基於車輛定位信息的城市電動汽車充電站選址方法與流程
2023-10-05 21:33:34
本發明屬於城市交通規劃與優化領域，具體涉及基於車輛定位信息的城市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。現階段而言，電動的汽車續航裡程段、充電時間長的缺點在短期內仍無法克服，這就要求必須在合理的位置恰當的布置充電站，以支持電動汽車的運行。
從我國電動汽車的實際發展來看，自2013年以來，電動汽車的保有量增長顯著，特別是在東部沿海地區。一方面，是政策法規的推動，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。另一方面，一系列具有我國自主智慧財產權、質高價美的電動汽車也是推動電動汽車快速增長的重要原因之一。根據我國據乘聯會統計的數據顯示，2016年1-12月的純電動車銷售24萬輛，同比增長116％，佔新能源汽車總銷量的75％。其中，比亞迪、吉利、北汽穩居新銷量榜的前三。
雖然電動汽車的增長非常迅速，然而，在實際的使用過程中，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。
技術實現要素：
發明目的：為解決上述問題，本發明公開了一種基於車輛定位信息的城市電動汽車充電站選址方法，該方法通過將充電站設置在電動汽車行駛及停靠時最常經過的區域，減少其充電時的繞行，實現了充電站的較優選址。
技術方案：本發明採用如下技術方案：
一種基於車輛定位信息的城市電動汽車充電站選址方法，包括如下步驟：
(a)採集車輛定位信息；所述定位信息包括車輛的編號pi、車輛定位位置經緯度坐標(lati,loni)、車輛的定位速度vi；其中下標i為車輛定位信息的序號，1≤i≤n，n為車輛定位信息的數量；
(b)確定充電站數量m；
(c)根據步驟(a)獲取的車輛定位信息，得到車輛在城市中的矩形行駛區域region(latr,lonr)，其中將矩形行駛區域region劃分為q個矩形子區域；
(d)根據車輛定位信息，統計車輛經過每個矩形子區域regq的頻次countq，1≤q≤q；
(e)以充電站設置區域的頻數之和最大為優化目標構建約束問題，所述優化目標函數為：
其中γq用於表徵矩形子區域q是否設置有充電站，γq＝1表示矩形子區域q設置有充電站；dpq為矩形子區域q的幾何形心到矩形子區域p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；
求解該約束問題，得到γq的值，進而確定各充電站的地址。
優選地，充電站數量m由下式確定：
其中pc為城市的電動汽車的保有量規模、cc為電動汽車的日均充電次數、fc為電動汽車充電的高峰小時係數，即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。
優選地，對矩形行駛區域region在經度和緯度方向進行網格化均等分，將region劃分為q個矩形子區域。
作為另一種優選，對矩形行駛區域region以h×h單位網格進行網格化劃分，步驟為：
(c1)對矩形行駛區域region進行擴展，擴展後的矩形行駛區域region′四個頂點分別為(minlati,minloni)、(minlati,minloni+kh)、(minlati+jh,minloni)、(minlati+jh,minloni+kh)；
其中子區域總數q＝jk；為向上取整運算；
(c2)對擴展後的矩形行駛區域region′進行網格化，分為q個矩形子區域，第q個矩形子區域regq的四個頂點分別為：
其中1≤q≤q。
具體地，統計車輛經過每個矩形子區域regq的頻次countq包括如下步驟：
(d1)初始化每個矩形子區域的頻數為0，即countq＝0；
(d2)對步驟(a)採集的車輛定位信息依次進行判斷，當其中第i條車輛定位信息滿足如下兩個條件中的任一個條件時，將第q個矩形子區域的頻數countq增加1：
條件一、若第i條車輛定位信息的定位位置(lati,loni)處於第q個矩形子區域內，且車輛的定位速度vi＝0；
條件二、若第i條車輛定位信息的定位位置(lati,loni)處於第q個矩形子區域內，且車輛的定位速度vi>0，且車輛的編號pi與第1條至第i-1條車輛定位信息中滿足條件二的車輛的編號pj均不相同，1≤j0，且車輛的編號pi與第1條至第i-1條車輛定位信息中滿足條件二的車輛的編號pj均不相同，1≤j<i。
(e)以充電站設置區域的頻數之和最大為優化目標構建約束問題，所述優化目標函數為：
其中γq用於表徵矩形子區域q是否設置有充電站，γq＝1表示矩形子區域q設置有充電站；dpq為矩形子區域q的幾何形心到矩形子區域p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；
求解該約束問題，得到γq的值，進而確定各充電站的地址。
本實施例中，選取我國某城市的一個主要區域，驗證本發明公開的方法。包括如下步驟：
(a)採集車輛定位信息；
本實施例中可以採集9126輛車輛的定位信息，t＝9126；共採集得到車輛定位信息n＝18668037條。
將採集得到的18668037條車輛定位信息放入車輛定位信息資料庫中。車輛定位信息資料庫如下所示：
(b)確定充電站數量m；
根據城市的充電需求，確定充電站數量通過計算m＝2。
(c)對車輛矩形行駛區域region劃分；
本實施例採用固定單位網格大小的劃分方式，對矩形行駛區域region以h×h單位網格進行網格化劃分，h＝0.005。經計算，對矩形行駛區域region進行擴展，擴展後的矩形行駛區域region′四個頂點分別為(31.23,118.35)，(31.23,119.24)，(32.63,118.35)，(32.63,119.24)；子區域總數q＝49840；
(d)根據車輛定位信息，統計車輛經過每個矩形子區域regq的頻次countq，1≤q≤q；
(e)以充電站設置區域的頻數之和最大為優化目標構建約束問題；本實施例應用遺傳算法求解約束問題，得到表徵每個矩形子區域是否設置充電站的值，進而確定各充電站的地址。
通過求解，最終確定兩個電動充電站位於矩形子區域q＝4589和矩形子區域q＝12358內。