预约，系统需要更新矩阵停车位矩阵让其他有需要的用户使用车位。

用户取消预约会进行退款操作，平台会比既定预约减少了的利润的获取。假设XC是一个M×K×U的矩阵，M表示了三个模块的车位数之和，K表示了三个模块的用户数之和，U表示模块的类型，等于1表示预约和实时确认模块，等于2表示系统最优化分配模块，等于3表示私家车位匹配模，xc_mk1＝1表示用户k取消了在预约和实时确认模块中原本预定的m车位，反之等于0。用户取消订单造成的系统损失定义为LO。则对于预约和实时确认模块、系统最优化分配模块、私家车位匹配模块分别的损失为：

七、续约模块

续约模块进行续约操作的方式包括如下步骤：

(S51)接收用户续约车位请求，获取用户续约请求提出时间段tc_fk以及续约停车结束时间段tc_k，若tc_fk≤lt_k，则无法进行续约操作，结束续操作，否则执行步骤(S52)，其中，lt_k为预约的停车结束时间段；

(S52)根据续约停车结束时间段tc_k搜索预约的停车场是否有满足该续约停车需求的共享车位，若是则续约成功，否则执行步骤(S53)；

(S53)确定停车场可供续约停车的续约时间并推送给用户进行确认是否续约，若是则完成续约。

具体地：

假设用户k原本预约了n停车场的m车位，需要续约车位。虽然分配车位时是有序号的，但通勤者是随意选择空车位停靠的。因此只要停车n在续约时段还有空余车位即可让用户k续约。假设k用户希望续约车位到时间tc'_k，tc'_k＞t'_lk，所在的时间段为tc_k，tc_k＞lt_k。假设用户k需要为续约的停车费是fc_k。用户被系统接收的预约时间是tc'_fk，tc'_fk＞t'_lk，所在的时间段是tc_fk，tc_fk＞lt_k。若用户k原来是通过预约和实时确认模块或系统最优化分配模块得到的，则要保证希望续约后的时间要在停车场的时间窗内，即tc_k∈TW_n。若

则要进入私家车位匹配模块，自行选择和将车辆移动到私家车位，这种情况本文不讨论。用户k可以续约成功的前提是停车场n内在预约时段还有余位。

APRM(mi,t)＝0,(mi∈Nm_n,t∈TW_n,t＝lt_k+1,lt_k+2,…,tc_k)， (38)

其中Nm表示包含停车场n所包含的车位号的集合。若用户k续约成功，则需要支付的续约停车费为如下。其中tc'_fk＝tc'_k。

fc_k＝f_nk·(tc'_fk-t'_lk)， (39)

如果用户提出的续约时间不满足公式(38)，则系统可以提供最大的可续约时间tc_maxk给用户k进行选择。tc_maxk会满足以下要求。

tc_maxk＜tc_k， (40)

APRM(mi,t)＝0,(mi∈Nm_n,t∈TW_n,t＝lt_k+1,lt_k+2,…,tc_maxk)， (41)

若用户接受tc_maxk作为续约时间，则tc'_fk＝tc'_maxk，并且通过公式(39)可以计算出续约费用。续约完成后需要更新矩阵FAS和APRM。

FAS_nt＝FAS_nt-1，(t＝lt_k+1,lt_k+2,…,tc_fk)， (42)

APRM_mit＝1，(t＝lt_k+1,lt_k+2,…,tc_fk)， (43)

若用户k的m车位原来是通过私家车位匹配模块得到的，则续约时间tc_k不受时间窗的约束。但用户k只能续约该车位。否则要挪车或离开，本文不讨论这些情况。用户k可以续约成功的前提是私家车位m内在预约时段还有余位，即要满足：

PPS(m,t)＝0,(t＝lt_k+1,lt_k+2,…,tc_k)， (44)

若用户k续约成功，则需要支付的续约停车费为如下。其中tc_fk＝tc_k。

fc_k＝f_mk·Δt·(tc_fk-lt_k+1)， (45)

如果用户k提出的续约时间不满足公式(44)，则系统可以提供最大的可续约时间tc_maxk给用户k进行选择。tc_maxk会满足式子(40)和(46)。

PPS(m,t)＝0,(t＝lt_k+1,lt_k+2,...,tc_maxk)， (46)

若用户接受tc_maxk作为续约时间，则tc'_fk＝tc'_maxk，并且通过公式(45)可以计算出续约费用。续约完成后需要更新矩阵PPS。

PPS_mt＝1，(t＝lt_k+1,lt_k+2,...,tc_fk)， (47)

XA是一个M×K×U的矩阵，M表示了总车位数，K表示了三个模块的用户数之和，U表示续约的模块类型，等于1表示在预约和实时确认模块或系统最优化分配模块续约，等于2表示私家车位匹配模块预约，xa_mk1＝1表示用户k续约了与之前在预约和实时确认模块或系统最优化分配模块中停车场n的车位m，车位m不一定与之前预定的相同，反之等于0。xa_mk2＝1表示用户k续约了与之前私家车位匹配模块预约的车位m，车位m与之前预定的相同，反之等于0。则通过续约得到的平台利润为V_con，可以通过以下公式获得：

结合图1，一种共享停车位预定和分配方法，该方法包括如下步骤：

(1)确定各个停车场可供共享停车的共享时间窗以及共享车位，所述的共享车位包括供用户自主预约的共享车位以及供系统最优分配的共享车位；

(2)接收用户预约请求并根据当前供用户自主预约的共享车位供应状态推荐可停放的共享车位供用户确认是否停放以及选择停放位置，若用户确认并选择停放位置则完预约，否则进入步骤(3)；

(3)根据用户预约请求以及当前供系统最优分配的共享车位供应状态分配最优共享车位供用户确认是否停放，若用户确认停放则完成预约；

(4)重复执行步骤(2)～(3)，在执行过程中若收到用户取消预约请求，则进行取消预约操作，若收到用户续约请求，则进行续约操作。

该方法在步骤(3)中若最优共享车位未被用户接收，则还进行私家车位的预约：根据用户预约请求匹配私家车位并与供私家车位拥有者实时确认进行私家车位的预约。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (10)

1.一种共享停车位预定和分配系统，其特征在于，该系统包括：

共享车位确定模块，该模块根据停车场的占用情况确定可供共享停车的共享时间窗以及共享车位，所述的共享车位包括供用户自主预约的共享车位以及供系统最优分配的共享车位；

预约和实时确认模块，该模块接收用户预约请求并根据当前供用户自主预约的共享车位供应状态推荐可停放的共享车位供用户确认是否停放以及选择停放位置；

系统最优化分配模块，该模块接收用户预约请求并根据当前供系统最优分配的共享车位供应状态分配最优共享车位供用户确认是否停放；

取消预约模块，该模块接收用户取消预约请求完成取消操作；

续约模块，该模块接收用户续约车位请求完成续约操作。

2.根据权利要求1所述的一种共享停车位预定和分配系统，其特征在于，该系统还包括私家车位匹配模块，该模块接收用户预约请求并与供私家车位拥有者实时确认完成私家车位的预约。

3.根据权利要求1所述的一种共享停车位预定和分配系统，其特征在于，所述的共享车位确定模块确定可供共享停车的共享时间窗以及共享车位的具体方法为：

首先，根据电子停车系统收集的历史门数据确定各停车场的停车位占用情况矩阵，其中每一条门数据对应一个用户，按照入场时间顺序分配停车位编号，进而得到停车场n的停车位占用情况矩阵PSM_n：

PSM_n由T列和M_n行组成，M_n表示停车场n的总停车位数，T表示总时间段数，每个时间段的时间间隔为Δt，a_ij＝1表示在j时段里停车位i被占用了，a_ij＝0表示在j时段里停车位i未被占用，i＝1，2，……，M_n，j＝1，2，……，T，n＝1，……，N，N为停车场总数；

然后，根据停车场n的停车位占用情况矩阵PSM_n计算停车场n在j时段的可供共享停车的共享车位数量S_nj：

S_nj＝αM_n-OT_nj，

其中，O_nj为停车场n在j时段的非共享车位占用数量，OT_nj为停车场n在j时段的非共享车位需求数量，η为非共享车位占用数量的扩大系数，α为停车场的目标占用率，[]表示四舍五入取整运算；

最后，确定停车场n可供共享停车的共享时间窗，将停车场n可供共享停车的第p个共享时间窗记作TW_np(tw_nbp,tw_nfp)，p＝1，2，……，W，W为共享时间窗的数量，tw_nbp、tw_nfp对应为停车场n可供共享停车的第p个共享时间窗的开始时间段和结束时间段，每一个共享时间窗同时满足：

a、共享时间窗所包含的所有时段可供共享停车的共享车位数量均大于设定车位数阈值；

b、共享时间窗的总时间长度大于设定时长阈值；

c、共享时间窗所包含的所有时段可供共享停车的共享车位数量和可供共享停车时长乘积之和大于富余停车时长阈值。

4.根据权利要求3所述的一种共享停车位预定和分配系统，其特征在于，预约和实时确认模块供用户自主预约的方式包括如下步骤：

(S11)将N个停车场的停车位占用情况矩阵PSM_n拼接成所有停车资源矩阵APRM、将N个停车场的S_nj拼接成可用共享车位数矩阵AS，其中APRM为M×T的矩阵，M表示N个停车场的总停车位数，AS为N×T的矩阵，根据矩阵AS确定可用自主预约车位数矩阵FAS，FAS＝floor(γAS)，floor表示向下取整数，γ为供用户自主预约的共享车位比率；

(S12)当接收到用户k预约请求后，首先，生成用户停车需求特征UC_k(pd_k,LL_k,HU_k)，其中，下标k表示用户，pd_k＝[at_k,lt_k]，at_k、lt_k分别是停车开始和停车结束时间段，LL_k为出行目的地的坐标信息，HU_k是使用停车场的历史记录；然后，基于用户停车需求特征以及可用自主预约车位数矩阵FAS和所有停车资源矩阵APRM搜索满足用于需求的空位；最后，计算搜索得到的每个空位的停车位匹配指数，按照停车位匹配指数降序排列推送给用户；

(S13)当用户选择停放位置并确认后，更新矩阵FAS、APRM。

5.根据权利要求4所述的一种共享停车位预定和分配系统，其特征在于，系统最优化分配模块分配最优共享车位的方式包括如下步骤：

(S21)确定可用最优分配车位数矩阵SAS：

SAS＝AS₀-[γAS₀]+FAS_final；

其中，AS₀为初始可用共享车位数矩阵，[]表示四舍五入取整运算，FAS_final为更新后的可用自主预约车位数矩阵；

(S22)当接收到用户k预约请求后，首先，以系统利润为目标建立最优分配模型，然后，求解得到最优共享车位，最后，将最优共享车位推送给用户；

(S23)当用户确认停放后，更新矩阵SAS、APRM。

6.根据权利要求2所述的一种共享停车位预定和分配系统，其特征在于，所述的私家车位匹配模块供用户预约私家车位的方式包括如下步骤：

(S31)获取私家车停车资源矩阵PPS，PPS为V×T的矩阵，V是私家车位资源的数量，T表示总时间段数，每个时间段的时间间隔为Δt，PPS_vt为PPS中第v行第t列元素，当PPS_vt＝0，则v私家车位在t时段可以共享，否则PPS_vt＝1，v＝1，2，……，V，t＝1，2，……，T，同时获取私家车位属性PPC_v(n_v,LL_n,F_v)，下标v表示v私家车位，n_v表示私家车位所在停车场编号，LL_n为私家车位坐标信息，F_v为私家车位停车费；

(S32)当接收到用户k预约请求后，首先，生成用户停车需求特征UC_k(pd_k,LL_k,HU_k)，其中，下标k表示用户，pd_k＝[at_k,lt_k]，at_k、lt_k分别是停车开始和结束时间段，LL_k为出行目的地的坐标信息，HU_k是使用停车场的历史记录；然后，基于用户停车需求特征以及私家车停车资源矩阵PPS搜索满足用于需求的私家车位；最后，计算搜索得到的私家车位的停车位匹配指数，按照停车位匹配指数降序排列推送给用户；

(S33)当用户选择私家车位并确认后，更新矩阵PPS。

7.根据权利要求1所述的一种共享停车位预定和分配系统，其特征在于，取消预约模块完成取消操作的方式包括如下步骤：

(S41)接收用户取消预约请求，确定取消预约请求所在时间段t_now，同时获取用户预约信息：包括停车开始和停车结束时间段at_k、lt_k；

(S42)当t_now+ω＜at_k时，则取消用户[at_k,lt_k]时间段对车位的占用预约，退回用户原先支付的所有停车费用；当at_k＜t_now+ω≤lt_k时，取消在[t_now+ω,lt_k]时段对车位的占用预约，退回用户原先支付的所有停车费用；当t_now+ω＞lt_k时，不能取消预约，ω为取消预约需提前的时间段数的设定值。

8.根据权利要求1所述的一种共享停车位预定和分配系统，其特征在于，续约模块进行续约操作的方式包括如下步骤：

(S51)接收用户续约车位请求，获取用户续约请求提出时间段tc_fk以及续约停车结束时间段tc_k，若tc_fk≤lt_k，则无法进行续约操作，结束续操作，否则执行步骤(S52)，其中，lt_k为预约的停车结束时间段；

(S52)根据续约停车结束时间段tc_k搜索预约的停车场是否有满足该续约停车需求的共享车位，若是则续约成功，否则执行步骤(S53)；

(S53)确定停车场可供续约停车的续约时间并推送给用户进行确认是否续约，若是则完成续约。

9.一种共享停车位预定和分配方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)确定各个停车场可供共享停车的共享时间窗以及共享车位，所述的共享车位包括供用户自主预约的共享车位以及供系统最优分配的共享车位；

(2)接收用户预约请求并根据当前供用户自主预约的共享车位供应状态推荐可停放的共享车位供用户确认是否停放以及选择停放位置，若用户确认并选择停放位置则完预约，否则进入步骤(3)；

(3)根据用户预约请求以及当前供系统最优分配的共享车位供应状态分配最优共享车位供用户确认是否停放，若用户确认停放则完成预约；

(4)重复执行步骤(2)～(3)，在执行过程中若收到用户取消预约请求，则进行取消预约操作，若收到用户续约请求，则进行续约操作。

10.根据权利要求9所述的一种共享停车位预定和分配方法，其特征在于，该方法在步骤(3)中若最优共享车位未被用户接收，则还进行私家车位的预约：根据用户预约请求匹配私家车位并与供私家车位拥有者实时确认进行私家车位的预约。

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