CN110667428B - 一种基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法 - Google Patents

一种基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法，包括以下步骤：首先通过车载GPS记录仪获取道路车辆的实时定位数据，并对充电站信息进行采集；利用采集的数据，对充电车辆进行识别，进一步计算得到充电站饱和度、等待充电车辆数量以及车辆剩余充电时间，并将信息传递给充电站推荐系统；充电站推荐系统确认车辆周围充电站的位置，并根据车辆位置与路网结构计算车辆到达充电站的行驶时间，结合充电车辆处理系统传递的信息，给出充电站推荐方案。本发明基于实时定位数据，得到一种电动汽车充电站推荐方法，可以减少电动汽车的充电等待时间，提高电动汽车的运输效率和使用便利性，对电动汽车推广具有一定的推动作用。

Description

一种基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法
技术领域
本发明设计实时定位数据在市内交通活动优化方面的应用，尤其涉及一种基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法。
背景技术
近年来，城市交通污染愈发严重。为了缓解城市交通污染，新能源汽车的研发与推广逐渐受到社会以及汽车行业的高度关注。随着新能源汽车工业的不断进步，新能源汽车市场占有率开始不断攀升。2018年，中国新能源乘用车销量达101万台，同比增长83％。与此同时，众多一线及二线城市也开始进行市内出租车的电动化普及。在此趋势下，为了满足电动汽车的充电需求，众多城市开始着手进行电动汽车充电场站规划。然而，电动汽车充电往往需要较长的时间，面对不断增长的新能源汽车数量，起步较晚的充电站建设势必无法满足电动汽车的充电需求，从而严重影响新能源汽车的运输效率和使用便利性。如何利用合理的车辆诱导措施，实现充电站利用最大化，减小充电排队等待时间，是新能源汽车发展所面临的关键问题。
目前电动汽车充电站的相关研究多集中在前期层面。现有研究主要是从道路交通流分布出发，对城市充电站的合理布设位置进行计算，以追求电动汽车整体充电行驶距离最短化，减少能源损耗。然而，相关研究并没有重视电动汽车充电周期长的特点，也没有对未来可能出现的充电站供需失衡问题进行全面的考虑，对于充电站建成后的运营管理模式以及应用场景的叙述较为模糊。由此看出，电动汽车充电站的相关研究成果存在局限性，没有给出缓解充电站供需失衡的有效办法，无法为新能源汽车的提供全面、合理的指导。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出一种基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法，尽可能多地减小电动汽车排队等待时间，实现充电站利用最大化，缓解城市充电站供需失衡问题。
上述的目的通过以下技术方案实现：
一种基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法，该方法包括如下步骤：
(1)数据采集：采集道路车辆的实时定位数据与充电站信息；道路车辆的实时定位数据包括车辆ID、时间、经度、纬度四个数据字段，充电站信息包括充电站编号、经度、纬度、充电桩数量四个数据字段，充电站i的充电桩数量为mi；
(2)车辆行驶轨迹提取：以步骤(1)中的采集的车辆ID为唯一标识，将每一个车辆ID对应的经度和纬度按照时间增序排列，得到车辆坐标变化列表，以此作为车辆行驶轨迹；
(3)充电车辆处理系统：包括充电车辆识别、充电站饱和度计算、等待充电车辆识别、剩余充电时间计算四个步骤，具体过程如下：
(31)充电车辆识别：以步骤(1)中采集的充电站经度、纬度所形成的坐标点为圆心，以R1为半径建立平面筛选区；若步骤(1)中采集的车辆实时经度、纬度所形成的坐标点位于平面筛选区以内，将此车辆看作充电车辆，记录下对应的车辆ID，统计充电站i中充电车辆的数量ni；将充电车辆行驶轨迹中第一个位于平面筛选区内的点作为进站点，对应的时刻作为进站时刻t1；
(32)充电站饱和度计算：充电站i的饱和度χi等于充电车辆数量ni除以对应充电站充电桩的数量mi，即
Figure GDA0003476121640000021
(33)等待充电车辆识别：将步骤(31)中的充电车辆细分为正在充电车辆与等待充电车辆；
(34)车辆剩余充电时间计算：根据是否存在等待充电车辆分为两种情况，具体过程如下：
(341)若不存在等待充电车辆，计算所有正在充电车辆j的剩余充电时间Δtij；Δtij＝T-(t0-t1ij)，其中T为车辆充电周期，t0为实际时刻，t1ij为充电站i中车辆j进站时刻；
(342)若存在等待充电车辆数li，除去进站时刻最早的li辆车，计算正在充电车辆中其他车辆k的剩余充电时间Δtik；Δtik＝T-(t0-t1ik)，其中T为车辆充电周期，t0为实际时刻，t1ik为充电站i中车辆k进站时刻；
(4)充电站推荐系统：包括充电站位置确认、预计行驶时间计算、充电信息汇总、充电站推荐四个步骤，具体过程如下：
(41)充电站位置确认：当道路行驶车辆想要前往充电站充电时，以自身实际位置为圆心，以R2为扫描半径，得到周围可用充电站的位置；
(42)预计行驶时间计算：根据车辆实际位置与周围可用充电站位置，计算车辆达到充电站i的行驶距离；利用行驶距离除以车辆平均行驶速度，得到车辆到达充电站i的预计行驶时间t2i；
(43)充电信息汇总：将步骤(32)得到的充电站饱和度、步骤(34)得到的剩余充电时间、步骤(42)得到的预计行驶时间进行整理；
(44)充电站推荐系统：按照以下三个原则进行充电站推荐，具体如下：
(441)优先推荐饱和度最低的充电站；
(442)当存在饱和度相同的充电站且饱和度小于1时，优先推荐预计行驶时间最小值对应的充电站；
(443)当存在饱和度相同的充电站且饱和度大于1时，计算步骤(342)中所述Δtik与车辆到达充电站i预计行驶时间t2i的差值的绝对值，优先推荐最小绝对值对应的充电站。
所述的基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法，步骤(33)中所述等待充电车辆识别包含以下三个步骤，具体过程如下：
(331)若步骤(32)中计算得到的饱和度χi小于1，则认为不存在等待充电车辆，即等待充电车辆的数量为0；
(332)若步骤(32)中计算得到的饱和度χi大于1，则认为存在等待充电车辆，充电站i的等待充电车辆数量li等于充电车辆数量ni减去充电桩数量mi,即li＝ni-mi
(333)若存在等待充电车辆，将充电车辆按照进站时刻增序排列，进站时刻排在最后的li辆车即为等待充电车辆。
所述的基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法，步骤(41)中扫描半径R2的数值等于车主的可接受行驶距离，由车主自行设定。
有益效果：
与现有的电动汽车充电站推荐方法相比，本发明具有以下明显优势：首先，充分考虑了电动汽车充电周期长的特点，根据充电站的饱和度数值分层次给出不同的电动汽车充电站推荐方法；其次，本发明对实时定位数据进行分析，目前北斗以及GPS全球导航系统的民用化普及保证了本发明所提方法的可行性与可操作性；最后，本发明的灵活性强，车主可以根据自身特点对方法中的关键参数进行设定，由此满足不同车主的个性化需求。本发明所提方法能够尽可能多地减小电动汽车排队等待时间，实现充电站利用最大化。
附图说明
图1为本发明基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法的流程图；
图2为本发明充电车辆处理系统流程图；
图3为本发明充电车辆识别示意图。
具体实施方式
本发明介绍了一种基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法，可以实现城市充电站的智能化推荐，减少电动汽车充电排队等待时间。下面结合实例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本次实例结合数据格式说明，利用实时定位数据对电动汽车充电站进行智能推荐。方法流程图见附图1，主要包括以下三个阶段：
数据采集与车辆轨迹提取：采集道路车辆的实时定位数据与充电站信息；道路车辆的实时定位数据包括车辆ID、时间、经度、纬度四个数据字段，数据格式如表1所示；充电站信息包括充电站编号、经度、纬度、充电桩数量(个)四个数据字段，充电站i的充电桩数量为mi，数据格式如表2所示；以车辆ID为唯一标识，将每一个车辆ID所对应的经度和纬度按照时间增序排列，得到车辆坐标变化列表，以此作为车辆行驶轨迹；
表1车辆实时定位数据表
Figure GDA0003476121640000041
表2充电站信息表
Figure GDA0003476121640000042
充电车辆处理系统：包括充电车辆识别、充电站饱和度计算、等待充电车辆识别、剩余充电时间计算四个步骤，具体流程见附图2。
(1)充电车辆识别：以充电站经度、纬度所形成的坐标点为圆心，以默认推荐数值R1＝50米为半径建立平面筛选区；若车辆实时经度、纬度所形成的坐标点位于平面筛选区以内，将此车辆看作充电车辆，记录下对应的车辆ID；将充电车辆行驶轨迹中第一个位于平面筛选区内的点作为进站点，如附图2所示，对应的时刻作为进站时刻t1；
(2)充电站饱和度计算：统计上述步骤记录下的充电站i中充电车辆的数量ni，充电站i的饱和度χi等于充电车辆数量ni除以对应充电站充电桩的数量mi，即
Figure GDA0003476121640000051
(3)等待充电车辆识别：由于在充电站可能存在等待充电车辆，因此将步骤(31)中的充电车辆细分为正在充电车辆与等待充电车辆，等待充电车辆识别包含以下三个步骤，具体过程如下：
(31)若充电站饱和度χi小于1，则认为不存在等待充电车辆，即等待充电车辆的数量为0；
(32)若充电站饱和度χi大于1，则认为存在等待充电车辆，充电站i的等待充电车辆数量li等于充电车辆数量ni减去充电桩数量mi,即li＝ni-mi
(33)若存在等待充电车辆，将充电车辆按照进站时刻增序排列，进站时刻排在最后的li辆车即为等待充电车辆；
(4)车辆剩余充电时间计算：根据是否存在等待充电车辆分为两种情况，具体过程如下：
(41)若不存在等待充电车辆，计算所有正在充电车辆j的剩余充电时间Δtij；Δtij＝T-(t0-t1ij)，其中T为车辆充电周期，参考实际调查得到的电动汽车平均充电周期，将车辆充电周期取为90分钟。t0为实际时刻，t1ij为充电站i中车辆j进站时刻；
(42)若存在等待充电车辆数li，除去进站时刻最早的li辆车，计算正在充电车辆中其他车辆k的剩余充电时间Δtik；Δtik＝T-(t0-t1ik)，其中T为车辆充电周期，t0为实际时刻，t1ik为充电站i中车辆k进站时刻；
将充电车辆处理系统得到的信息进行汇总，包含充电站编号、充电站饱和度、等待充电车辆数量(辆)、剩余充电时间(分钟)四个数据字段，其中剩余充电时间(分钟)是由多个数据组成的数据集合，数据格式如表3所示。
表3充电车辆处理系统信息汇总
Figure GDA0003476121640000052
充电站推荐系统：包括充电站位置确认、预计行驶时间计算、充电信息汇总、充电站推荐四个步骤，具体过程如下：
(1)充电站位置确认：道路行驶车辆想要前往充电站充电时，以自身实际位置为圆心，以默认可接受行驶距离R2＝3千米为扫描半径，得到周围可用充电站的编号为1,2,3并获取充电站的位置；
(2)预计行驶时间计算：根据车辆实际位置与周围可用充电站位置，计算车辆达到充电站i的行驶距离(km)；车辆平均行驶速度在本实例中取为30km/h，利用行驶距离除以车辆平均行驶速度，可以得到车辆到达充电站i的预计行驶时间t2i(分钟)，如表4所示；
表4预计行驶时间计算表
Figure GDA0003476121640000061
(3)充电信息汇总：将步骤(32)得到的充电站饱和度、步骤(34)得到的剩余充电时间、步骤(42)得到的预计行驶时间进行整理，如表5所示；
表5充电信息汇总表
Figure GDA0003476121640000062
(4)充电站推荐系统：按照以下三个原则进行充电站推荐，具体如下：
(41)优先推荐饱和度最低的充电站；
(42)当存在饱和度相同的充电站且饱和度小于1时，优先推荐预计行驶时间最小值对应的充电站；
(43)当存在饱和度相同的充电站且饱和度大于1时，计算步骤(342)中所述Δtik与车辆到达充电站i预计行驶时间t2i的差值的绝对值，优先推荐最小绝对值对应的充电站；
按照(41)所述原则，优先推荐充电站1与充电站2。由于充电站1与充电站2的饱和度相同且两者的饱和度均大于1，因此根据(42)所述原则，分别计算充电站1与充电站2的车辆剩余充电时间与车辆预计行驶时间之间差值的绝对值，差值的绝对值最小为0.4分钟，对应的充电站编号为2，因此将充电站2作为电动汽车推荐充电站。
以上所述的具体实施操作方法，对本发明的技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述为本发明具体实施方式，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)数据采集：采集道路车辆的实时定位数据与充电站信息；道路车辆的实时定位数据包括车辆ID、时间、经度、纬度四个数据字段，充电站信息包括充电站编号、经度、纬度、充电桩数量四个数据字段，充电站i的充电桩数量为mi；
(2)车辆行驶轨迹提取：以步骤(1)中的采集的车辆ID为唯一标识，将每一个车辆ID对应的经度和纬度按照时间增序排列，得到车辆坐标变化列表，以此作为车辆行驶轨迹；
(3)充电车辆处理系统：包括充电车辆识别、充电站饱和度计算、等待充电车辆识别、剩余充电时间计算四个步骤，具体过程如下：
(31)充电车辆识别：以步骤(1)中采集的充电站经度、纬度所形成的坐标点为圆心，以R1为半径建立平面筛选区；若步骤(1)中采集的车辆实时经度、纬度所形成的坐标点位于平面筛选区以内，将此车辆看作充电车辆，记录下对应的车辆ID，统计充电站i中充电车辆的数量ni；将充电车辆行驶轨迹中第一个位于平面筛选区内的点作为进站点，对应的时刻作为进站时刻t1；
(32)充电站饱和度计算：充电站i的饱和度χi等于充电车辆数量ni除以对应充电站充电桩的数量mi，即
Figure FDA0003476121630000011
(33)等待充电车辆识别：将步骤(31)中的充电车辆细分为正在充电车辆与等待充电车辆；
(34)车辆剩余充电时间计算：根据是否存在等待充电车辆分为两种情况，具体过程如下：
(341)若不存在等待充电车辆，计算所有正在充电车辆j的剩余充电时间Δtij；Δtij＝T-(t0-t1ij)，其中T为车辆充电周期，t0为实际时刻，t1ij为充电站i中车辆j进站时刻；
(342)若存在等待充电车辆数li，除去进站时刻最早的li辆车，计算正在充电车辆中其他车辆k的剩余充电时间Δtik；Δtik＝T-(t0-t1ik)，其中T为车辆充电周期，t0为实际时刻，t1ik为充电站i中车辆k进站时刻；
(4)充电站推荐系统：包括充电站位置确认、预计行驶时间计算、充电信息汇总、充电站推荐四个步骤，具体过程如下：
(41)充电站位置确认：当道路行驶车辆想要前往充电站充电时，以自身实际位置为圆心，以R2为扫描半径，得到周围可用充电站的位置；
(42)预计行驶时间计算：根据车辆实际位置与周围可用充电站位置，计算车辆达到充电站i的行驶距离；利用行驶距离除以车辆平均行驶速度，得到车辆到达充电站i的预计行驶时间t2i；
(43)充电信息汇总：将步骤(32)得到的充电站饱和度、步骤(34)得到的剩余充电时间、步骤(42)得到的预计行驶时间进行整理；
(44)充电站推荐系统：按照以下三个原则进行充电站推荐，具体如下：
(441)优先推荐饱和度最低的充电站；
(442)当存在饱和度相同的充电站且饱和度小于1时，优先推荐预计行驶时间最小值对应的充电站；
(443)当存在饱和度相同的充电站且饱和度大于1时，计算步骤(342)中所述Δtik与车辆到达充电站i预计行驶时间t2i的差值的绝对值，优先推荐最小绝对值对应的充电站。
2.根据权利要求1所述的基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法，其特征在于，步骤(33)中所述等待充电车辆识别包含以下三个步骤，具体过程如下：
(331)若步骤(32)中计算得到的饱和度χi小于1，则认为不存在等待充电车辆，即等待充电车辆的数量为0；
(332)若步骤(32)中计算得到的饱和度χi大于1，则认为存在等待充电车辆，充电站i的等待充电车辆数量li等于充电车辆数量ni减去充电桩数量mi,即li＝ni-mi
(333)若存在等待充电车辆，将充电车辆按照进站时刻增序排列，进站时刻排在最后的li辆车即为等待充电车辆。
3.根据权利要求1所述的基于实时定位数据的电动汽车充电站推荐方法，其特征在于，步骤(41)中扫描半径R2的数值等于车主的可接受行驶距离，由车主自行设定。
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