一種城市公交車工況構建方法與流程

2023-06-10 05:36:41

本發明屬於公交車在實際道路循環工況的構建領域，具體涉及一種城市公交車工況構建方法。
背景技術：
：車輛行駛工況是反映車輛在特定交通環境下行駛的過程，以速度-時間過程作為表現形式。在採集大量實測數據基礎上，構建實際道路循環工況是車輛優化測試和仿真的數據支撐，是評價車輛排放、油耗、控制策略和參數匹配等的重要依據，為汽車研究中共性核心技術。由於公交車運行路線固定的特殊性，決定了其與其他用途車輛在運行狀態有很大不同。目前國內外城市公交工況構建研究大多為單條線路工況構建或多條線路簡單組合構建，單條線路工況只適用特定線路測試研究，不具有通用性；多條線路簡單組合構建工況將多條線路工況拼接成城市公交工況，區域代表性差，不能真實反映城市或區域公交車實際運行狀態。因此需要基於站點信息和大數據構建城市代表工況。技術實現要素：本發明的目的在於克服上述不足，針對公交車行駛路線固定和站點分布不變的特點，基於大數據分析和站點分類，提供一種城市公交車工況構建方法，具有提高城市工況精度和新線路工況預測的優點。為了達到上述目的，本發明包括以下步驟：步驟一，選擇n條公交代表線路，進行車輛道路行駛採集數據；步驟二，資料庫建立，構建各類代表工況；步驟三，統計代表線路站點信息並分類，確定類閾值；步驟四，統計全部站點信息並分類，確定類權重因子；步驟五，道路循環工況構建。所述步驟一中，車輛道路行駛採集數據時，選擇線路頻數、覆蓋區域和線路方向作為代表工況的三個重要因素，通過gps設備獲得車輛道路行駛試驗的數據，試驗時間包含所有運營時間採集數據量與線路頻數成正比。所述步驟二中，建立資料庫通過線路強度和平均運營次數，以線路強度最小線路為基準，求每條線路相對基準的權重，按照權重取相應的數據量放入資料庫中，建立代表線路資料庫，對資料庫大數據進行數據處理，解析出擁堵、一般、通暢三類代表工況，並確定各類時間佔比。所述步驟三中，統計n條代表線路全部站點強度信息，依據各類工況時間佔比對站點分三類，確定站點類閾值。所述步驟四中，統計城市或區域全部站點強度信息，依據站點類閾值對站點分類，分三類：通暢站點、一般站點、擁堵站點，定義類權重因子為各類站點數之比，確定各類權重因子。所述步驟五中，從已構建的各類代表工況中按照各類權重因子提取若干片段構成城市公交工況，完成城市公交工況構建。與現有技術相比，本發明為基於公交實際運行數據試驗和站點信息統計，結合公交運營車次構建代表資料庫，運用主成分分析和聚類分析等數學統計方法構建各類代表工況。結合公交路線固定特性，將公交路線、站點信息和實際運行狀態有機結合聯繫起來，從資料庫各類代表工況中依據站點類權重挑選最優片段合成城市循環工況，使其更加符合城市公交車實際道路運行狀態，提高構建城市循環工況精度。本發明還可以實現城市區域工況構建以及未知公交線路工況預測。附圖說明圖1為本發明的流程圖。圖2是資料庫構建第一類代表工況圖；圖3是資料庫構建第二類代表工況圖；圖4是資料庫構建第三類代表工況圖；圖5是代表線路站點強度分布圖；圖6是城市所有站點強度分布圖；圖7是城市綜合循環工況圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。實施例：本文採集統計數據為某市公交車的實際運行數據及站點詳細信息，提出代表路線選擇和資料庫建立方法，運用短行程劃分法、主成分分析、聚類分析法進行數據分類整理，分為擁堵工況、一般工況、通暢工況三類，建立各類代表工況並確定時間比例；確定站點分類閾值並對城市或區域全部公交站點分類；確定各類工況權重因子並按權重因子選取代表工況數據，完成城市或區域道路循環工況構建。參見圖1，下面進行詳細步驟說明：(1)選擇n條公交代表線路，進行車輛道路行駛採集數據；城市公交循環工況數據採集要求有足夠的覆蓋面，故綜合考慮如下因素：線路頻數、覆蓋區域、線路方向等。線路頻數與線路利用率成正比，選擇較大線路頻數線路為採樣線路，同時要求代表線路覆蓋東西南北方向，保證採樣路線的覆蓋面足夠。以某城市線路選擇為例，共選擇10條公交代表線路，基本覆蓋該市2環大部分區域，符合代表線路選擇依據。通過gps設備獲得車輛道路行駛試驗的數據包括時間t、車速v(t)、加速度a(t)，其中車速v(t)單位為km/h，且v(t)≥0，t的單位為s，且t∈n。要求試驗時間包含所有運營時間、周一到周天、節假日，採集數據量與線路頻數成正比。(2)資料庫建立，構建各類代表工況；構建資料庫主要依據兩個標準：線路強度和平均運營次數。線路強度是線路上所有站點頻數之和除以站點數，可統計得出；平均運營次數為線路每天運營車次，可查詢得出。以線路強度最小線路為基準，求每條線路相對基準的權重，按照權重取相應的數據量放入資料庫中，權重計算公式可表示為：式中，ω為權重，為某條線路站點頻數之和，為基準線路站點頻數之和，n1為某條線路總站點數，n2為基準線路總站點數，s1為某條線路平均運營車次數，s2為基準線路平均運營車次數。表1某市代表線路強度和運營車次統計表公交線路39路603路36路266路5路103路600路215路42路線路強度2624.1122.5821.7420.2120.8820.621.7220.44運營車次(趟/天)260240230200160170180210220線路權重1.451.341.271.1611.041.071.191.18從表1可以看出，以5路為基準線路，以公交首站到末站為一個片段，取基準路線50個片段放進資料庫，其餘線路按照表中線路權重取相應片段放進資料庫，資料庫共計535個片段，完成資料庫構建。對資料庫大數據進行數據處理，主要有三個步驟：速度片段劃分、速度片段特徵參數分析、主成分分析+聚類分析。解析出擁堵、一般、通暢三類代表工況，如圖2、圖3、圖4所示，並確定各類代表工況時間佔比1:6:2。(3)統計代表線路站點信息並分類，確定類閾值；統計10條代表線路全部站點強度信息，圖5為代表線路各站點頻數範圍站點數統計結果。由圖5可知，10條代表線路共計260個公交站點，各站點頻數範圍站點數佔比如表2所示。表2某市代表線路站點信息統計表站點頻數範圍(0,5](5,10](10,15](15,20](20,25](25,30](30,50]總計站點數72583932262112260站點數佔比27％22％15％13％10％8％5％100％依據已確定的各類時間佔比1:6:2對公交站點分三類，確定站點類閾值y1、y2。由表2計算可得，站點類閾值y1＝5、y2＝25，站點頻數y的分類標準為：y≤5(通暢站點)、525(擁堵站點)。(4)統計全部站點信息並分類，確定類權重因子；本文統計某市三環內全部站點強度信息，如圖6所示。可以看出，總計1118個公交站點，依據站點類閾值對站點分類。類權重因子為各類站點數之比，計算得出擁堵、一般、通暢站點權重因子分別為1:5:6。(5)道路循環工況構建。從已構建的各類代表工況中按照各類權重因子提取若干片段構成城市公交工況。本文按照1:5:6從已構建的各類代表工況中提取12個速度片段構成某市城市公交循環工況,如圖7所示。當前第1頁12