一种考虑充电时间的共享电动汽车的站点选址方法技术

本发明专利技术提供一种考虑充电时间的共享电动汽车的站点选址方法，涉及站点选址技术领域。该方法包括：用有向图表示运行区域的街道网络；设置建模所需参数、基本信息和要求；设置决策变量并建立考虑充电时间的共享电动汽车的站点选址问题的数学模型；对模型进行编码并生成初始解；寻找初始解的邻域解集；寻找历史最优解作为当前解；将当前解的每个片段进行重新排序后存储在二叉树中；对二叉树中的当前解进行重复解剔除；对剔除重复解后的当前解进行解码并输出。本方法采用换电池方式，考虑电池的充电时间，通过服务客户行程需求，减少运营商购买车辆及电池的成本费用，提高客户满意度，在现有的研究基础上提高了服务质量与效率，具有可行性与创造性。

A Site Location Method for Shared Electric Vehicles Considering Charging Time

The invention provides a site selection method of a shared electric vehicle considering charging time, which relates to the technical field of site selection. The method includes: using directed graph to represent street network in operation area; setting parameters, basic information and requirements for modeling; setting decision variables and establishing a mathematical model for site selection of shared electric vehicle considering charging time; coding the model and generating initial solution; searching neighborhood solution set of initial solution; searching historical optimal solution as current solution; and setting current solution as current solution. Each fragment is reordered and stored in the binary tree; the current solution in the binary tree is repeatedly removed; and the current solution after removing the repeated solution is decoded and output. This method uses battery change mode, considers the charging time of batteries, reduces the cost of vehicle and battery purchased by operators by serving customers'travel needs, improves customer satisfaction, and improves service quality and efficiency on the basis of existing research, which is feasible and creative.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑充电时间的共享电动汽车的站点选址方法
本专利技术涉及站点选址
，具体涉及一种考虑充电时间的共享电动汽车的站点选址方法。
技术介绍
近年来，由于机动车数量的增多导致了严重的空气污染问题，为了减少环境污染电动汽车应运而生，电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于共享经济的到来，共享汽车走进了人们的生活，共享汽车，是指许多人合用一辆车，即开车人对车辆只有使用权，而没有所有权。共享电动汽车作为一种结合电动汽车和共享系统的新型的交通方式，与传统出行方式相比，具有降低汽车拥有量、减少停车位需求、促进公交使用和降低环境污染的优点。在共享汽车系统的运行中，站点的选址、车辆的购买和电池的配置是非常重要的。由于客户的行程需求具有较大的流动性，而且会根据时间、地点、季节的不同而不同，所以共享汽车站点的选址等问题非常复杂。现有技术关于站点选址问题的现有研究中，多集中在充电站选址问题方面，并且多与站点运行方面相结合。对于客户来说，充电站内即使采用快充方式，等待时间也较长，同时又加速电池老化；对于充电站运营商来说，在预期客户需求相同时，为了服务更多的客户需求，充电站购买车辆的费用较高。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种考虑充电时间的共享电动汽车的站点选址方法，对共享电动汽车采用换电池的运行模式，减少了站点初期配置车辆与电池的成本费用，同时延长了电池的使用寿命，减少了客户等待时间，增加了客户的满意度。为了实现上述目的，一种考虑充电时间的共享电动汽车的站点选址方法，具体步骤如下：步骤1：用有向图表示运行区域的街道网络设置所有的潜在站点为其中，为节点集，r表示源点集，s表示汇点集，it表示每个站i∈S考虑每个时间点t∈{0，1，...，Tmax}的节点集，A＝AW∪AT∪AI∪AC为弧集，AW表示等待弧，AT表示行驶弧，AI表示初始分配弧，AC表示最终收集弧；步骤2：设置每个站点i∈S的建设成本为Fi≥0、每个站点i的运行成本为每个站点i容纳的车辆数为Ci∈N、每辆车的购买成本为Fcar≥0、每辆车的运行成本为φ≥0、每个站点i购买的电池数为Bi、每个电池的购买成本为Fbattery≥0、每块电池的运行成本为θ≥0、所有站点购买的总电池数为B、建设站点和购买车辆与配置电池的总预算为W≥0、共享汽车系统的总车辆数为H∈N；步骤3：设置考虑充电时间的共享电动汽车的站点选址所需要的基本信息；所述基本信息包括：(1)客户需求为一组行程K，每个行程k∈K都包含起点站终点站开始时间sk∈T、结束时间ek∈T、运营商获得的利润pk＞0，其中，sk＜ek，T＝{0，1，...，Tmax}是计划阶段中离散时间点的集合，同时共享汽车系统会选择是否接受行程；(2)购买一定数量的车辆，并分配到相应建立的站点内；(3)每个建设的站点，分别购买一定数量的电池；(4)每条被接受的行程，都会被分配到一辆已被购买的车；(5)每个车被换的电池为满电电池，且电量一定能满足该车服务的行程；(6)已建设的站点内，对于同时停放在该站点的车辆数量有限制；(7)在建设的站点内，在计划期内，每个站内需要换电池的总车辆数不超过该站拥有的电池数量；(8)在计划期开始时，被分配到各个站的车辆都是带有空电的电池；(9)换下来的电池，由换电站对其立即充电，并在ΔT时间内充满；(10)换电池时间忽略不计；(11)运营商拥有同种类型电动汽车，便于规划和维修；(12)换电站规模较大，每个站点安排固定数量的服务人员进行电池集中充电管理；(13)决策者不考虑服务人员的活动，如车辆的调度。步骤4：选择一组站点建立，购买数量为H′＜H的车辆和每个建设的站点购买数量为Bi的电池，使得从所有已接受的行程K′中获得最大的利润，令K′h＝(K1，K2，K3，...，Kl)表示每个购买的车h服务的行程按照时间顺序的序列，并设置考虑充电时间的共享电动汽车的站点选址需满足的基本要求；所述基本要求包括：(1)每个行程k∈K只有被分配到一辆已经被购买的车h才能被接受，其中，1≤h≤H′；(2)两个连续行程，前一个行程的终点是后一个行程的起点；(3)所有使用的站都是已经建设的；(4)每个解决方案必须满足站的位置容量限制，即在计划阶段内同时停放在站i∈S′的车辆数不超过可以容纳的车辆数的最大容量Ci；(5)每个解决方案必须满足站的电池容量限制，即在计划阶段内在站i∈S′的换电池总车辆数不超过站内的电池数Bi。步骤5：设置决策变量yi、zh、xk、和并建立考虑充电时间的共享电动汽车站点选址问题的数学模型；所述决策变量yi、zh、xk、和的设置公式如下：所述考虑充电时间的共享电动汽车站点选址问题的数学模型描述公式如下：目标函数：约束条件：其中，∑k∈Kpkxk表示服务所有接受的行程的利益，表示所有被建设的换电站的运行费用，∑h∈Hφzh表示所有购买的电动汽车的运行费用，∑i∈SθBi表示所有购买的电池的运行费用，∑i∈SFiyi表示所有站点的建设成本，∑h∈HFcarzh表示所有电动汽车的购买成本，∑i∈SFbatteryBi表示所有电池的购买成本，M表示一个给定的足够大的正数，δ+(u)＝{(u，v)∈A}表示节点u∈V的输出弧，δ-(u)＝{(v，u)∈A}表示节点u∈V的输入弧，点v∈V，表示车辆h服务的弧是A′，且步骤6：使用(H-1)个分隔符“0”将K个正整数表示的客户K个行程需求分成若干片段，对客户的K个行程需求进行编码，其中，每一个非空片段代表一辆电动汽车按顺序服务的客户行程；步骤7：生成考虑充电时间的共享电动汽车站点选址问题的数学模型的初始解；步骤7.1：初始化所有未被考虑的客户行程集合为Ω＝K、所有接受的行程为所有已经被建设的站点的集合为步骤7.2：将Ω中所有元素按照运营商可以获得的利益pk从大到小的顺序进行排列，令k1为Ω排序之后的第一个元素；步骤7.3：判断所有未被考虑的客户行程集合Ω是否为空集，若是，则结束，计算此时的总收益，若否，则继续步骤7.4；步骤7.4：判断行程k1的起点站是否属于所有已经被建设站点的集合Φ，若是，则继续步骤7.6，若否，则继续步骤7.5；步骤7.5：判断建设站点后是否超过预算，若是，则继续步骤7.14，若否，则令继续步骤7.6；步骤7.6：判断行程k1的终点站是否属于所有已经被建设站点的集合Φ，若是，则继续步骤7.8，若否，则继续步骤7.7；步骤7.7：判断建设站点后是否超过预算，若是，则继续步骤7.14，若否，则令继续步骤7.8；步骤7.8：判断起点站处是否有车辆服务完行程后到达该站点换下来电池且在该站点处充满电，若是，则继续步7.10，若否，则继续步骤7.9；步骤7.9：判断为起点站购买一块电池后是否超过预算，若是，则继续步骤7.14，若否，继续步骤7.10；步骤7.10：判断行程k1的起点站处是否有服务完其他行程的车辆在站点处，若是，则用该车辆服务行程k1，继续步骤7.12，若否，则继续步骤7.11；步骤7.11：判断为起点站购买一块电池后是否超过预算，若是，则继续步骤7.14，若否，继续步骤7.12；步骤7.12：判断行程k1的终点站处在车辆到达时站点处的总车辆数超过站点容量，若是，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑充电时间的共享电动汽车的站点选址方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：用有向图表示运行区域的街道网络

【技术特征摘要】
1.一种考虑充电时间的共享电动汽车的站点选址方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：用有向图表示运行区域的街道网络设置所有的潜在站点为其中，为节点集，r表示源点集，s表示汇点集，it表示每个站i∈S考虑每个时间点t∈{0，1，...，Tmax}的节点集，A＝AW∪AT∪AI∪AC为弧集，AW表示等待弧，AT表示行驶弧，AI表示初始分配弧，AC表示最终收集弧；步骤2：设置每个站点i∈S的建设成本为Fi≥0、每个站点i的运行成本为每个站点i容纳的车辆数为Ci∈N、每辆车的购买成本为Fcar≥0、每辆车的运行成本为φ≥0、每个站点i购买的电池数为Bi、每个电池的购买成本为Fbattery≥0、每块电池的运行成本为θ≥0、所有站点购买的总电池数为B、建设站点和购买车辆与配置电池的总预算为W≥0、共享汽车系统的总车辆数为H∈N；步骤3：设置考虑充电时间的共享电动汽车的站点选址所需要的基本信息；步骤4：选择一组站点建立，购买数量为H′＜H的车辆和每个建设的站点购买数量为Bi的电池，使得从所有已接受的行程K′中获得最大的利润，令K′h＝(K1，K2，K3，...，Kl)表示每个购买的车h服务的行程按照时间顺序的序列，并设置考虑充电时间的共享电动汽车的站点选址需满足的基本要求；步骤5：设置决策变量yi、zh、xk、和并建立考虑充电时间的共享电动汽车站点选址问题的数学模型；所述决策变量yi、zh、xk、和的设置公式如下：所述考虑充电时间的共享电动汽车站点选址问题的数学模型描述公式如下：目标函数：约束条件：其中，∑k∈Kpkxk表示服务所有接受的行程的利益，表示所有被建设的换电站的运行费用，∑h∈Hφzh表示所有购买的电动汽车的运行费用，∑i∈SθBi表示所有购买的电池的运行费用，∑i∈SFiyi表示所有站点的建设成本，∑h∈HFcarzh表示所有电动汽车的购买成本，∑i∈SFbatteryBi表示所有电池的购买成本，M表示一个给定的足够大的正数，δ+(u)＝{(u，v)∈A}表示节点u∈V的输出弧，δ-(u)＝{(v，u)∈A}表示节点u∈V的输入弧，点v∈V，表示车辆h服务的弧是A′，且步骤6：使用(H-1)个分隔符“0”将K个正整数表示的客户K个行程需求分成若干片段，对客户的K个行程需求进行编码，其中，每一个非空片段代表一辆电动汽车按顺序服务的客户行程；步骤7：生成考虑充电时间的共享电动汽车站点选址问题的数学模型的初始解；步骤8：判断初始解是否接受了全部的客户行程，若是，则对初始解进行删除和交换操作得到初始解的邻域解集，继续步骤9，若否，则对初始解进行删除、插入和交换操作得到初始解的邻域解集，继续步骤9；步骤9：针对邻域解集中各个解的目标值寻找领域最优解；步骤10：判断邻域最优解是否优于预设的历史最优解，若是，则邻域最优解替换预设的历史最优解为当前解，继续步骤11，若否，则预设历史最优解为当前解，继续步骤11；步骤11：将当前解中用分隔符分割的每一个片段按照顶点编号从小到大的顺序进行重新排序，并将重新排序后的当前解存储在二叉树中；步骤12：判断二叉树中是否有解重复出现，若是，则令重复解出现的次数nesc＝nesc+1，继续步骤13，若否，则令当前迭代次数niter＝niter+1，返回步骤9；步骤13：判断重复解出现的次数nesc是否大于重复解允许出现的最大次数nESC，若是，则连续执行iESC次寻找邻域解操作，并令重复解出现的次数nesc＝0，继续步骤14，若否，则令当前迭代次数niter＝niter+1，返回步骤9；步骤14：判断当前迭代次数是否大于最大迭代次数，若是，则继续步骤15，若否，则返回步骤9；步骤15：对当前解进行解码，输出已经被建设的站点的集合Ω。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞友，白雪，陈勇强，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21