信息技术的进步和智能手机的普及为共享经济的发展提供了平台,大数据与物联网的发展也促进了共享经济的推行。目前,共享经济已经涉及共享医疗、共享饮食、共享房屋、共享出行、共享教育等多个方面,其中,共享出行是兴起最早、发展最成熟的领域,本文以共享出行中的共享单车系统为研究对象。共享单车系统是城市智慧交通的重要组成部分,为城市公共交通系统最初/最后一公里提供了一个灵活有效的补充,也是选择绿色出行方式,践行低碳生活理念的一个有效途径。本文综合运用随机过程、平均场理论、排队网络、RG分解等理论和方法,建立共享单车系统的排队模型,计算系统的稳态概率,对共享单车系统的性能进行评价与分析。本文取得的主要研究成果如下:(1)引入平均场理论研究大型共享单车系统。针对大型的共享单车系统提出将平均场极限理论与非时齐排队模型相结合的随机模型分析方法,将多维的、高次的复杂共享单车系统转化为低维的、低次的随机模型问题,结合平均场理论建立非时齐排队系统,计算系统的稳态概率,从而实现对问题站点稳态概率的分析,进而评价大型共享单车系统的性能。(2)建立了考虑早晚高峰的共享单车系统的平均场排队模型。基于共享单车系统中顾客借车和还车行为的潮汐现象,针对大型共享单车系统,引入马尔可夫环境,结合平均场理论和非时齐的排队建立大型共享单车系统的排队模型,利用平均场矩阵分析方法计算出系统的稳态概率,实现了对考虑早晚高峰时期顾客借车和还车波动的大型共享单车系统的性能分析。(3)建立了引入马尔可夫到达过程与不可约路径图的共享单车系统的闭排队网络模型。将自行车视为虚拟顾客,以站点和路为节点,建立了共享单车系统的闭排队网络模型,引入马尔可夫到达过程表达借还车的非时齐性,引入自行车运行路径的不可约图弱化了对共享单车系统网络结构的要求,通过求解闭排队网络的乘积解为系统的性能评价提供了计算依据。(4)提出了坏车成批移除与维修后成批再分布的联合策略。考虑共享单车系统中坏车的存在,提出了两个成批策略:从停车区域成批移除坏车至维修站点、从维修站点成批移出维修好的自行车并进行再分布。由于引入这两个成批策略及考虑自行车的失效过程和坏车的维修过程,停车区域与维修站点均为二维马氏过程,扩展了闭排队网络中节点的特征,利用RG分解计算块状结构的二维马氏过程,并得到了相对到达率和路径矩阵的非线性方程组,从而扩展了闭排队网络的计算与乘积解的形式。(5)基于杭州公共自行车系统的实际数据,分析了该系统的运行特征,针对其顾客借车和还车行为的周期性和非时齐性,分别计算多时段的顾客到达率和服务率,得到系统的稳态概率,分析该系统的性能并提出相应的对策建议。