CN115891740B - 一种高速公路新能源汽车电量预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高速公路新能源汽车电量预警系统，包括相互通信连接的新能源汽车终端和多个充电桩终端。新能源汽车终端包括显示模块、电源模块、接入模块、第一定位模块、计算模块、第一通信模块和语音模块；每个充电桩终端包括第二定位模块、第二通信模块和充电桩信息模块。计算模块存储的算法是基于高速公路路网中时空路网路径依附于物理网络路径、“早出发早到达”特性、路网中没有负弧的特性，提出的基于时空网络的改进的最短路算法，能够通过定位信息自动实时计算车辆位置与充电桩距离，以及自动实时对比可行驶里程与充电桩距离，并留出可自行设置的缓冲距离，当目前可行驶里程小于最近的可使用的充电桩距离与缓冲距离之和时，将自动预警。

Description

一种高速公路新能源汽车电量预警系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种高速公路新能源汽车电量预警系统。

背景技术

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括四大类型混合动力电动汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV，包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、其他新能源(如超级电容器、飞轮等高效储能器)汽车等。目前新能源汽车充电桩数量和分布不能很好满足充电需要，新能源汽车在路网行驶过程中，需特别注意剩余电量与可行驶里程。新能源汽车在高速公路行驶时，高速公路里程偏长，某些路段落地互通相聚较远，落地互通之间没有配套充电桩，并且只有在落地互通才可以进出入高速公路路网。目前新能源汽车续航里程普遍为400公里左右，在高速公路上行驶时，稍不注意容易由于电量耗尽而滞留在高速公路上，对道路及自身安全造成极大隐患。

发明内容

本发明的实施例提供了一种高速公路新能源汽车电量预警系统，用于解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种高速公路新能源汽车电量预警系统，包括相互通信连接的新能源汽车终端和多个充电桩终端；

新能源汽车终端包括显示模块、电源模块、接入模块、第一定位模块、计算模块和第一通信模块；每个充电桩终端包括第二定位模块、第二通信模块和充电桩信息模块；

充电桩信息模块用于：将所属充电桩的使用状态信息、已充电时间信息和预计充电完成时间信息通过第二通信模块发送到新能源汽车终端；第二定位模块用于将所属充电桩的位置信息通过第二通信模块发送到新能源汽车终端；

第一通信模块用于接收一个或多个充电桩终端发送的使用状态信息、已充电时间信息、预计充电完成时间信息和位置信息，并发送到计算模块；第一定位模块用于获取所属新能源汽车的实时位置信息，并发送到计算模块；接入模块用于接入所属新能源汽车，获取所属新能源汽车的剩余电量信息和可行驶里程信息，并发送到计算模块；

计算模块基于接收的所属新能源汽车的实时位置信息、剩余电量信息和可行驶里程信息，以及一个或多个充电桩终端的使用状态信息、已充电时间信息、预计充电完成时间信息和位置信息，通过基于时空网络的最短路径算法，计算获得时空路径费用最短的充电桩的信息，并通过显示模块输出。

优选地，通过基于时空网络的最短路径算法，计算获得目标充电桩包括：

S1将第一定位模块获得的新能源汽车的实时位置信息加入到已求出时空最短路径的物理节点集合S中，将充电桩的位置信息加入到未求出时空最短路径的物理节点集合U中，通过I_O＝1令起始点到起始点的最短路径已经获得，令J为集合U内点的个数，j＝1；

S2针对集合U中的第j个点k，若新能源汽车的实时位置与点k的位置之间不联通，则通过C_k＝M令新能源汽车的实时位置与该点k之间的时空路径费用为极大，并执行步骤S4，若新能源汽车的实时位置与点k的位置为非枢纽且相互联通，则令C_k＝E(o,k)，执行步骤S4，若新能源汽车的实时位置与点k的位置为枢纽且相互联通，则执行步骤S3；E表示物理节点之间的额外时间，包括不同高速公路枢纽互通的行驶时间和服务区休息等待时间；

S3若通过式D(o,k)_i<t<D(o,k)_i+1根据时间t进行遍历获得了最早可行的时间弧，则通过式计算获得从k点到起始点的时空最短路径费用，并执行步骤S4，否则，令i＝i+1，并重复执行本步骤的过程；

S4若j＝J，则执行步骤S5，否则，令j＝j+1，并返回执行步骤S2；

S5若新能源汽车的实时位置与充电桩的时空最短路径费用等于一个极大值，则结束全部计算过程，否则，将时空最短路径费用的充电桩的位置信息从集合U移动到集合S中；若充电桩位置的时空最短路径已经获得l＝d，则执行步骤S9获得时空路径费用最短的充电桩C_d，否则，执行步骤S6，并令n＝1；l表示已经获得的时空最短路径位置的点，d表示充电桩位置；

S6对于总数为N的集合U中第n个点s，当B(l,s)＝0时，获得节点l和节点s之间不连通，执行步骤S8；当B(l,s)＝2时，获得节点l和节点s之间为枢纽互通，若C_s≤C_l+E(l,s)，则执行步骤S8，若C_s>C_l+E(l,s)，则令C_s＝C_l+E(l,s)，λ_s＝l，β_s＝t+C_l，并执行步骤S8；当B(l,s)＝1时，获得节点l和节点s之间为非枢纽互通，执行步骤S7；

S7令i＝1，当D(l,s)_i<t+C_l<D(l,s)_i+1时，若则执行步骤S8；若/>则令λ_s＝l，β_s＝t+C_l，并执行步骤S8，否则，令i＝i+1并重新执行本步骤；

S8若n＝N，则重复执行步骤S5，若n≠N，则令n＝n+1，并重复执行步骤S6；

S9基于步骤S5的计算结果获得时空路径费用最短的充电桩C_d，并结合λ_d与β_d计算获得新能源汽车与该充电桩C_d的时空路径。

优选地，接入模块包括蓝牙连接子模块和/或USB连接子模块。

优选地，电源模块为锂电池。

优选地，还包括语音模块，用于输出时空路径费用最短的充电桩的信息。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明提供一种高速公路新能源汽车电量预警系统，包括相互通信连接的新能源汽车终端和多个充电桩终端。新能源汽车终端包括显示模块、电源模块、接入模块、第一定位模块、计算模块、第一通信模块和语音模块；每个充电桩终端包括第二定位模块、第二通信模块和充电桩信息模块。其中，计算模块存储的算法是基于高速公路路网中时空路网路径依附于物理网络路径、“早出发早到达”特性、路网中没有负弧的特性，提出的基于时空网络的改进的最短路算法，能够通过定位信息自动实时计算车辆位置与充电桩距离，以及自动实时对比可行驶里程与充电桩距离，并留出可自行设置的缓冲距离，当目前可行驶里程小于最近的可使用的充电桩距离与缓冲距离之和时，将自动预警。本发明提供的系统还具有如下优点：

将充电桩相关信息也纳入系统中，可以查看占用情况、预计充电完成时间、预估充电桩解除占用时间，并可进行车辆充电预定，避免白跑一趟或充电桩被提前占用；

私人充电桩也可安装充电桩端装置，提高私人充电桩的利用效率，便于新能源汽车充电；

自动实时计算并且语音预警播报，方便快捷，不额外占用驾驶员精力，免去因电量不足而错失充电机会而滞留在公路的危险情况。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种高速公路新能源汽车电量预警系统的逻辑框图；

图2为时空网络示意图；

图3为城市轨道交通时空网络示意图；

图4为本发明提供的一种高速公路新能源汽车电量预警系统的算法处理流程图。

图中：

101.显示模块102.第一定位模块103.计算模块104.第一通信模块105.语音模块106.第二定位模块107.第二通信模块108.充电桩信息模块109.蓝牙连接子模块110.USB连接子模块111.锂电池。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明提供一种高速公路新能源汽车电量预警系统，用于解决现有技术中存在的如下技术问题：

现有技术需要人工通过地图类APP查找最近的充电桩，并对比剩余里程与充电桩之间的距离；

在行驶途中使用手机查看APP容易分散注意力，十分危险；

驾驶员需要时刻对比剩余里程与最近充电桩之间的距离，容易分散注意力；

地图类APP中对充电桩的使用情况不清晰，容易造成白跑一趟的情况。

参见图1，本发明提供一种高速公路新能源汽车电量预警系统，包括相互通信连接的新能源汽车终端和多个充电桩终端。

新能源汽车终端包括显示模块101、电源模块、接入模块、第一定位模块102、计算模块103、第一通信模块104和语音模块105；每个充电桩终端包括第二定位模块106、第二通信模块107和充电桩信息模块108；

充电桩信息模块108用于：将所属充电桩的使用状态信息、已充电时间信息和预计充电完成时间信息通过第二通信模块107发送到新能源汽车终端；第二定位模块106用于将所属充电桩的位置信息通过第二通信模块发送到新能源汽车终端。

第一通信模块104用于接收一个或多个充电桩终端发送的使用状态信息、已充电时间信息、预计充电完成时间信息和位置信息，并发送到计算模块103；第一定位模块102用于获取所属新能源汽车的实时位置信息，并发送到计算模块103；接入模块用于接入所属新能源汽车，获取所属新能源汽车的剩余电量信息和可行驶里程信息，并发送到计算模块103；

计算模块103基于接收的所属新能源汽车的实时位置信息、剩余电量信息和可行驶里程信息，以及一个或多个充电桩终端的使用状态信息、已充电时间信息、预计充电完成时间信息和位置信息，通过基于时空网络的最短路径算法，计算获得目标充电桩，并通过显示模块和/或语音模块输出。

在本发明提供的优选实施例中，接入模块包括蓝牙连接子模块108和/或USB连接子模块109。电源模块为锂电池111。

在本发明提供的优选实施例中，计算模块内存储有改进的基于时空网络的最短路径算法，用于计算获得目标充电桩以及所属新能源汽车与目标充电桩的时空路径。

时空网络将时间和空间进行了有机结合，是描述、分析时间依赖网络的有效模型框架，在动态交通分配、运输组织等领域得到了成功应用。时空网络是在空间网络的基础上加入时间要素，将二维的物理空间扩展为三维的时空网络，从而可以更加清晰地揭示时间和空间的相互关系。与经典网络流理论相比，时空网络在空间网络上增加了时间维度，更为直观地反映了时间和空间的耦合关系，刻画高速公路路网的时间和空间特性。

时空网络可以被表示为一个时空网络图G(V,A)，其中V代表时空点的集合，A代表时空弧的集合。用表示时空网络中空间的信息，用t,s表示时空网络中时间的信息。则时空点可表示为(i,t)和(j,s)，代表t时刻的i点和s时刻的j点。则时空弧可表示为(i,j,t,s)，表示t时刻从i点出发，s时刻到达j点。

图3表示了一段物理网络和与其对应的时空网络，其中灰色节点表示物理节点，白色节点表示时空节点，实线有向线段表示物理弧，虚线有向线段表示时空弧。从物理网络的角度看，出行者从i₁到i₂、i₃最终到达i₄。从时空网络的角度来看，出行者在t₁时刻从i₁出发，在t₂时刻到达i₂，并在i₂停留等待，直至t₃时刻在再次出发，在t₄时刻到达i₃，在i₃停留等待至t₅时刻，于t₇时刻到达i₄。以上行为我们可以用5段时空弧表示，即(i₁,i₂,t₁,t₂)，(i₂,i₂,t₂,t₃)，(i₂,i₃,t₃,t₄)，(i₃,i₃,t₄,t₅)，(i₃,i₄,t₅,t₇)。

相应的如图4所示，运用时空网络，我们可以更好描述新能源汽车在高速公路路网中正常行驶、服务区休息、充电桩充电、突发事件等实际情况。

上述的参量定义如下：

G(V,A)表示新能源汽车所在的高速公路时空网络。其中，V表示时空网络中所有时空点的集合，A表示时空网络中所有时空弧的集合。

其中物理节点包括新能源汽车实时位置、高速公路枢纽互通及落地互通位置、充电桩位置。

i,j表示物理网络节点序号；t,s表示时间点序号。使用一对空间-时间节点标号可表示时空网络中时空节点。

在所有的时空节点集合V中，存在两类特殊的时空节点，表示起点(时空节点)集合，o(o∈O)表示任意起点；/>表示终点(时空节点)集合，d(d∈D)表示任意终点。

(i,j,t,s)表示时空网络中时空弧，(i,j,t,s)∈A。

基于时空网络的最短路径模型

模型的决策变量如下：

x_i,j,t,s为0-1变量，其中：

模型的目标函数为：

目标函数(0-1)表示总时空路径费用最小，其中c_i,j,t,s表示时空弧(i,j,t,s)所对应的费用，对于本节模型来说，用户需求为最快到达目的地，因此时空弧所对应的费用即为消耗的时间。

约束条件为：

1)流平衡约束

上述约束表示在时空网G(V,E)中，除起点和终点外的其他节点，其流出弧应等于流入弧。

2)时间窗约束

在新能源汽车所在的高速公路时空网中，要保障任意od的到达时间都在新能源汽车电量剩余时间U内：

0≤t_o,t_d≤U (0-3)。

由于高速公路的设计标准、技术标准较高、通行能力很大，在同等速度下，一般不会出现越行现象，即在某一时刻下，新能源汽车所在的高速公路路网中每相邻两物理节点之间的时空最短路是确定的，必然遵循早出发早到达的原则。

本发明提供的系统提供了一种改进的最短路算法，其核心思想也是一种贪心算法，一种动态规划。首先在时刻T寻找从O到D的时空最短路，无论最后输出结果如何，总是会依附于物理路径，因此可以考虑寻找O点到邻近点的时空最短路，由于高速公路路网的特殊性，我们可以比较容易的确定相邻两节点间的时空最短路，此可以依次确定全路网各节点的时空最短路，并由于时空弧的非负性，使得整个模型具有无后效性，可以确保求得的局部最优解即为整体最优解。

符号与变量说明如下：

V代表物理节点集合；

其中物理节点包括新能源汽车实时位置、高速公路枢纽互通及落地互通位置、充电桩位置。

集合S存储已求出时空最短路径的物理节点；

集合U存贮未求出时空最短路径的物理节点；

物理起点O，物理终点D；

新能源汽车最大行驶时间T；

新能源出发时间t，t∈T；

B(o,d)代表物理节点o至物理节点d的联通程度。若B(o,d)＝1，则表示o，d两点联通，且o，d两点为非枢纽互通；若B(o,d)＝2，则表示o，d两点联通，且o，d为枢纽互通；若B(o,d)＝0，则表示o，d两点不联通；

C(o,d)_t代表在t时刻从物理节点o至物理节点d的时空路径费用；

D(o,d)_i代表时间升序排列，第i条从物理节点o至物理节点d的可行时空弧在o点的出发时间。I为物理节点o至物理节点d的可行时空弧总条数，i∈I；

M代表一个极大值；

E(o,d)代表物理节点o至物理节点d的额外费用，包括枢纽互通的行驶时间、服务区休息等待时间等，可根据实际情况而定；

C_p代表物理节点p至起点O的时空最短路费用；

λ_p代表物理节点p的物理前行标号；

β_p代表物理节点p的时间前行标号；

I_p代表物理节点p是否被永久标号，若I_p＝1，则代表物理节点p已经被永久标号，I_p＝0代表物理节点p没有被永久标号。若物理节点p被永久标号则可说明起点O至物理节点p的时空最短路已经求出。

算法具体步骤如下：

S1将第一定位模块获得的所属新能源汽车的实时位置信息加入到已求出时空最短路径的物理节点集合S中，将充电桩的位置信息加入到未求出时空最短路径的物理节点集合U中，通过I_O＝1令起始点到起始点的最短路径已经获得，令J为集合U内点的个数，j＝1；

S2针对集合U中的第j个点k，若新能源汽车的实时位置与点k的位置之间不联通B(o,k)＝0，则通过C_k＝M令新能源汽车的实时位置与该点k之间的时空路径费用为极大，并执行步骤S4，若新能源汽车的实时位置与点k的位置为非枢纽且相互联通B(o,k)＝1，则令C_k＝E(o,k)，执行步骤S4，若新能源汽车的实时位置与点k的位置为枢纽且相互联通B(o,k)＝2，则执行步骤S3；E表示物理节点之间的额外时间，包括不同高速公路枢纽互通的行驶时间和服务区休息等待时间；

S3若通过式D(o,k)_i<t<D(o,k)_i+1根据时间t进行遍历获得了最早可行的时间弧，则通过式计算获得从k点到起始点的时空最短路径费用，并执行步骤S4，否则，令i＝i+1，并重复执行本步骤的过程；

S4若j＝J，则执行步骤S5，否则，令j＝j+1，并返回执行步骤S2；

S5若新能源汽车的实时位置与充电桩的时空最短路径费用等于一个极大值C_l＝M，即集合U中节点均为时空不可达节点，则结束全部计算过程，否则C_l≠M，将时空最短路径费用的充电桩的位置信息从集合U移动到集合S中，同时将其从集合U中删除，且令I_l＝1；若充电桩位置的时空最短路径已经获得，即l＝d，则执行步骤S9输出时空路径费用最短的充电桩C_d，否则，执行步骤S6，并令n＝1；l表示已经获得(已知)的时空最短路径位置的点，d表示充电桩位置；

S6对于总数为N的集合U中第n个点s，当B(l,s)＝0时，获得已知节点l和节点s之间不连通，执行步骤S8；当B(l,s)＝2时，即已知节点l和节点s之间为枢纽互通，若C_s≤C_l+E(l,s)，则执行步骤S8，若C_s>C_l+E(l,s)，则令C_s＝C_l+E(l,s)，λ_s＝l，β_s＝t+C_l，并执行步骤S8；当B(l,s)＝1时，获得节点l和节点s之间为非枢纽互通，执行步骤S7；C_s表示物理节点l至物理节点s的时空最短路径费用，C_l表示新能源汽车的实时位置与充电桩的时空最短路径费用；

S7令i＝1，当D(l,s)_i<t+C_l<D(l,s)_i+1时，若则执行步骤S8；若/>则令/>λ_s＝l，β_s＝t+C_l，并执行步骤S8以筛选出最早的可行时间弧，否则，令i＝i+1并重新执行本步骤；式中，t表示出发时间；其中D(l,s)_i-C_l表示等待弧的费用；

S8若n＝N，则重复执行步骤S5，获得距o点时空最短路径费用的最小节点l，若n≠N，则令n＝n+1，并重复执行步骤S6；

S9基于步骤S5的计算结果获得时空路径费用最短的充电桩C_d，并结合λ_d与β_d计算获得新能源汽车与该充电桩C_d的时空路径。

本发明还提供一个实施例，用于示例性地显示一个上述计算过程的完整流程。

Step 1将O点加入集合S，其余点加入集合U，令I_O＝1，J为集合U内点的个数，j＝1。

Step 2对于集合U中第j个点k：

Step 2.1若B(o,k)＝0，令C_k＝M，进入Step 4。

Step 2.2若B(o,k)＝2，令C_k＝E(o,k)，λ_k＝o，β_o＝t，进入Step 4。

Step 2.3若B(o,k)＝1，则进入Step 3。

Step 3令i＝1，

Step 3.1若D(o,k)_i<t<D(o,k)_i+1，则λ_k＝o，β_k＝t，进入Step 4。

Step 3.2否则，i＝i+1，重复Step 3.1。

Step 4若j＝J则进入Step 5，若j≠J，则j＝j+1，重复Step 2。

Step 5找出C_p中费用最小的点l。

Step 5.1若C_l＝M，集合U中节点均为时空不可达节点，算法结束。

Step 5.2若C_l≠M，则将点l加入集合S，并从集合U中剔除，令I_l＝1。

Step 5.2.1若l＝d，则进入Step 9。

Step 5.2.2若l≠d，则进入Step 6。

Step 6对于总数为N的集合U中第n个点s。

Step 6.1若B(l,s)＝0，则进入Step 8。

Step 6.2若B(l,s)＝2，

Step 6.2.1若C_s≤C_l+E(l,s)，则进入Step 8。

Step 6.2.2若C_s>C_l+E(l,s)，则令C_s＝C_l+E(l,s)，λ_s＝l，β_s＝t+C_l，进入Step 8。

Step 6.3若B(l,s)＝1，则进入Step 7。

Step 7令i＝1。

Step 7.1若D(l,s)_i<t+C_l<D(l,s)_i+1，

Step 7.1.1若其中D(l,s)_i-C_l表示等待弧的费用，进入Step 8。

Step 7.1.2若

则令λ_s＝l，β_s＝t+C_l，进入Step 8。

Step 7.2否则，i＝i+1，重复Step 7.1。

Step 8若n＝N,重复步骤(5)；若n≠N，则n＝n+1，重复Step 6。

Step 9节点o至节点d时空最短路结果得出，最小费用为C_d，时空路径可根据λ_d与β_d逆推得到，算法结束。

综上所述，本发明提供一种高速公路新能源汽车电量预警系统，包括相互通信连接的新能源汽车终端和多个充电桩终端。新能源汽车终端包括显示模块、电源模块、接入模块、第一定位模块、计算模块、第一通信模块和语音模块；每个充电桩终端包括第二定位模块、第二通信模块和充电桩信息模块。其中，计算模块存储的算法是基于高速公路路网中时空路网路径依附于物理网络路径、“早出发早到达”特性、路网中没有负弧的特性，提出的基于时空网络的改进的最短路算法，能够通过定位信息自动实时计算车辆位置与充电桩距离，以及自动实时对比可行驶里程与充电桩距离，并留出可自行设置的缓冲距离，当目前可行驶里程小于最近的可使用的充电桩距离与缓冲距离之和时，将自动预警。本发明提供的系统还具有如下优点：

将充电桩相关信息也纳入系统中，可以查看占用情况、预计充电完成时间、预估充电桩解除占用时间，并可进行车辆充电预定，避免白跑一趟或充电桩被提前占用；

私人充电桩也可安装充电桩端装置，提高私人充电桩的利用效率，便于新能源汽车充电；

自动实时计算并且语音预警播报，方便快捷，不额外占用驾驶员精力，免去因电量不足而错失充电机会而滞留在公路的危险情况。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种高速公路新能源汽车电量预警系统，其特征在于，包括相互通信连接的新能源汽车终端和多个充电桩终端；

所述新能源汽车终端包括显示模块、电源模块、接入模块、第一定位模块、计算模块和第一通信模块；每个所述充电桩终端包括第二定位模块、第二通信模块和充电桩信息模块；

所述充电桩信息模块用于：将所属充电桩的使用状态信息、已充电时间信息和预计充电完成时间信息通过所述第二通信模块发送到所述新能源汽车终端；所述第二定位模块用于将所属充电桩的位置信息通过所述第二通信模块发送到所述新能源汽车终端；

所述第一通信模块用于接收一个或多个充电桩终端发送的使用状态信息、已充电时间信息、预计充电完成时间信息和位置信息，并发送到所述计算模块；所述第一定位模块用于获取所属新能源汽车的实时位置信息，并发送到所述计算模块；所述接入模块用于接入所属新能源汽车，获取所属新能源汽车的剩余电量信息和可行驶里程信息，并发送到所述计算模块；

所述计算模块基于接收的所属新能源汽车的实时位置信息、剩余电量信息和可行驶里程信息，以及一个或多个充电桩终端的使用状态信息、已充电时间信息、预计充电完成时间信息和位置信息，通过基于时空网络的最短路径算法，计算获得时空路径费用最短的充电桩的信息，并通过所述显示模块输出；

所述的通过基于时空网络的最短路径算法，计算获得目标充电桩包括：

S1将所述第一定位模块获得的新能源汽车的实时位置信息加入到已求出时空最短路径的物理节点集合S中，将充电桩的位置信息加入到未求出时空最短路径的物理节点集合U中，通过I_O＝1令起始点到起始点的最短路径已经获得，令J为集合U内点的个数，j＝1；

S2针对集合U中的第j个点k，若新能源汽车的实时位置与点k的位置之间不联通，则通过C_k＝M令新能源汽车的实时位置与该点k之间的时空路径费用为极大，并执行步骤S4，若新能源汽车的实时位置与点k的位置为非枢纽且相互联通，则令C_k＝E(o,k)，执行步骤S4，若新能源汽车的实时位置与点k的位置为枢纽且相互联通，则执行步骤S3；E表示物理节点之间的额外时间，包括不同高速公路枢纽互通的行驶时间和服务区休息等待时间；本步骤中，E(o,k)表示物理节点o至物理节点k的额外费用；

S3若通过式D(o,k)_i<t<D(o,k)_i+1根据时间t进行遍历获得了最早可行的时间弧，则通过式计算获得从k点到起始点的时空最短路径费用，并执行步骤S4，否则，令i＝i+1，并重复执行本步骤的过程；本步骤中，D(o,k)_i表示第i条从物理节点o至物理节点k的可行时空弧在o点的出发时间，D(o,k)_i+1表示第i+1条从物理节点o至物理节点k的可行时空弧在o点的出发时间；

S4若j＝J，则执行步骤S5，否则，令j＝j+1，并返回执行步骤S2；

S5若新能源汽车的实时位置与充电桩的时空最短路径费用等于一个极大值，则结束全部计算过程，否则，将时空最短路径费用的充电桩的位置信息从集合U移动到集合S中；若充电桩位置的时空最短路径已经获得l＝d，则执行步骤S9获得时空路径费用最短的充电桩C_d，否则，执行步骤S6，并令n＝1；l表示已经获得的时空最短路径位置的点，d表示充电桩位置；

S6对于总数为N的集合U中第n个点s，当B(l,s)＝0时，获得节点l和节点s之间不连通，执行步骤S8；当B(l,s)＝2时，获得节点l和节点s之间为枢纽互通，若C_s≤C_l+E(l,s)，则执行步骤S8，若C_s>C_l+E(l,s)，则令C_s＝C_l+E(l,s)，λ_s＝l，β_s＝t+C_l，并执行步骤S8；当B(l,s)＝1时，获得节点l和节点s之间为非枢纽互通，执行步骤S7；本步骤中，C_s表示物理节点s至起点O的时空最短路费用，E(l,s)表示已经获得的时空最短路径位置的点l至物理节点s的额外费用，B(l,s)表示已经获得的时空最短路径位置的点l至物理节点s的联通程度，C_l表示物理节点l至起点O的时空最短路费用；λ_s表示物理节点s的物理前行标号；β_s表示物理节点s的时间前行标号；

S7令i＝1，当D(l,s)_i<t+C_l<D(l,s)_i+1时，若则执行步骤S8；若/>则令/>λ_s＝l，β_s＝t+C_l，并执行步骤S8，否则，令i＝i+1并重新执行本步骤；本步骤中，D(l,s)_i表示第i条从物理节点l至物理节点s的可行时空弧在l点的出发时间，D(l,s)_i+1表示第i+1条从物理节点l至物理节点s的可行时空弧在l点的出发时间；

S8若n＝N，则重复执行步骤S5，若n≠N，则令n＝n+1，并重复执行步骤S6；

S9基于步骤S5的计算结果获得时空路径费用最短的充电桩C_d，并结合λ_d与β_d计算获得新能源汽车与该充电桩C_d的时空路径。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接入模块包括蓝牙连接子模块和/或USB连接子模块。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电源模块为锂电池。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括语音模块，用于输出时空路径费用最短的充电桩的信息。