基于物联网的电动汽车充电调度方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物联网的电动汽车充电调度方法及系统，调度系统包括感知层、网络层和应用层，其中：感知层包括用于获取电动汽车偏好数据信息的电动汽车感知组件和用于获取充电站偏好数据信息的充电站感知组件，网络层为物联网数据中心服务器，用于感知层和应用层之间的数据传输，应用层用于根据感知层采集的数据信息计算调度结果并将调度结果发送至网络层。本发明专利技术基于物联网的三层模型来构建整个系统，充分地利用了互联网的互联互通特性，所使用的Gale-Shapley算法产生的调度结果具有帕累托效率意义上的稳定性，以达到电动汽车与充电站的最佳匹配，高效有序地调度电动汽车，从而缩短电动汽车排队等待时间，合理利用充电站资源。

【技术实现步骤摘要】
基于物联网的电动汽车充电调度方法及系统
本专利技术涉及物联网应用领域，具体地指一种基于物联网的电动汽车充电调度方法及系统。
技术介绍
随着社会的发展，油气资源越来越紧张，环境污染问题也越来越突出，电动汽车日益受到人们的重视。充电站为电动汽车的运行提供能量补给，可同时为各种类型的电动汽车提供快速充电服务。考虑到在一定区域内充电站数量有限且电动汽车充电时间较长，电动汽车充电的调度就显得尤为重要。当前，物联网技术正在兴起，有着广泛的发展空间。物联网以其无处不在的互联互通特性，为电动汽车充电调度系统的构建提供载体，将电动汽车、充电站和道路通过各种感知设备和传输介质接入物联网，可确保信息的实时采集、调度算法的有效执行和调度结果的及时下发。电动汽车充电调度是一种资源调度问题，目前针对电动汽车充电调度问题，一般有两种解决方法，一是根据简单的先到先充原则进行调度，这种方案对电动汽车怎样选择最优充电站的问题，完全由车主随机选择，没有科学的调度方案。二是用遗传算法、蚁群算法等现代启发式算法来解决调度问题，这些算法的缺陷主要表现在两个方面，其一是算法的全局收敛性不能得到保证，即针对模型不一定总能产生稳定的匹配结果；其二是这些算法针对系统模型设定的目标函数在约束条件下虽然能产生一个或多个近似解，但这些近似解却很难使资源分配结果具有帕累托效率意义上的稳定性，即这些算法产生的匹配结果很难达到资源分配的最优状态。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前电动汽车充电的资源分配结果稳定性不足，难以达到资源分配的最优状态而提出了一种基于物联网的电动汽车充电调度方法及系统，本专利技术以物联网为基础，提供一种实现帕托最优的调度系统，以达到电动汽车与充电站的最佳匹配，高效有序地调度电动汽车，从而缩短电动汽车排队等待时间，合理利用充电站资源。为实现上述目的，本专利技术所设计的一种基于物联网的电动汽车充电调度方法，包括如下步骤：1)进入网络的每一辆电动汽车对网络内的所有充电站进行由高到低的偏好排序；2)网络内的每一个充电站对进入网络的所有电动汽车进行由高到低的偏好排序；3)使所述进行偏好排序后的每一辆电动汽车对偏好程度最高且尚未发出申请的充电站发出充电申请；4)所述进行偏好排序后的充电站选择是否拒绝电动汽车发来的充电申请，原则是：若该充电站还未接到任何电动车发来的充电申请，则不拒绝申请，此时该充电站和向其发出充电申请的电动车处于预约状态；若该充电站已经和前一辆车处于预约状态，则通过比较前一辆车和后一辆车在充电站偏好排序表上的先后顺序来决定是否接受预约；若后一辆车在该充电站的偏好排序表上的位置靠前，则拒绝前一辆车，与后一辆车处于预约状态，此时前一辆车恢复到自由状态；否则做相反的选择，则后一辆车处于自由状态；5)判断是否还有处于自由状态的电动车，若是，重复步骤3)和4)，若无，调度结束。优选地，所述电动汽车按照以下类别的顺序进行偏好排序：车的剩余电量、与各个充电站的路面距离、到达各个充电站要行驶的道路的车流量和交通状况和排队的电动车数量。优选地，所述充电站按照以下类别的顺序进行偏好排序：充电站的负载能力、排队的电动车数量、剩余的车位数、申请充电电动车的剩余电量、电动车的类型和电网的负载状况。一种用于上述基于物联网的电动汽车充电调度方法的系统，包括感知层、网络层和应用层，其中：所述感知层包括用于获取电动汽车偏好数据信息的电动汽车感知组件和用于获取充电站偏好数据信息的充电站感知组件，所述网络层为物联网数据中心服务器，用于所述感知层和应用层之间的数据传输，所述应用层用于根据所述感知层采集的数据信息计算调度结果并将调度结果发送至网络层。进一步地，所述感知层还包括路面感知组件，用于获取路面信息数据。应用层根据路面信息数据计算电动汽车的偏好排序将更有助于判断电动汽车到达充电站的时间，使调度更有效。更进一步地，所述电动汽车感知组件包括车状态检测模块、车载控制器、人机接口和车载物联网接口模块，所述车状态检测模块采集电动汽车偏好数据信息，并将其传送给车载控制器，所述车载控制器接收人机接口传来的申请充电指令，同时将车状态检测模块传来的电动汽车偏好数据信息发送给车载物联网接口模块；所述车载控制器还接收车载物联网接口模块发来的调度结果并在人机接口上显示，所述人机接口用于接收车主的申请充电指令和显示调度结果，所述车载物联网接口模块将车载控制器传来的数据发送到物联网数据中心服务器上，所述车载物联网接口模块还接收数据中心服务器发来的调度结果并传送给车载控制器。更进一步地，所述充电站感知组件包括充电站信息检测模块、充电站中央控制器、显示模块和充电站物联网接口模块，所述充电站信息检测模块采集充电站偏好数据信息并将其传送给充电站中央控制器，所述充电站中央控制器接收充电站信息检测模块传来的充电站偏好数据信息，并将其发送给充电站物联网接口模块，所述充电站中央控制器还接收充电站物联网接口模块发来的调度结果，并将调度结果传送给显示模块，所述显示模块接收并显示充电站中央控制器发来的调度结果，所述充电站物联网接口模块将充电站中央控制器传来的数据发送到物联网数据中心服务器上，所述充电站物联网接口模块还接收数据中心服务器发来的调度结果并传送给充电站中央控制器。更进一步地，所述应用层包括数据获取模块、偏好排序表建立模块、电动汽车充电调度计算模块、数据输出模块和人机界面，所述数据获取模块负责从物联网数据中心服务器上获取感知层传来的数据信息，并将其发送给偏好排序表建立模块，所述偏好排序表建立模块将数据获取模块发来的信息进行处理，分别建立每辆申请充电的电动汽车对各个充电站的偏好排序信息和各个充电站对每辆申请充电的电动汽车的偏好排序信息，所述电动汽车充电调度计算模块接收偏好排序表建立模块发来的偏好排序信息，计算出调度结果，将调度结果传送给数据输出模块，并在所述人机界面上显示，所述数据输出模块接收电动汽车充电调度计算模块发来的调度结果并下发到物联网数据中心服务器上，所述人机界面显示电动汽车充电调度计算模块传来的调度结果。更进一步地，所述路面感知组件包括路面状况检测模块、路面信息分析模块和路面物联网接口模块，所述路面状况检测模块采集路面的车流量和交通状况的图像，并将其传送给路面信息分析模块，所述路面信息分析模块接收路面状况检测模块发来的图像信息，进行处理后分析出当前路面的车流量和交通状况，将其发送给路面物联网接口模块，所述路面物联网接口模块负责将路面信息分析模块发来的信息传送到物联网数据中心服务器上。本专利技术所解决的问题是资源调度问题，资源调度问题是计算机领域、运筹学和经济学中的典型问题，针对如何评价资源调度结果是否达到最优状态的问题，经济学上常用帕累托效率作为评判标准。帕累托效率也叫帕托最优，是指一种资源分配的理想状态。资源分配从当前状态变到另一种状态后，在没有使任何人境况变坏的前提下使得至少一个人境况变好，称这种资源分配状态的改变称为帕累托改善。而具有帕累托效率的资源分配状态是一种不存在帕累托改善空间的状态。本专利技术的原理为依据Gale-Shapley算法实现电动汽车充电资源的最优分配。Gale和Shapley提出的Gale-Shapley算法解决了双向选择问题中稳定匹配的难题，这种算法是建立在匹配双方对对方具有偏好排本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于物联网的电动汽车充电调度方法，其特征在于：包括如下步骤：1)进入网络的每一辆电动汽车对网络内的所有充电站进行由高到低的偏好排序；2)网络内的每一个充电站对进入网络的所有电动汽车进行由高到低的偏好排序；3)使所述进行偏好排序后的每一辆电动汽车对偏好程度最高且尚未发出申请的充电站发出充电申请；4)所述进行偏好排序后的充电站选择是否拒绝电动汽车发来的充电申请，原则是：若该充电站还未接到任何电动车发来的充电申请，则不拒绝申请，此时该充电站和向其发出充电申请的电动车处于预约状态；若该充电站已经和前一辆车处于预约状态，则通过比较前一辆车和后一辆车在充电站偏好排序表上的先后顺序来决定是否接受预约；若后一辆车在该充电站的偏好排序表上的位置靠前，则拒绝前一辆车，与后一辆车处于预约状态，此时前一辆车恢复到自由状态；否则做相反的选择，则后一辆车处于自由状态；5)判断是否还有处于自由状态的电动车，若是，重复步骤3)和4)，若无，调度结束。

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的电动汽车充电调度方法，其特征在于：包括如下步骤：根据区域内各个充电站的负载能力将这一时刻申请充电的n辆电动汽车和m个充电站的匹配问题转化为n辆电动汽车对n个虚拟充电站的一一匹配问题，即第i个充电站Ri的负载能力为Li，根据该充电站的负载能力占所有充电站负载能力之和的比重将该充电站Ri变为个虚拟充电站，对于第1个充电站R1产生个虚拟充电站，对于第2个充电站R2产生个虚拟充电站···，对于第m个充电站Rm产生个虚拟充电站，虚拟充电站总数为n个虚拟充电站记为Mk(k＝1,2,…,n)；1)进入网络的每一辆电动汽车对网络内的所有虚拟充电站进行由高到低的偏好排序，第k辆申请充电的电动汽车Nk产生对所有虚拟充电站的偏好排序表；所述充电站按以下类别的顺序进行偏好排序：充电站的负载能力、排队的电动汽车数量、剩余的车位数、申请充电电动汽车的剩余电量、电动汽车的类型和电网的负载状况；2)网络内的每一个虚拟充电站对进入网络的所有电动汽车进行由高到低的偏好排序，第k个虚拟充电站Mk产生对所有申请充电的电动汽车的偏好排序表；所述电动汽车按以下类别的顺序进行偏好排序：车的剩余电量、与各个充电站的路面距离、到达各个充电站要行驶的道路的车流量和交通状况和排队的电动汽车数量；3)使所述进行偏好排序后的每一辆电动汽车对偏好程度最高且尚未发出申请的虚拟充电站发出充电申请；4)所述进行偏好排序后的虚拟充电站选择是否拒绝电动汽车发来的充电申请，原则是：若该虚拟充电站还未接到任何电动汽车发来的充电申请，则不拒绝申请，此时该虚拟充电站和向其发出充电申请的电动汽车处于预约状态；若该虚拟充电站已经和前一辆车处于预约状态，则通过比较前一辆车和后一辆车在虚拟充电站偏好排序表上的先后顺序来决定是否接受预约；若后一辆车在该虚拟充电站的偏好排序表上的位置靠前，则拒绝前一辆车，与后一辆车处于预约状态，此时前一辆车恢复到自由状态；否则做相反的选择，则后一辆车处于自由状态；5)判断n辆电动汽车中是否有自由的，若是，则转第3)、4)步，否则当前的匹配状态是n辆电动汽车与n个虚拟充电站的稳定匹配状态；6)若Nk与Mk处于匹配状态，判断虚拟充电站Mk由哪一个充电站Ri产生，则将(Nk,Mk)改记为(Nk,Ri)，即将n辆电动汽车与n个虚拟充电站的稳定匹配状态转化为n辆电动汽车与m个充电站的稳定匹配状态，完成调度。2.根据权利要求1所述的基于物联网的电动汽车充电调度方法，其特征在于：所述步骤4)的具体步骤包括：41)每辆电动汽车Nk向偏好排序表中优先级最高且未发出过申请的虚拟充电站发出充电申请；42)虚拟充电站选择是否拒绝电动汽车发来的充电申请，原则是：若虚拟充电站Mk还未接到任何电动汽车发来的申请，则不拒绝当前的申请，此时虚拟充电站Mk和电动汽车Nk1处于一种中间状态——预约，记为(Nk1,Mk)；若虚拟充电站已经和另一辆车处于预约状态(Nk2,Mk)，则它会比较Nk2和Nk1在它的选择表上的先后顺序来决定是否接受预约；若更偏好Nk1，Mk则拒绝Nk2，与Nk1处于预约状态，此时Nk2处于自由状态；否则Mk拒绝Nk1，Nk1处于自由状态。3.一种用于权利要求1或者2所述的基于物联网的电动汽车充电调度方法的系统，其特征在于：包括感知层(1)、网络层(2)和应用层(3)，其中：所述感知层(1)包括用于获取电动汽车偏好数据信息的电动汽车感知组件(1-1)、用于获取充电站偏好数据信息的充电站感知组件(1-2)和用于获取路面信息数据的路面感知组件(1-3)，所述网络层(2)为物联网数据中心服务器(2-1)，用于所述感知层和应用层之间的数据传输，所述应用层(3)用于根据所述感知层(1)采集的数据信息计算调度结果并将调度结果发送至网络层(2)。4.根据权利要求3所述的基于物联网的电动汽车充电调度方...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏义鑫，姜文，唐正霜，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42