一种考虑充电站内多公交线路换乘的公交发车时刻表优化方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑充电站内多公交线路换乘的公交发车时刻表优化方法，首先输入与电动公交充电换乘的各项参数、与成本相关的各项参数；其次，计算每辆车的充电需求量及各线路间的乘客换乘需求量，建立电动公交充电站选择约束及充电站内充电换乘约束；最后，以最小化公交车运营成本及最大化换乘乘客数为目标函数，以公交调度方案和各线路公交的发车时刻表为决策变量，建立充电站内多公交线路换乘的公交调度模型。本发明专利技术按照一定发车时间，通过合理地调度需要充电的公交，使得在充电站内能够同时满足公交充电需求和乘客换乘需求，能够增加公交充电对换乘乘客的吸引力，推动城市公交的电气化进程。交的电气化进程。交的电气化进程。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑充电站内多公交线路换乘的公交发车时刻表优化方法


[0001]本专利技术属于智能交通领域，涉及城市公交线路动态调度
，更具体地说，涉及一种考虑充电站内多公交线路换乘的公交发车时刻表优化方法。

技术介绍

[0002]电动公交由于其可实现污染物的零排放，已被世界各国所采用，电动公交完全普及已成为未来公共交通的发展趋势。而电动公交由于电池容量限制需要中途充电，为了给公交“续电”，目前在各线路附近部署了相关充电基础设施。此外，如何保障乘客高效换乘，尽可能减少乘客绕行距离，也是公交调度所要解决的重点问题。
[0003]因此，本专利技术提出一种考虑充电站内多公交线路换乘的公交发车时刻表优化方法，允许电动公交在中途站驶入充电站进行充电，在充电站内采用换电模式，可提高车辆对能源及充电桩的利用率，此外，本文为了同时满足公交充电和乘客换乘的需求，通过对发车时刻表进行优化，使得上述两个过程在充电站内同时进行，最大化满足二者需求。如何安排充电车辆的调度及各线路乘客的换乘，建立公交车的充电站选择约束及充电站内的公交车换乘模型，是本专利重点解决的问题。
[0004]经过现有技术的文献检索发现，大部分文献未同时考虑充电站内的车辆充电和乘客换乘问题，且发车时刻表的优化主要针对公交站点的乘客换乘场景，缺少对充电站内多线路公交换乘场景的发车时刻表优化研究。

技术实现思路

[0005]技术问题：针对现有研究的不足，本专利技术的目的是提供一种考虑充电站内多公交线路换乘的公交发车时刻表优化方法，根据电动公交的充电需求和乘客的换乘需求，通过合理地安排每个站点的充电调度及充电站内的换乘计划，以最大化满足公交充电需求和乘客换乘需求为目标，确定公交车的发车时刻表及充电调度方案。
[0006]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种考虑充电站内多公交线路换乘的公交发车时刻表优化方法，包括如下步骤：步骤1：输入与电动公交充电换乘相关的各项参数，包括公交车的初始电量、初始公交站点至该线路其余公交站点间的能量消耗值、各线路第一辆车的换乘乘客需求量、充电换乘站的位置、换乘时长限制、换乘乘客到达率、相邻公交站点间距、各公交站点与充电换乘站间的距离、电动公交平均行驶速度，输入与成本相关的各项参数，包括公交车单位距离运营成本、单位换乘乘客损失成本；步骤2：根据每辆车的初始电量、初始公交站点至该线路其余公交站点间的能量消耗值，计算车辆到达各公交站点的充电需求量，建立车辆充电的公交站点选择约束；步骤3：根据研究时段内各公交线路间的乘客总换乘需求、各线路换乘乘客量与发车间隔的函数关系，计算该线路每辆车与其余各线路的乘客换乘需求量，在步骤2的充电调
度基础上，计算车辆到达对应充电站的时间，通过公交换乘的时长范围约束，建立充电站内各公交线路间的乘客换乘模型；步骤4：以最小化公交车运营成本及最大化换乘乘客数为目标函数，以车辆调度方案和各线路公交发车时刻表为决策变量，建立充电站内多公交线路换乘的公交调度模型。
[0007]本专利技术中，步骤1包括如下步骤：输入与电动公交充电换乘相关的各项参数，包括：用N
i
表示线路i的电动公交集合、用K
i
表示线路i的站点集合、用P表示充电站集合、用表示公交车的初始电量，单位为kwh、电动公交电池容量Q，单位为kwh、最低充电阈值δ、线路i上初始公交站点至其余公交站点k间的能量消耗值单位为kwh、线路i与线路j间的换乘乘客到达率λ
ij
，单位为人/min、线路i上第一辆车需要换乘到线路j上的乘客需求D
i1,j
，单位换电时长t
b
，单位为min、线路i上初始公交站点至其余公交站点k间的距离单位为km、线路i上公交站点k与充电换乘站p间的距离单位为km、电动公交平均行驶速度v，单位为km/h，最大发车间隔h
max
，单位为min、最小发车间隔h
min
，单位为min，输入与成本相关的各项参数，公交车单位距离运营成本C1，单位为元/km/kwh、单位换乘乘客损失成本C2，单位为元/人；
[0008]本专利技术中，根据每辆车的初始电量、初始公交站点至该线路其余公交站点间的能量消耗值，计算车辆到达各公交站点的充电需求量，建立车辆充电的公交站点选择约束及充电站选择模型，包括如下步骤：建立车辆充电的公交站点及充电站选择约束，如公式(1)
‑
(2)所示：(2)所示：其中，为二元变量，表示线路i上车辆n选择在站点k驶往充电站p充电换乘，反之则不选择，公式(2)中，表示线路i起点至终点的能量消耗，单位为kwh；
[0009]本专利技术中，根据研究时段内各公交线路间的乘客总换乘需求、各线路换乘乘客量与发车间隔的函数关系，计算该线路每辆车与其余各线路的乘客换乘需求量，在充电调度基础上，计算车辆到达对应充电站的时间，通过公交换乘的时长范围约束，建立充电站内各公交线路间的乘客换乘模型，包括如下步骤：步骤31：根据车辆发车时间与车头时距的关系，计算各线路每辆车的发车时间，如公式(3)
‑
(5)所示：(5)所示：(5)所示：公式(3)中，表示线路i上车辆n的发车时间，单位为min，表示线路i上第一辆车的发车时间，单位为min，h
ik
表示线路i上车辆n
‑
1与车辆n之间的车头时距，单位为min，公式(4)表示线路i上第一辆车的发车时间范围，公式(5)表示线路i上最后一辆车的发车时间范围，T表示研究时段，单位为min；
步骤32：公交车发车时刻表要满足最大最小车头时距的约束，计算各线路上每辆车车头时距，并对车头时距进行约束，如公式(6)所示：步骤33：判断车辆是否充电，若车辆发生充电行为，则计算车辆到达充电站的时间，如公式(7)
‑
(12)所示：(12)所示：(12)所示：(12)所示：(12)所示：(12)所示：其中，为二元变量，用于实现if语句的线性化，M为一个非常大的正数，表示线路i上车辆n从站点k到达充电站p的时间，单位为min，公式(12)中，表示线路i上车辆n到达充电站p的时间，单位为min；步骤34：根据换乘乘客与车头时距和换乘乘客到达率的关系，计算线路i上车辆n需要换乘到线路j上的乘客需求，如公式(13)
‑
(14)所示：(14)所示：公式(13)中，d
in,j
表示线路i上车辆n需要换乘到线路j上的乘客需求，公式(14)中，d
i1,j
和D
i1
,
j
表示线路i上第一辆车需要换乘到线路j上的乘客需求，d
i1,j
为变量，D
i1,j
为参数；步骤35：根据每车辆到达充电站p的时间，判断在充电站p内，线路i上车辆n与线路j上车辆m是否换乘成功，如公式(15)
‑
(20)所示：(20)所示：(20)所示：(20)所示：(20)所示：(20)所示：
其中，为二元变量，表示线路i上车辆n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑充电站内多公交线路换乘的公交发车时刻表优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：输入与电动公交充电换乘相关的各项参数，包括公交车的初始电量、初始公交站点至该线路其余公交站点间的能量消耗值、各线路第一辆车的换乘乘客需求量、充电换乘站的位置、换乘时长限制、换乘乘客到达率、相邻公交站点间距、各公交站点与充电换乘站间的距离、电动公交平均行驶速度，输入与成本相关的各项参数，包括公交车单位距离运营成本、单位换乘乘客损失成本；步骤2：根据每辆车的初始电量、初始公交站点至该线路其余公交站点间的能量消耗值，计算车辆到达各公交站点的充电需求量，建立车辆充电的公交站点选择约束；步骤3：根据研究时段内各公交线路间的乘客总换乘需求、各线路换乘乘客量与发车间隔的函数关系，计算该线路每辆车与其余各线路的乘客换乘需求量，在步骤2的充电调度基础上，计算车辆到达对应充电站的时间，通过公交换乘的时长范围约束，建立充电站内各公交线路间的乘客换乘模型；步骤4：以最小化公交车运营成本及最大化换乘乘客数为目标函数，以车辆调度方案和各线路公交发车时刻表为决策变量，建立充电站内多公交线路换乘的公交调度模型。2.根据权利要求1所述一种考虑充电站内多公交线路换乘的公交发车时刻表优化方法，其特征在于，所述步骤1，包含如下步骤：输入与电动公交充电换乘相关的各项参数，包括：用N
i
表示线路i的电动公交集合、用K
i
表示线路i的站点集合、用P表示充电站集合、用表示公交车的初始电量，单位为kwh、电动公交电池容量Q，单位为kwh、最低充电阈值δ、线路i上初始公交站点至其余公交站点k间的能量消耗值单位为kwh、线路i与线路j间的换乘乘客到达率λ
ij
，单位为人/min、线路i上第一辆车需要换乘到线路j上的乘客需求D
i1,j
，单位换电时长t
b
，单位为min、线路i上初始公交站点至其余公交站点k间的距离单位为km、线路i上公交站点k与充电换乘站p间的距离单位为km、电动公交平均行驶速度v，单位为km/h，最大发车间隔h
max
，单位为min、最小发车间隔h
min
，单位为min，输入与成本相关的各项参数，公交车单位距离运营成本C1，单位为元/km/kwh、单位换乘乘客损失成本C2，单位为元/人；所述步骤2，包含如下步骤：根据每辆车的初始电量、初始公交站点至该线路其余公交站点间的能量消耗值，计算车辆到达各公交站点的充电需求量，建立车辆充电的公交站点及充电站选择约束；车辆到达各公交站点的充电需求量，建立车辆充电的公交站点及充电站选择约束；其中，为二元变量，表示线路i上车辆n选择在站点k驶往充电站p充电换乘，反之则不选择，公式(2)中，表示线路i起点至终点的能量消耗，单位为kwh；所述步骤3，包含如下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟，曾冰，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：