基于时空索引的充电桩维修调度方法技术

本发明专利技术属于计算机应用技术领域，提供了一种基于时空索引的充电桩维修调度方法。该方法通过建立时空索引完成快速的维修人员搜索，再根据各充电桩维修的时间紧迫度和维修难度，权衡绕行路程和快速响应之间的代价，以最优策略完成维修人员调度。并针对维修人员行驶最短路程的计算负载较大，采用了惰性的最短路径计算方法，该方法充分利用已知地理信息，简单高效，且速度较常规算法有很大提高。在整个调度过程中通过建立时空索引完成快速的维修员搜索，再根据各充电桩维修的时间紧迫度和维修难度，权衡绕行路程和快速响应之间的代价，以最优策略完成维修员调度。并针对维修员行驶最短路程的计算负载较大，采用惰性的最短路径计算方法，减少冗余计算。

【技术实现步骤摘要】
基于时空索引的充电桩维修调度方法
本专利技术属于计算机应用
，涉及一种基于时空索引的充电桩维修调度方法。
技术介绍
随着绿色交通的兴起，充电汽车的市场需求量逐渐增大，随之而来的就是对充电桩的需求增多。对于充电桩运营商而言，充电桩维修的及时程度，直接影响着充电桩的使用率和企业服务形象。然而充电桩维修的人员协调难度大，人员调度成本高是一个非常重要的问题。得益于当前移动互联网信息技术的发展，智能手机GPS定位可以很方便的定位特定位置。在当前充电桩企业运营中，维修员通过手机端的充电桩管理APP以一定频率更新实时自身状态信息到调度中心，用户可以根据使用情况再APP上实时反馈，若有充电桩故障需要维修，则向调度中心发送维修请求，同时充电桩也会向服务器上传状态码，报告桩的当前情况是否正常。然而充电桩故障频发、故障地点分散且现有的维修调度方法没有考虑到维修员当前位置状态和工作状态，也为充电桩运营企业带来了较大的经营成本。充电桩也需要维修员进行日常维护，如充电枪日常维护、桩体检查、充电功能检测、充电桩通讯故障检测等。那么如何高效的调度维修员响应充电桩维修请求并进行当日的日常维护任务对于充电桩运营企业来说至关重要。
技术实现思路
针对充电桩企业面临的维修调度难成本高的现状，本专利技术提供了一种基于时空索引的充电桩维修调度方法，该方法充分利用已知地理信息，简单高效，且速度较常规算法有很大提高。在整个调度过程中通过建立时空索引完成快速的维修员搜索，再根据各充电桩维修的时间紧迫度和维修难度，权衡绕行路程和快速响应之间的代价，以最优策略完成维修员调度。并针对维修员行驶最短路程的计算负载较大，采用惰性的最短路径计算方法，减少了冗余计算。本专利技术的技术方案：一种基于时空索引的充电桩维修调度方法，步骤如下：定义1维修请求Q＝(tq,Q.lat,Q.lon,Qf,Wu)，对于每一个故障维修请求Qx，其中tx.q是请求时间，Qx.lat和Qx.lon为故障充电桩的经纬度，Qx.f为每一个故障维修所用的最小完成时间，Wx.u为维修任务的时间紧迫度，即时间窗约束；定义2调度计划s＝(v1,v2，…,vn)是一个由维修调度算法确定顺序的n个维修任务构成的时间顺序的临时列表，vk为故障充电桩的地理位置；定义3维修员P＝(id，P.lat，P.lon,occ,ot,P.s)包含一个维修员的当前状态信息，其中id为维修员工号，P.lat和P.lon为维修员当前的位置信息，occ表示维修员是否在工作，ot表示维修员是否还能按照维修调度计划开展工作或完成工作，P.s表示维修员的当前维修调度计划；(一)根据充电桩地理位置信息建立时空索引1.1将充电桩相应城市的地图数据进行网格划分，网格的大小尽量和该城市街区大小相近；如果网格中包含有充电桩，则选用充电桩的地理位置作为网格的锚点，如果不包含充电桩，则选用网格中心点作为网格的锚点；1.2根据历史维修员的工作数据，得到一部分锚点间的行驶时间和行驶路段，估算行驶速度；另一部分没有历史维修数据的锚点之间，选用总体平均行驶速度；1.3计算各个网格锚点间的最短行驶距离，建立距离矩阵D；并根据1.2中的结果估算行驶时间，建立时间矩阵H，用以支持惰性最短路径计算；1.4为每一个网格Gi建立时间索引列表、空间索引列表以及网格Gi对应的维修员索引表，用于维修员搜索；1.4.1时间索引列表为从各个网格到网格Gi所需行驶时间的升序排序；1.4.2空间索引列表为从各个网格到网格Gi所需行驶距离的升序排序；1.4.3网格内维修员和在特定时间段即将驶入网格Gi的维修员列表，该列表是动态变化的，每个维修员驶出网格Gi时将被移除，每个维修员驶入网格Gi时将被插入，网格中维修员的时间戳也会在收到更新的GPS信号之后更新；每个维修员的ID都有时间戳标记；(二)采用基于行驶时间斐波那契查找筛选可服务的维修员候选集首先设定一个维修员候选集，ttmp表示当前时间，tij表示两个网格锚点间行驶所需要的行驶时间，用t(A,B)表示AB两地间需要的行驶时间，d(A,B)表示AB两地间需要的行驶距离；2.1当一个维修请求位于网格Gi时，根据时间索引列表中的顺序检验网格中的维修员是否可以满足充电桩维修的时间窗约束，再应用网格Gi对应的维修员索引表查找当前时间位于网格Gi的满足时间窗约束且不在维修状态的维修员，如果满足，则按照时间顺序将满足充电桩维修紧迫性的维修员插入到候选集中；2.2若维修员候选集的大小大于给定的上界，则候选集范围过大，部分维修员的时间窗约束过于紧张，会导致在之后很多维修员插入失效，增加整体的计算负担；上界的大小可以根据实际运营过程中维修人员的总数和维修调度系统的计算性能来决定；采用最接近维修员候选集长度的斐波那契数值来确定查找的拆分点；在斐波那契数列找一个等于或接近于等于维修员候选集长度的数F[n]，将原候选集长度扩展为长度为F[n](如果需要补充元素，则补充重复最后一个维修员元素，直到满足F[n]个元素)，完成后进行斐波那契分割，取分割的前半部分F[n-1]个元素建立新的维修员候选集；(三)应用惰性的最短路径计算策略将维修请求Q插入到维修员P的调度状态中3.1判断维修员候选集中的维修员P在其调度计划当前是否有后继任务，若没有后继任务，则将维修任务Qx添加到维修员P的调度状态中；若有后继任务Qy，则按照时空索引列表中的顺序检验位于网格Gj的维修员是否满足ttmp+t(P.loc,i)+Qx.f≤Wy.u的限制；3.1.1由于计算位于网格Gj的维修员距离其所在网格锚点j的最短距离的计算开销明显小于直接计算位于网格Gj的维修员距离其目标维修充电桩i的最短距离，应用惰性的最短路径计算策略尽可能多的利用缓存数据并尽可能少的减少计算开销，通过三角不等式计算维修员与待维修充电桩的行驶时间下界，即t(P.loc,i)≥tij-t(P.loc,j)；通过下限约束，更快地进行插入的可行性检验；3.1.2只有当下界不违反时间约束时，算法才需要继续计算维修员当前点和待维修充电桩之间的最短时间路径并完成3.2步骤的限制判断；3.2判断响应维修请求Q产生的绕行距离是否满足α限制；为保证最小经营维修成本和最大经营服务质量，以最大商业利益响应维护需求，限定原计划路程(直接响应Qy维修请求)占为响应请求Qx所产生行驶距离的比率大于某一特定比率，若满足限制则将维修请求Q插入到该维修员的维修状态中；3.3若没有找到符合条件的维修员，用步骤(二)中未优化的维修员候选项集中剩余人员按3.1和3.2步骤进行插入可行性检查。如果没有找到合适的维修员，则将任务分派给空闲的候补维修员。本专利技术的有益效果为：通过该方法充分利用维修员的地理位置信息和历史维修调度记录，为系统中的每一个维修员建立时空索引以完成快速的区域维修员搜索，减少了搜索过程中的计算负载，且采用惰性的最短路径计算方法，充分的利用历史维修数据和离线路径计算结果，减少了重复计算。通过三角不等式计算维修员与待维修充电桩的行驶时间下界，简化了行驶时间计算。该方法充分解决了充电桩故障频发维修请求量大、故障地点分散且现有的维修调度方法没有考虑到维修员当前位置状态和工作状态的问题，且就计算负载量，维修绕路距离比例，服务响应时间方面做出了优化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时空索引的充电桩维修调度方法，其特征在于，步骤如下：定义1维修请求Q＝(tq,Q.lat,Q.lon,Qf,Wu)，对于每一个故障维修请求Qx，其中tx.q是请求时间，Qx.lat和Qx.lon为故障充电桩的经纬度，Qx.f为每一个故障维修所用的最小完成时间，Wx.u为维修任务的时间紧迫度，即时间窗约束；定义2调度计划s＝(v1,v2，…,vn)是一个由维修调度算法确定顺序的n个维修任务构成的时间顺序的临时列表，vk为故障充电桩的地理位置；定义3维修员P＝(id，P.lat，P.lon,occ,ot,P.s)包含一个维修员的当前状态信息，其中id为维修员工号，P.lat和P.lon为维修员当前的位置信息，occ表示维修员是否在工作，ot表示维修员是否还能按照维修调度计划开展工作或完成工作，P.s表示维修员的当前维修调度计划；(一)根据充电桩地理位置信息建立时空索引1.1将充电桩相应城市的地图数据进行网格划分，网格的大小尽量和该城市街区大小相近；如果网格中包含有充电桩，则选用充电桩的地理位置作为网格的锚点，如果不包含充电桩，则选用网格中心点作为网格的锚点；1.2根据历史维修员的工作数据，得到一部分锚点间的行驶时间和行驶路段，估算行驶速度；另一部分没有历史维修数据的锚点之间，选用总体平均行驶速度；1.3计算各个网格锚点间的最短行驶距离，建立距离矩阵D；并根据1.2中的结果估算行驶时间，建立时间矩阵H，用以支持惰性最短路径计算；1.4为每一个网格Gi建立时间索引列表、空间索引列表以及网格Gi对应的维修员索引表，用于维修员搜索；1.4.1时间索引列表为从各个网格到网格Gi所需行驶时间的升序排序；1.4.2空间索引列表为从各个网格到网格Gi所需行驶距离的升序排序；1.4.3网格内维修员和在特定时间段即将驶入网格Gi的维修员列表，该列表是动态变化的，每个维修员驶出网格Gi时将被移除，每个维修员驶入网格Gi时将被插入，网格中维修员的时间戳也会在收到更新的GPS信号之后更新；每个维修员的ID都有时间戳标记；(二)采用基于行驶时间斐波那契查找筛选可服务的维修员候选集首先设定一个维修员候选集，ttmp表示当前时间，tij表示两个网格锚点间行驶所需要的行驶时间，用t(A,B)表示AB两地间需要的行驶时间，d(A,B)表示AB两地间需要的行驶距离；2.1当一个维修请求位于网格Gi时，根据时间索引列表中的顺序检验网格中的维修员是否可以满足充电桩维修的时间窗约束，再应用网格Gi对应的维修员索引表查找当前时间位于网格Gi的满足时间窗约束且不在维修状态的维修员，如果满足，则按照时间顺序将满足充电桩维修紧迫性的维修员插入到候选集中；2.2若维修员候选集的大小大于给定的上界，则候选集范围过大，部分维修员的时间窗约束过于紧张，导致在之后很多维修员插入失效，增加整体的计算负担；上界的大小根据实际运营过程中维修人员的总数和维修调度系统的计算性能来决定；采用最接近维修员候选集长度的斐波那契数值来确定查找的拆分点；在斐波那契数列找一个等于或接近于等于维修员候选集长度的数F[n]，将原候选集长度扩展为长度为F[n]，如果需要补充元素，则补充重复最后一个维修员元素，直到满足F[n]个元素，完成后进行斐波那契分割，取分割的前半部分F[n‑1]个元素建立新的维修员候选集；(三)应用惰性的最短路径计算策略将维修请求Q插入到维修员P的调度状态中3.1判断维修员候选集中的维修员P在其调度计划当前是否有后继任务，若没有后继任务，则将维修任务Qx添加到维修员P的调度状态中；若有后继任务Qy，则按照时空索引列表中的顺序检验位于网格Gj的维修员是否满足ttmp+t(P.loc,i)+Qx.f≤Wy.u的限制；3.1.1由于计算位于网格Gj的维修员距离其所在网格锚点j的最短距离的计算开销明显小于直接计算位于网格Gj的维修员距离其目标维修充电桩i的最短距离，应用惰性的最短路径计算策略尽可能多的利用缓存数据并尽可能少的减少计算开销，通过三角不等式计算维修员与待维修充电桩的行驶时间下界，即t(P.loc,i)≥tij‑t(P.loc,j)；通过下限约束，更快地进行插入的可行性检验；3.1.2只有当下界不违反时间约束时，算法才需要继续计算维修员当前点和待维修充电桩之间的最短时间路径并完成3.2步骤的限制判断；3.2判断响应维修请求Q产生的绕行距离是否满足α限制；为保证最小经营维修成本和最大经营服务质量，以最大商业利益响应维护需求，限定原计划路程(直接响应Qy维修请求)占为响应请求Qx所产生行驶距离的比率...

【技术特征摘要】
1.一种基于时空索引的充电桩维修调度方法，其特征在于，步骤如下：定义1维修请求Q＝(tq,Q.lat,Q.lon,Qf,Wu)，对于每一个故障维修请求Qx，其中tx.q是请求时间，Qx.lat和Qx.lon为故障充电桩的经纬度，Qx.f为每一个故障维修所用的最小完成时间，Wx.u为维修任务的时间紧迫度，即时间窗约束；定义2调度计划s＝(v1,v2，…,vn)是一个由维修调度算法确定顺序的n个维修任务构成的时间顺序的临时列表，vk为故障充电桩的地理位置；定义3维修员P＝(id，P.lat，P.lon,occ,ot,P.s)包含一个维修员的当前状态信息，其中id为维修员工号，P.lat和P.lon为维修员当前的位置信息，occ表示维修员是否在工作，ot表示维修员是否还能按照维修调度计划开展工作或完成工作，P.s表示维修员的当前维修调度计划；(一)根据充电桩地理位置信息建立时空索引1.1将充电桩相应城市的地图数据进行网格划分，网格的大小尽量和该城市街区大小相近；如果网格中包含有充电桩，则选用充电桩的地理位置作为网格的锚点，如果不包含充电桩，则选用网格中心点作为网格的锚点；1.2根据历史维修员的工作数据，得到一部分锚点间的行驶时间和行驶路段，估算行驶速度；另一部分没有历史维修数据的锚点之间，选用总体平均行驶速度；1.3计算各个网格锚点间的最短行驶距离，建立距离矩阵D；并根据1.2中的结果估算行驶时间，建立时间矩阵H，用以支持惰性最短路径计算；1.4为每一个网格Gi建立时间索引列表、空间索引列表以及网格Gi对应的维修员索引表，用于维修员搜索；1.4.1时间索引列表为从各个网格到网格Gi所需行驶时间的升序排序；1.4.2空间索引列表为从各个网格到网格Gi所需行驶距离的升序排序；1.4.3网格内维修员和在特定时间段即将驶入网格Gi的维修员列表，该列表是动态变化的，每个维修员驶出网格Gi时将被移除，每个维修员驶入网格Gi时将被插入，网格中维修员的时间戳也会在收到更新的GPS信号之后更新；每个维修员的ID都有时间戳标记；(二)采用基于行驶时间斐波那契查找筛选可服务的维修员候选集首先设定一个维修员候选集，ttmp表示当前时间，tij表示两个网格锚点间行驶所需要的行驶时间，用t(A,B)表示AB两地间需要的行驶时间，d(A,B)表示AB两地间需要的行驶距离；2.1当一个维修请求位于网格Gi时，根据时间索引列表中的顺...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇新，徐彤坤，申彦明，武彬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21