近些年,越来越多的无桩式共享单车如春笋遍地般出现在城市中,共享单车这种新兴的便捷式交通方式也在城市交通中得到了越来越广泛的运用,它成了沟通、代替、简化各种交通方式的便捷“桥梁”。共享单车大量分布在公交车站、地铁站、商圈、住宅圈等城市地域,已经成为城市交通和人们生活中不可或缺的一部分。但同时,共享单车如洪水般的扩张趋势也为城市原本拥挤的交通带来了若干问题,首先它最主要的问题体现在它的供给分配和用户需求的不均匀性。例如,一些用户会在交通高峰时段难以找到一辆共享单车,而相反,在某些空闲时段,城市的某些区域会有大量无人使用的闲置的共享单车,这在一定程度上妨碍了行人的出行,同时也给道路带来了一定的阻塞。其次,由于城市活动的频繁性和人员的强流动性,导致运营商们需要想方设法对共享单车进行重分配(再平衡)操作。随着城市中各种共享单车的兴起,关于其的研究也成了近些年的热门,国内外的学者开始从不同的方向、切入点去研究共享单车及其带来的问题。有一些是关于共享单车自身特点的研究,他们的关注点集中在共享单车在城市中的空间分布、何如在各个站点进行分配来达到成本最优化、共享单车给城市生活带来了怎样的改变。另有一些论文是讨论共享单车系统给城市交通带来的一些启发,这些研究更加集中于关注共享单车系统给城市道路、交通规划带来的影响。本文的主要研究目的是挖掘城市共享单车时空数据中潜在的周期性特点,通过“时间-空间”双维度的视角对共享单车在城市中的数量变化特点做出抽象的提炼,从而为解决其供给需求不平衡、地域之间调度重分配提供一个新的解决思路。相比于之前对于共享单车自身特点的研究,我们的工作更加具有挑战性和创新性,如何去描述和准确定义时空数据内蕴含的一般性规律并且采用一般性的方法去挖掘这种的规律是在本课题需要解决的难点。针对以上研究目标,我们提出了一个叫做“忽略数量级的周期性模式(MagnitudeOblivious Periodical Patterns,以下简称MOPP)”的概念,这种模式可以用来描述共享单车空车量随时间变化的规律以及这种规律在地域之间的差异性。它反映了共享单车的供给需求在长时间内变化的趋势,同时这也是一种手段来帮助检测和平衡城市中不同区域上的共享单车供给和需求不平衡的现象。使用这种模式挖掘的解决方案的好处是可以抛开不同区域之间共享单车数量规模差异的影响,从本质上去挖掘这种普遍的周期性变化的共性规律,这样可以为解决共享单车不平衡分布问题提供一种普适的方法,而不是针对特定区域去寻求特殊的解决方案。针对城市共享单车数量变化在地域上的可能存在的固有的周期性特点,我们试图挖掘不同地域中存在的周期性规律,并归纳解释这种周期性规律和地域特点之间的关联,挖掘不同区域共享单车周期性规律的共性和差异性。论文的主要贡献如下:(1)研究了共享单车数量在城市中的“时间--空间”双维度上的变化特性,并提出了一种描述其在一定地域范围内周期性变化规律的一般性概念,即MOPP;(2)我们借鉴各种周期性检测算法,设计了一种基于时间间隔的周期性检测算法来检测其周期性特点。并且在此周期性特性的基础上,研究了如何通过模式挖掘算法挖掘出的共享单车MOPP,得出了一种较为合理的能找出不同地域共性周期性模式的方法。(3)我们以中国共享单车系统中覆盖面积最为广泛的“摩拜(Mobike)单车”为例,我们通过爬虫技术获取了相关GPS定位信息数据。在此基础上我们运用(1)(2)中的概念和算法研究了上海、北京、宁波三个城市中共享单车的情况,挖掘了这些城市中的周期性模式。实验表明,在我们所选取样本中大约有10%-13%的地域上的共享单车数量变化具有周期性的特点。以上海为例,我们挖掘了其中的超过150种的周期性模式。同时我们通过对若干周期性模式的实例分析了这些模式的存在的合理性以及它们的实际意义。