本發(fā)明屬于城市交通規(guī)劃與優(yōu)化領(lǐng)域，具體涉及基于車輛定位信息的城市電動(dòng)汽車充電站選址方法。

背景技術(shù)：

電動(dòng)汽車指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。由于對(duì)環(huán)境影響相對(duì)傳統(tǒng)汽車較小，電動(dòng)汽車的前景被廣泛看好，但當(dāng)前電動(dòng)汽車在我國的發(fā)展仍然處于起步階段，相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚不成熟。現(xiàn)階段而言，電動(dòng)的汽車?yán)m(xù)航里程段、充電時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)在短期內(nèi)仍無法克服，這就要求必須在合理的位置恰當(dāng)?shù)牟贾贸潆娬荆灾С蛛妱?dòng)汽車的運(yùn)行。

從我國電動(dòng)汽車的實(shí)際發(fā)展來看，自2013年以來，電動(dòng)汽車的保有量增長(zhǎng)顯著，特別是在東部沿海地區(qū)。一方面，是政策法規(guī)的推動(dòng)，對(duì)推廣電動(dòng)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知識(shí)產(chǎn)權(quán)、質(zhì)高價(jià)美的電動(dòng)汽車也是推動(dòng)電動(dòng)汽車快速增長(zhǎng)的重要原因之一。根據(jù)我國據(jù)乘聯(lián)會(huì)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示，2016年1-12月的純電動(dòng)車銷售24萬輛，同比增長(zhǎng)116％，占新能源汽車總銷量的75％。其中，比亞迪、吉利、北汽穩(wěn)居新銷量榜的前三。

雖然電動(dòng)汽車的增長(zhǎng)非常迅速，然而，在實(shí)際的使用過程中，充電設(shè)施(充電站、充電樁等)的數(shù)量與設(shè)施的布局大大限制了電動(dòng)汽車的使用率，很多電動(dòng)汽車的擁有者在使用電動(dòng)汽車前，均會(huì)考慮充電設(shè)施的便利情況。若充電并不方便，其往往會(huì)放棄使用電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)而使用其他方式出行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于車輛定位信息的城市電動(dòng)汽車充電站選址方法，該方法通過將充電站設(shè)置在電動(dòng)汽車行駛及?？繒r(shí)最常經(jīng)過的區(qū)域，減少其充電時(shí)的繞行，實(shí)現(xiàn)了充電站的較優(yōu)選址。

技術(shù)方案：本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于車輛定位信息的城市電動(dòng)汽車充電站選址方法，包括如下步驟：

(a)采集車輛定位信息；所述定位信息包括車輛的編號(hào)pi、車輛定位位置經(jīng)緯度坐標(biāo)(lati,loni)、車輛的定位速度vi；其中下標(biāo)i為車輛定位信息的序號(hào)，1≤i≤n，n為車輛定位信息的數(shù)量；

(b)確定充電站數(shù)量m；

(c)根據(jù)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(qū)域region(latr,lonr)，其中將矩形行駛區(qū)域region劃分為q個(gè)矩形子區(qū)域；

(d)根據(jù)車輛定位信息，統(tǒng)計(jì)車輛經(jīng)過每個(gè)矩形子區(qū)域regq的頻次countq，1≤q≤q；

(e)以充電站設(shè)置區(qū)域的頻數(shù)之和最大為優(yōu)化目標(biāo)構(gòu)建約束問題，所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

其中γq用于表征矩形子區(qū)域q是否設(shè)置有充電站，γq＝1表示矩形子區(qū)域q設(shè)置有充電站；dpq為矩形子區(qū)域q的幾何形心到矩形子區(qū)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(jìn)而確定各充電站的地址。

優(yōu)選地，充電站數(shù)量m由下式確定：

其中pc為城市的電動(dòng)汽車的保有量規(guī)模、cc為電動(dòng)汽車的日均充電次數(shù)、fc為電動(dòng)汽車充電的高峰小時(shí)系數(shù)，即高峰小時(shí)電動(dòng)汽車的充電需求占全日總充電需求的比值，ca為單位小時(shí)內(nèi)單個(gè)充電站所能滿足的最大充電需求。

優(yōu)選地，對(duì)矩形行駛區(qū)域region在經(jīng)度和緯度方向進(jìn)行網(wǎng)格化均等分，將region劃分為q個(gè)矩形子區(qū)域。

作為另一種優(yōu)選，對(duì)矩形行駛區(qū)域region以h×h單位網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格化劃分，步驟為：

(c1)對(duì)矩形行駛區(qū)域region進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展后的矩形行駛區(qū)域region′四個(gè)頂點(diǎn)分別為(minlati,minloni)、(minlati,minloni+kh)、(minlati+jh,minloni)、(minlati+jh,minloni+kh)；

其中子區(qū)域總數(shù)q＝j(luò)k；為向上取整運(yùn)算；

(c2)對(duì)擴(kuò)展后的矩形行駛區(qū)域region′進(jìn)行網(wǎng)格化，分為q個(gè)矩形子區(qū)域，第q個(gè)矩形子區(qū)域regq的四個(gè)頂點(diǎn)分別為：

其中1≤q≤q。

具體地，統(tǒng)計(jì)車輛經(jīng)過每個(gè)矩形子區(qū)域regq的頻次countq包括如下步驟：

(d1)初始化每個(gè)矩形子區(qū)域的頻數(shù)為0，即countq＝0；

(d2)對(duì)步驟(a)采集的車輛定位信息依次進(jìn)行判斷，當(dāng)其中第i條車輛定位信息滿足如下兩個(gè)條件中的任一個(gè)條件時(shí)，將第q個(gè)矩形子區(qū)域的頻數(shù)countq增加1：

條件一、若第i條車輛定位信息的定位位置(lati,loni)處于第q個(gè)矩形子區(qū)域內(nèi)，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)處于第q個(gè)矩形子區(qū)域內(nèi)，且車輛的定位速度vi>0，且車輛的編號(hào)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(hào)pj均不相同，1≤j<i。

優(yōu)選地，步驟(e)中應(yīng)用遺傳算法求解約束問題，得到γq的值，進(jìn)而確定各充電站的地址。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明公開的基于車輛定位信息的城市電動(dòng)汽車充電站選址方法，摒棄了以往城市充電站選址過于隨意，且充電站位置多位于城市偏遠(yuǎn)地區(qū)的問題，通過本發(fā)明方法獲取與確定的充電站點(diǎn)位置均位于車輛最常行駛與?？康膮^(qū)域內(nèi)，一方面交通需求與充電需求很大，另一方面也降低了電動(dòng)汽車充電時(shí)的繞行距離；(2)本發(fā)明公開的充電站選址方法主要基于車輛定位信息數(shù)據(jù)。未來隨著城市的發(fā)展與變革，在出行的分布與車輛的位置信息發(fā)生變化后，可以在保留現(xiàn)有充電設(shè)施的基礎(chǔ)上，單獨(dú)考慮變化區(qū)域新的車輛出行與充電需求，并對(duì)充電站的選址進(jìn)行同步更新。

附圖說明

圖1為本發(fā)明公開的城市電動(dòng)汽車充電站選址方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明基于車輛定位信息的城市電動(dòng)汽車充電站選址方法，包括以下步驟：

(a)采集車輛定位信息；

步驟(a)采集車輛定位信息，包含了步驟a1)、步驟a2)兩個(gè)子步驟：

a1)確定城市中可以采集定位信息的，且裝有車輛定位設(shè)備的車輛的數(shù)量t，并對(duì)這些車輛進(jìn)行唯一性編號(hào)，使得任意兩輛車的編號(hào)均不相同。車輛的編號(hào)為從1開始至t的正整數(shù)。

a2)以條為單位，采集t輛車的車輛定位信息，其中，第i條車輛定位信息包含：車輛的編號(hào)pi、車輛的定位位置經(jīng)緯度坐標(biāo)(lati,loni)、車輛的定位速度vi。其中，下標(biāo)i為車輛定位信息的序號(hào)，i為大于0的整數(shù)且i≤n，n為采集得到的車輛定位信息的總條數(shù)，pi∈[1,t]且pi為整數(shù)，lati和loni分別為第i條車輛定位信息的定位位置的緯度、經(jīng)度；

步驟a中，車輛定位信息均通過定位設(shè)備自動(dòng)采集。定位設(shè)備包含但不限于車載gps，外置式gps，內(nèi)置定位設(shè)備的手機(jī)、平板、電腦等。由于定位設(shè)備會(huì)自動(dòng)采集車輛的位置與速度等信息，同時(shí)記錄下定位信息采集時(shí)的時(shí)間，因而步驟a中的車輛定位信息是很容易采集得到的。

為了便于數(shù)據(jù)的管理，采集到車輛定位信息后，將其輸入數(shù)據(jù)庫中，即構(gòu)建車輛定位信息數(shù)據(jù)庫；

將步驟a中采集得到的n條車輛定位信息存入車輛定位信息數(shù)據(jù)庫中。車輛定位信息數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)如下所示：

(b)確定充電站數(shù)量m；

根據(jù)城市的充電需求，確定充電站數(shù)量m。充電站數(shù)量m可由下式確定：

其中，pc為城市的電動(dòng)汽車的保有量規(guī)模、cc為電動(dòng)汽車的日均充電次數(shù)、fc為電動(dòng)汽車充電的高峰小時(shí)系數(shù)，為高峰小時(shí)電動(dòng)汽車的充電需求占全日總充電需求的比值，ca為單位小時(shí)內(nèi)單個(gè)充電站所能滿足的最大充電需求。

(c)根據(jù)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(qū)域region(latr,lonr)，其中將矩形行駛區(qū)域region劃分為q個(gè)矩形子區(qū)域；

對(duì)矩形行駛區(qū)域region的劃分可以采用均等分的方式，即在經(jīng)度和緯度方向進(jìn)行網(wǎng)格化均等分，將region劃分為q個(gè)矩形子區(qū)域。

也可以采用固定單位網(wǎng)格大小的劃分方式，對(duì)矩形行駛區(qū)域region以h×h單位網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格化劃分，包括如下步驟：

(c1)對(duì)矩形行駛區(qū)域region進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展后的矩形行駛區(qū)域region′四個(gè)頂點(diǎn)分別為(minlati,minloni)、(minlati,minloni+kh)、(minlati+jh,minloni)、(minlati+jh,minloni+kh)；

其中子區(qū)域總數(shù)q＝j(luò)k；為向上取整運(yùn)算；

(c2)對(duì)擴(kuò)展后的矩形行駛區(qū)域region′進(jìn)行網(wǎng)格化，分為q個(gè)矩形子區(qū)域，第q個(gè)矩形子區(qū)域regq的四個(gè)頂點(diǎn)分別為：

其中1≤q≤q。

h值的大小影響到方法的精度和計(jì)算量，本發(fā)明優(yōu)選h＝0.005，根據(jù)地球半徑的值，可以計(jì)算出經(jīng)緯度為0.005×0.005的單元網(wǎng)格大致相當(dāng)于500m×500m的區(qū)域，可以滿足實(shí)際的精度要求，且計(jì)算量較小。

(d)根據(jù)車輛定位信息，統(tǒng)計(jì)車輛經(jīng)過每個(gè)矩形子區(qū)域regq的頻次countq，1≤q≤q；具體包括：

(d1)初始化每個(gè)矩形子區(qū)域的頻數(shù)為0，即countq＝0；

(d2)對(duì)步驟(a)采集的車輛定位信息依次進(jìn)行判斷，當(dāng)其中第i條車輛定位信息滿足如下兩個(gè)條件中的任一個(gè)條件時(shí)，將第q個(gè)矩形子區(qū)域的頻數(shù)countq增加1：

條件一、若第i條車輛定位信息的定位位置(lati,loni)處于第q個(gè)矩形子區(qū)域內(nèi)，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)處于第q個(gè)矩形子區(qū)域內(nèi)，且車輛的定位速度vi>0，且車輛的編號(hào)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(hào)pj均不相同，1≤j<i。

(e)以充電站設(shè)置區(qū)域的頻數(shù)之和最大為優(yōu)化目標(biāo)構(gòu)建約束問題，所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

其中γq用于表征矩形子區(qū)域q是否設(shè)置有充電站，γq＝1表示矩形子區(qū)域q設(shè)置有充電站；dpq為矩形子區(qū)域q的幾何形心到矩形子區(qū)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(jìn)而確定各充電站的地址。

本實(shí)施例中，選取我國某城市的一個(gè)主要區(qū)域，驗(yàn)證本發(fā)明公開的方法。包括如下步驟：

(a)采集車輛定位信息；

本實(shí)施例中可以采集9126輛車輛的定位信息，t＝9126；共采集得到車輛定位信息n＝18668037條。

將采集得到的18668037條車輛定位信息放入車輛定位信息數(shù)據(jù)庫中。車輛定位信息數(shù)據(jù)庫如下所示：

(b)確定充電站數(shù)量m；

根據(jù)城市的充電需求，確定充電站數(shù)量通過計(jì)算m＝2。

(c)對(duì)車輛矩形行駛區(qū)域region劃分；

本實(shí)施例采用固定單位網(wǎng)格大小的劃分方式，對(duì)矩形行駛區(qū)域region以h×h單位網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格化劃分，h＝0.005。經(jīng)計(jì)算，對(duì)矩形行駛區(qū)域region進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展后的矩形行駛區(qū)域region′四個(gè)頂點(diǎn)分別為(31.23,118.35)，(31.23,119.24)，(32.63,118.35)，(32.63,119.24)；子區(qū)域總數(shù)q＝49840；

(d)根據(jù)車輛定位信息，統(tǒng)計(jì)車輛經(jīng)過每個(gè)矩形子區(qū)域regq的頻次countq，1≤q≤q；

(e)以充電站設(shè)置區(qū)域的頻數(shù)之和最大為優(yōu)化目標(biāo)構(gòu)建約束問題；本實(shí)施例應(yīng)用遺傳算法求解約束問題，得到表征每個(gè)矩形子區(qū)域是否設(shè)置充電站的值，進(jìn)而確定各充電站的地址。

通過求解，最終確定兩個(gè)電動(dòng)充電站位于矩形子區(qū)域q＝4589和矩形子區(qū)域q＝12358內(nèi)。