一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法技术

本发明专利技术提供了一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法，步骤如下：A：根据浮动车GPS轨迹信息获取路网中路段的运行状态；B：根据浮动车GPS轨迹信息提取出行者充电需求点；C：计算充电站备选地点在一定时间内的可达圈；D：计算获取覆盖需求点的充电站配置方案。本发明专利技术利用路网实际运行数据，构建出一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法，该方法可使决策者直观地分析所建设充电站的覆盖区域，从而选择合理的选址组合；挖掘出路况较好、可达圈相对较大的选址地点，从而在提高充电站服务水平的同时，减少或避免由于充电站选址不善带来的交通拥堵等负面影响；具有有效性、系统性、应用广等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法
本专利技术提出了一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法，它涉及一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法，属于运筹学及可靠性

技术介绍
近年来，我国居民生活水平不断提升，城市居民的私家车拥有量逐渐上升，对于环境问题的重视程度也逐渐加强。在城市环境污染中，空气污染对居民的危害尤为显著。人长期吸入大量化石燃料的燃烧产生的二氧化硫、一氧化碳等有害气体，以及不充分燃烧产生的粉尘和可吸入颗粒物会导致慢性支气管炎、支气管哮喘以及肺癌等疾病。随着城市机动车保有量的上升，汽车尾气逐渐成为影响城市空气质量的重要因素。因此，电动汽车一经出现便受到了政策的大力支持。目前电动汽车的技术瓶颈主要是车载蓄电池的容量有限。现有的电动汽车续航里程有限，一次充电的耗时较长，电动汽车的良好运行很大程度上依赖于及时的充电。因此，合理地进行充电站的规划配置有助于提高电动汽车使用者的使用体验，对于电动汽车的推广至关重要。现有的电动汽车充电站选址方法主要分为三种，服务覆盖最大模型和成本最小模型和两者相结合的模型。服务覆盖最大模型通常假设充电站的服务半径固定，使用不同的需求评估方式，如停车位数量、汽油销售量等估算不同区域的潜在充电需求，并使充电站配置所覆盖的需求总量最大的区域。成本最小模型是指以最小化所有驾驶者总绕路距离、预算等为目的的充电站配置模型。现有的电动汽车充电站选址方法多数主要考虑的是需求点与充电站配置地点的地理距离，以最小化整体的绕路距离作为目标函数或是将固定的地理距离作为充电站的服务半径，这样的做法存在以下问题：1.城市中的不同区域和不同路段的道路行驶状况不同，同样的行驶距离所需时间的差异较大，因此绕路距离不能够直接体现用户到达充电站的不便程度以及在此过程中消耗的电量。2.整体的绕路距离的最小化不能够保证所有的用户(需求点)均在充电站的合理服务范围之内，而在电动汽车电量即将耗尽等紧急情况下，如果不能在电量耗竭前抵达充电站，会造成更大的不便。3.最小化整体绕路距离的方式其本质是使充电站配置地点尽量离交通需求大的地点更近，而交通需求较大的地点往往本身路况较差，容易拥堵。在此类地点设置充电站会使得更多出行者涌向此地，进而加剧了交通拥堵，不利于城市整体的良好交通运行。本专利技术针对以上问题提出了一种有效的解决方案。本专利技术基于浮动车轨迹数据，获取路段的运行速度及城市内驾驶者的充电需求点，在此基础上，将备选地点的地理位置与路段地点相匹配，计算每一个备选地点在规定时间内的到达圈，进一步根据所获得的到达圈形成备选点与需求点之间的覆盖关系矩阵，从而计算获得覆盖需求点的充电站配置方案。本专利技术采用的基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法，解决了现有的电动汽车充电站选址方法中未考虑实际路况、忽略充电站布局对总体交通状态的影响等局限性。
技术实现思路
(一)专利技术目的针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法。本专利技术基于实际车辆全球定位系统(GPS)数据记录计算路段通行时间，在此基础上，计算充电站候选地点的一定时间区间内的可达圈半径，进一步获取充电站备选点与需求点之间的覆盖关系矩阵，从而计算覆盖需求点的充电站配置方案。该方法既考虑到充电站布局对城市路况的影响同时保证了驾驶者的电动汽车充电需求能够在一定绕路时间内被满足。本专利技术对浮动车的轨迹信息进行分析，根据车辆经过路段的所需的平均时间获得每个备选地点的实际服务区域面积，能够直观地分析所建设充电站的覆盖区域，从而选择合理的选址组合；挖掘出路况较好、可达圈相对较大的选址地点，从而在提高充电站服务水平的同时，减少或避免由于充电站选址不善带来的交通拥堵等负面影响。(二)技术方案为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法。本专利技术所述的“一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法”，其步骤如下：步骤A：根据浮动车GPS轨迹信息获取路网中路段的运行状态；步骤B：根据浮动车GPS轨迹信息提取出行者充电需求点；步骤C：计算充电站备选地点在一预定时间内的可达圈；步骤D：计算获取覆盖需求点的充电站配置方案；其中，步骤A中所述的“根据浮动车GPS轨迹信息获取路网中路段的运行状态”，其具体含义为：根据所收集的GPS轨迹进行数据清洗和路段匹配；在此基础上，对每一路段的途径记录进行聚合，计算车辆进出路段的时间差，获得车辆通过此路段所需的平均时间；常见的GPS轨迹匹配方法主要有位置点匹配、轨迹相关方法、D-S证据理论方法、基于隐马尔科夫模型的方法等，这些技术已经为公知技术，在此不予赘述；这里以及行驶整个路段所需时间t作为路段运行状况参数为例进行说明，该步骤A的具体作法包含以下三个步骤：步骤A1：对浮动车GPS轨迹数据进行清洗；步骤A2：对浮动车GPS轨迹进行路段匹配；步骤A3：对每一路段的途经记录进行聚合，选取合适的时间区间，计算路段行驶平均时间t；其中，步骤A1所述的“对浮动车GPS轨迹数据进行清洗”，其具体作法如下：获取一定时间内浮动车的轨迹数据以及区域内的路网数据；对与路网数据有较大偏差及速度数据不合理的数据进行剔除；其中，步骤A2所述的“对浮动车GPS轨迹进行路段匹配”，以位置点匹配作为轨迹匹配方法为例进行说明，其具体作法如下：由步骤A1获取清洗后的一定时间内浮动车的轨迹数据以及区域内的路网数据；针对每条轨迹在多条候选路段中，选择具有最小惩罚函数的路段作为匹配路段；其中，步骤A3所述的“对每一路段的途经记录进行聚合”，其具体含义如下：给定某时段T，从步骤A1完成了路段匹配的浮动车轨迹中筛选在时段T内途径此路段的记录，剔除未完整行驶此路段的轨迹；其中，步骤A3所述的“计算路段行驶平均时间t”，其具体做法如下：对于步骤A2中筛选出的途经浮动车轨迹数据，对每一路段分别计算每一车辆记录轨迹进入和离开此路段的时间，获得时间差T，计算浮动车行驶此路段所需的平均时长t；式中，r表示完整行驶经过此路段的轨迹数量。其中，步骤B所述的“根据浮动车GPS轨迹信息提取出行者充电需求点”，其具体含义为：根据模型中对于充电需求点的定义对浮动车GPS轨迹信息进行清洗处理，获得需求点的经纬度信息并进行聚合；下面以旅行者的目的点作为出行者的充电需求点为例进行说明，其具体做法如下：从步骤A1完成了数据清洗的浮动车轨迹中筛选每条轨迹的结束点，对城市范围内按一定的大小划分网格，对处于相同网格内的计数点进行聚合并取网格中心点坐标作为网格坐标，统计每一个网格内j的总需求量hj。其中，步骤C所述的“可达圈”，是指：在指定时间区间中的能够在规定的时间内驾车抵达指定地点的区域，此区域的大小与该指定地点的地理位置和所指定时间区间内的路网路况相关；在步骤C中所述的“计算充电站备选地点在一预定时间内的可达圈”，其具体含义为：根据当地路网信息建立道路网络；将充电站备选地点与最近本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法”，其特征在于：其步骤如下：/n步骤A：根据浮动车GPS轨迹信息获取路网中路段的运行状态；/n步骤B：根据浮动车GPS轨迹信息提取出行者充电需求点；/n步骤C：计算充电站备选地点在一预定时间内的可达圈；/n步骤D：计算获取覆盖需求点的充电站配置方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法”，其特征在于：其步骤如下：
步骤A：根据浮动车GPS轨迹信息获取路网中路段的运行状态；
步骤B：根据浮动车GPS轨迹信息提取出行者充电需求点；
步骤C：计算充电站备选地点在一预定时间内的可达圈；
步骤D：计算获取覆盖需求点的充电站配置方案。


2.根据权利要求1所述的一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法”，其特征在于：
在步骤A中所述的“根据浮动车GPS轨迹信息获取路网中路段的运行状态”，其具体含义为：根据所收集的GPS轨迹进行数据清洗和路段匹配；在此基础上，对每一路段的途径记录进行聚合，计算车辆进出路段的时间差，获得车辆通过此路段所需的平均时间；常见的GPS轨迹匹配方法主要有位置点匹配、轨迹相关方法、D-S证据理论方法和基于隐马尔科夫模型的方法；这里以及行驶整个路段所需时间t作为路段运行状况参数为例进行说明，该步骤A的具体作法包含以下三个步骤：
步骤A1：对浮动车GPS轨迹数据进行清洗；
步骤A2：对浮动车GPS轨迹进行路段匹配；
步骤A3：对每一路段的途经记录进行聚合，选取预定的时间区间，计算路段行驶平均时间t；
其中，步骤A1所述的“对浮动车GPS轨迹数据进行清洗”，其具体作法如下：获取一预定时间内浮动车的轨迹数据以及区域内的路网数据；对与路网数据有大偏差及速度数据不合理的数据进行剔除；
其中，步骤A2所述的“对浮动车GPS轨迹进行路段匹配”，以位置点匹配作为轨迹匹配方法为例进行说明，其具体作法如下：由步骤A1获取清洗后的一预定时间内浮动车的轨迹数据以及区域内的路网数据；针对每条轨迹在多条候选路段中，选择具有最小惩罚函数的路段作为匹配路段；
其中，步骤A3所述的“对每一路段的途经记录进行聚合”，其具体含义如下：给定一时段T，从步骤A1完成了路段匹配的浮动车轨迹中筛选在时段T内途径此路段的记录，剔除未完整行驶此路段的轨迹；
其中，步骤A3所述的“计算路段行驶平均时间t”，其具体做法如下：对于步骤A2中筛选出的途经浮动车轨迹数据，对每一路段分别计算每一车辆记录轨迹进入和离开此路段的时间，获得时间差T，计算浮动车行驶此路段所需的平均时长t；



式中，r表示完整行驶经过此路段的轨迹数量。


3.根据权利要求1所述的一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法”，其特征在于：
在步骤B中所述的“根据浮动车GPS轨迹信息提取出行者充电需求点”，其具体含义为：根据模型中对于充电需求点的定义对浮动车GPS轨迹信息进行清洗处理，获得需求点的经纬度信息并进行聚合；下面以旅行者的目的点作为出行者的充电需求点为例进行说明，其具体做法如下：从步骤A1完成了数据清洗的浮动车轨迹中筛选每条轨迹的结束点，对城市范围内按一预定的大小划分网格，对处于相同网格内的计数点进行聚合并取网格中心点坐标作为网格坐标，统计每一个网格内j的总需求量hj。


4.根据权利要求1所述的一种基于时间可靠性的电动汽车充电站选址方法”，其特征在于：
在步骤C中所述的“可达圈”，是指：在指定时间区间中的能够在规定的时间内驾车抵达指定地点的区域，此区域的大小与该指定地点的地理位置和所指定时间区间内的路网路况相关；在步骤C中所述的“计算充电站备选地点在一预定时间内的可达圈”，其具体含义为：根据当地路网信息建立道路网络；将充电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大庆，郑之帼，陈云丰，李跃红，邓宏旭，朱德宝，伍鹏，
申请(专利权)人：云南省设计院集团有限公司，北京航空航天大学云南创新研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53