一種基於城市虛擬交通平臺的電動汽車充電站選址方法與流程
2023-07-26 17:21:31
本發明屬於城市交通規劃與優化領域，具體涉及一種基於城市虛擬交通平臺的電動汽車充電站選址方法。
背景技術：
電動汽車指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。由於對環境影響相對傳統汽車較小，電動汽車的前景被廣泛看好，但當前電動汽車在我國的發展仍然處於起步階段，相關的技術標準尚不成熟。從電動汽車使用的能源角度出發，可將電動汽車細分為純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車。
國家以及地方政府為了鼓勵電動汽車的發展，近年來也發布了一系列的政策法規，例如，《關於2016-2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知》、《新能源汽車生產企業及產品準入管理規則(修訂版徵求意見稿)》、《關於加快居民區電動汽車充電基礎設施建設的通知》等等。這一列的政策法規對推廣電動汽車起到了重要的作用，城市中的新能源汽車保有量也得到了非常大的提高。
然而，在實際的城市中，充電設施(充電站、充電樁等)的數量與設施的布局大大限制了電動汽車的使用率，很多電動汽車的擁有者在使用電動汽車前，均會考慮出行線路沿線充電設施的便利情況。若充電並不方便，其往往會放棄使用電動汽車轉而使用其他方式出行。本發明便是在如上的背景上提出的，藉助城市虛擬交通平臺對城市交通問題的虛擬化重現，基於大量的交通與城市發展實測數據，實現對充電站選址的優化。
技術實現要素：
發明目的：針對現有技術中城市充電站樁布局不合理以及選址較為偏僻所導致的不利於電動汽車使用的問題，本發明提出一種基於城市虛擬交通平臺的電動汽車充電站選址方法，根據城市路段交通流量來確定電動汽車充電站的地址，便於電動汽車充電，對提升電動汽車使用率具有重大的現實意義。
技術方案：為實現上述目的，本發明中基於城市虛擬交通平臺的電動汽車充電站選址方法通過構建城市虛擬交通平臺，並基於該平臺進行城市的交通分配，獲取城市的路段交通流量，根據路段交通流量的排序，確定電動汽車充電站的地址，具體包含了5個步驟：步驟a)構建城市虛擬交通平臺、步驟b)基於城市虛擬交通平臺，進行交通分配，並記錄各個路段的交通流量、步驟c)計算代表性交通流量、步驟d)確定充電站數量，步驟e)確定充電站的地址。
a)構建城市虛擬交通平臺；
採集城市道路網絡信息、交通管理信息、公共運輸網絡信息、交通需求信息、交通小區信息，並將採集得到的信息轉化為符合「交運之星-transtar」軟體規則的數據文件，並將轉化後的數據文件通過「交運之星-transtar」軟體中的「交通網絡基礎資料庫建立模塊」導入「交運之星-transtar」軟體的資料庫中，完成城市虛擬交通平臺的構建；
所述城市道路網絡信息包含交通節點的位置、交通網絡的鄰接目錄表、交通網絡中各個路段的長度、交通網絡中各個路段的車道數、交通網絡中各個路段的實際通行能力，所述城市道路網絡信息的各項數據可以通過城市的規劃部門、交通管理部門、交通設計部門以及國土部門獲取；所述交通管理信息包含節點交通管理的方式、各種交通管理方式的範圍，所述交通管理信息的各項數據可以通過交通管理部門獲取；所述公共運輸網絡信息包含普通公交線路走向及公交站點位置、快速公交線路走向及公交站點位置、軌道交通線路走向及站點位置，所述公共運輸網絡信息的各項數據可以通過公交公司、地鐵運營公司、交通管理部門獲取；所述交通需求信息包含居民出行的九種常見出行目的：上班、上學、公務商務工作、購物、文體活動、探情訪友、看病就醫、回程、其他，以及各個出行目的的日均出行次數、居民出行的六種常用出行方式：步行、自行車、私人小汽車、常規公交、快速公交、地鐵，及各個出行方式的日均出行次數、各個交通小區的人口數量、各個交通小區的土地利用類型及面積，所述交通需求信息的各項數據可以通過居民出行調查、公安部門、規劃部門、國土部門獲取；所述交通小區信息包含各個交通小區的邊界、各個交通小區內的所有道路交通節點，所述交通小區信息的各項數據可以通過規劃部門直接獲取，或者也可以通過自主劃分交通小區的方式獲取。
b)基於城市虛擬交通平臺，進行交通分配，並記錄各個路段的交通流量；
採用步驟a)中構建的城市虛擬交通平臺，對城市中的小汽車出行需求量進行交通分配，記錄分配後各個路段的交通流量。記錄的交通流量包含：路段i的高峰小時交通流量以及路段i的全日交通流量其中下標i表示路段的序號，i為大於0的整數且i≤n，n為路段的總數；
c)計算代表性交通流量；
將步驟b)中得到的各個路段的交通流量按照下式計算，得到各路段的代表性交通流量qi：
d)確定充電站數量；
根據城市的充電需求，確定需要選址的充電站數量m。充電站數量m可由下式確定：其中，dc為城市高峰小時的電動汽車最大充電需求，dc可以通過城市的電動汽車的保有量規模pc、電動汽車的日均充電次數cc、電動汽車充電的高峰小時係數fc計算獲取，dc＝pcccfc，其中，電動汽車充電的高峰小時係數fc為高峰小時電動汽車的充電需求佔全日總充電需求的比值，ca為單位小時內單個充電站所能滿足的最大充電需求；
e)確定充電站的地址；
充電站的地址，可以通過遺傳算法求解下式得到：
其中，dij為路段i的幾何形心到路段j的幾何形心的曼哈頓距離，dmin為充電站之間的最小允許距離。對於路段i，當γi＝1時，則在該路段將設置有充電站；否則當γi＝0時，則在該路段將不設置有充電站。
有益效果：本發明中基於城市虛擬交通平臺的電動汽車充電站選址方法通過構建城市虛擬交通平臺，並基於該平臺進行城市的交通分配獲取城市的路段交通流量，根據路段交通流量的排序，確定電動汽車充電站的地址。本發明方法摒棄了以往城市充電站選址過於隨意且充電站位置多位於城市偏遠地區的方案，通過本發明方法可以獲取與確定的充電站點位置均位於交通需求與充電需求均非常大的城市重要交通片區；本發明方法依託虛擬交通平臺以及交通大數據，隨著城市的發展，可以較為容易的通過修改虛擬交通平臺中的參數取值，實現充電站選址信息的同步更新。
附圖說明
圖1為本發明中基於城市虛擬交通平臺的電動汽車充電站選址方法的流程圖；
圖2為本發明採用的「交運之星-transtar」軟體進行交通分配後的結果。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明作更進一步的說明。
本發明中選取我國某城市及其外圍片區，驗證所提出的基於城市虛擬交通平臺的電動汽車充電站選址方法，該城市共有主要路段n＝2124個。如圖1所示，本發明方法的主要步驟如下：
a)採用「交運之星-transtar」軟體，構建城市虛擬交通平臺；
採集城市道路網絡信息、交通管理信息、公共運輸網絡信息、交通需求信息、交通小區信息，並將採集得到的信息轉化為符合「交運之星-transtar」軟體規定的數據文件，並通過「交運之星-transtar」軟體中的「交通網絡基礎資料庫建立模塊」導入「交運之星-transtar」軟體的資料庫中，形成城市虛擬交通平臺；
b)基於城市虛擬交通平臺，進行交通分配，並記錄各個路段的交通流量；
採用步驟a)中構建的城市虛擬交通平臺，對城市中的小汽車出行需求量進行交通分配，交通分配的方法為容量限制-最短路分配，即在路段容量允許的條件下，以出行總路徑最短進行分配，記錄分配後各個路段的交通流量。記錄的交通流量包含：高峰小時交通流量以及全日交通流量分配的結果如圖2所示，圖中的線條表示的為路段的交通流量，線條越粗，則交通流量越大；
c)計算代表性交通流量；
將步驟b)中得到的各個路段的交通流量按照下式計算，得到代表性交通流量：計算後，得到2124個路段的代表性交通流量。其中，代表性交通流量最大的前五個路段為路段序號為1471、1476、1466、97、1452。
d、確定充電站數量；
根據城市的充電需求，確定需要選址的充電站數量為m＝3。
e、確定充電站的地址；
充電站的地址，可以通過遺傳算法求解下式得到：
其中，dij為路段i的幾何形心到路段j的幾何形心的曼哈頓距離，dmin為充電站之間的最小距離。對於路段i，當γi＝1時，則在該路段將設置有充電站；否則當γi＝0時，則在該路段將不設置有充電站。
通過計算機編程，用遺傳算法求解上式，得到最後的充電站位置，位於路段1471、1476、1466的沿線。
以上僅是本發明的優先實施方式，應當之處：對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應當視為本發明的保護範圍。