一种考虑信号协调和防串车的公交驻站补电方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑信号协调和防串车的公交驻站补电方法，采集电动公交发车频率信息、公交电量信息、乘客出行需求信息、站点位置信息以及信号灯配时信息；构建同时使电动公交车头时距偏差、电量消耗、公交在交叉路口延误时间最小化以及电动公交在站点适时补充电量最大化的总目标函数；根据公交站点之间各路段的距离与决策的公交平均引导速度，获得各路段的公交电量消耗及公交在交叉路口的延误时间，根据电动公交在当前站点的离开时间与相邻下游交叉路口信号灯剩余时间确定公交驻站时间；并根据电动公交电池容量约束与各路段的公交电量消耗确认是否需要充电与充电时间，实现了在保证不发生串车的情况下使公交在站点进行补充电量，延长公交行驶里程。延长公交行驶里程。延长公交行驶里程。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑信号协调和防串车的公交驻站补电方法


[0001]本专利技术涉及互联网+应用服务的
，尤其涉及一种考虑信号协调和防串车的公交驻站补电方法。

技术介绍

[0002]随着国家城市化的进一步推进，人们的出行需求不断增加。在这种情况下，公共交通成为缓解城市交通拥堵、促进城市交通可持续发展的关键手段。城市常规公交作为公共交通的主体，其服务水平直接影响着居民的出行选择。随着环保意识的增强和对空气质量的担忧，电动公交车逐渐成为可替代传统燃油公交车辆的重要选择。另一方面，公交车辆串车问题严重影响了城市公交系统的运营质量。针对这一实际难题，通过使用“互联网+”手段，将公交防串车与驻站无线补电的技术相结合，不仅提高了公交系统的服务水平，还提高电动公交车辆的续航里程。这一方法将有助于提升公共交通的吸引力，改善居民的便捷出行体验，同时也对城市交通可持续发展产生积极影响。有助于推动城市交通的可持续发展，并在未来的城市规划中扮演重要角色。
[0003]防串车技术与驻站补电技术分别在解决公交车辆串车问题和电动公交车充电需求方面具有广阔应用前景，但结合应用存在以下不足之处：
[0004]1、复杂性与成本：结合防串车技术和驻站补电技术可能需要建设更复杂的智能调度系统和充电设施，这可能导致系统的成本较高。同时，维护和管理这些技术的复杂性也可能增加。
[0005]2、技术兼容性：将不同的技术整合到一个统一的系统中可能需要克服技术兼容性的问题。不同的防串车技术和驻站补电技术可能来自不同的供应商，需要确保它们能够无缝地协同工作。
[0006]3、技术可靠性：结合不同的技术可能增加系统的复杂性，从而可能导致技术故障的风险增加，影响公交车辆的运营稳定性。
[0007]为了克服这些不足，需要进行充分的技术研发、系统规划和实际应用测试。综合考虑不同的技术因素，确保防串车与驻站补电技术的结合能够在实际城市交通环境中发挥最佳效果，并为公共交通系统的提升和可持续发展做出贡献。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种考虑信号协调和防串车的公交驻站补电方法，以克服上述技术问题。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0010]一种考虑信号协调和防串车的公交驻站补电方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：采集电动公交发车频率信息、公交电量信息、乘客出行需求信息、站点位置信息以及信号灯配时信息；
[0012]所述电动公交发车频率信息包括公交发车时刻表；所述电动公交电量信息包括公
交初始剩余电量与到达每个公交站点时的公交剩余电量；所述乘客出行需求信息包括公交站点的乘客数量；所述站点位置信息包括站点位置分布信息、站点是否设置无线充电设施信息以及站点间的路段距离；所述信号灯配时信息包括红色信号灯相位时间与绿色信号灯的相位时间；
[0013]步骤2：根据所述电动公交发车频率信息、公交电量信息、乘客出行需求信息、站点位置信息以及信号灯配时信息，构建同时使电动公交车头时距偏差、电量消耗、公交在交叉路口延误时间最小化以及电动公交在站点适时补充电量最大化的总目标函数；并结合电动公交车实际情况设定公交车初始参数；所述初始参数包括公交运营参数、电池参数、耗电系数、充电速率以及每个公交站点的乘客数量；
[0014]步骤3：根据电动公交站点之间各路段的距离与公交平均引导速度，在满足速度约束的条件下，获得各路段的公交电量消耗及公交在交叉路口的延误时间，并根据所述公交在交叉路口的延误时间调整公交平均引导速度；
[0015]步骤4：根据电动公交在当前站点的离开时间与相邻下游交叉路口信号灯剩余时间以及电动公交车在站点的驻站策略确定驻站时间；在考虑电动公交电池容量约束条件下，基于所述各路段的公交电量消耗确认是否需要充电与充电的时间。
[0016]进一步的，步骤2中所述总目标函数具体为
[0017][0018]式中：M表示总目标函数；Z表示电动公交车头时距偏差的平方；W为表示电动公交在线路中的总电量消耗；Q表示电动公交在线路中的总补充电量；i表示电动公交停靠站；j表示交叉路口；k表示电动公交车；N
K
表示电动公交车的数量；N
I
表示电动公交停靠站点的数量；表示站点i与站点i+1之间的交叉路口的数量；α1、α2、α3以及α4均表示设定的权重系数；表示电动公交在交叉路口j的延误时间。
[0019]进一步的，步骤1中所述站点间的路段距离的获取具体为
[0020][0021]式中：表示相邻站点之间的距离；L
i,i+1
表示无交叉路口时相邻站点间的距离；表示站点i与下游相邻交叉路口间的距离；表示站点i+1与上游相邻交叉路口间的距离；d表示下游相邻交叉路口；u表示上游相邻交叉路口；表示站点i与站点i+1中相邻两个路口之间的距离；I表示站点i的集合；J
i,i+1
表示站点i与站点i+1之间的交叉路口的集合。
[0022]进一步的，所述步骤3中具体包括以下步骤：
[0023]步骤3.1：根据站点之间不同路段的平均引导速度获得站点之间电动公交的平均引导速度；且所述站点之间的路段包括有交叉路口与无交叉路口两类；
[0024]所述站点之间电动公交的平均引导速度的计算公式为
[0025][0026]所述速度约束包括电动公交平均引导速度上限约束与平均引导速度下限约束，且所述速度约束的表达式为
[0027][0028][0029][0030][0031]式中：表示相邻站点i与i+1之间公交k的平均引导速度，v
min
表示公交的最小速度，v
max
表示公交的最大速度，表示公交k在无交叉路口时相邻站点i与i+1间的平均引导速度，表示站点i与下游相邻交叉路口间公交k的平均引导速度，表示站点i+1与上游相邻交叉路口间公交k的平均引导速度，表示站点i与站点i+1中相邻两个路口j
‑
1与j之间公交k的平均引导速度，N
J
表示两个相邻站点之间交叉路口的数量；
[0032]步骤3.2：根据所述站点之间不同路段电动公交的平均引导速度，获得站点之间不同路段的电动公交电量消耗与电动公交在整条公交线路的电量总消耗；
[0033]所述站点之间不同路段的电动公交电量消耗的计算公式为
[0034][0035][0036]所述电动公交在整条公交线路的电量总消耗的计算公式为
[0037][0038]式中：表示相邻站点之间的公交电量消耗；r表示导体的电阻；R表示轮胎半径；U表示中间参数变量；m表示公交车的质量；表示气动阻力常数；f
rl
表示滚动阻力常数；g表示重力加速度；β表示道路坡度；表示电枢常数；Φ表示磁通量；W表示整条线路的公交总电量消耗；
[0039]步骤3.3：根据站点之间不同路段的公交平均引导速度与交叉路口信号灯配时信息；基于速度约束确认电动公交是否需要停留与停留时间。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑信号协调和防串车的公交驻站补电方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集电动公交发车频率信息、公交电量信息、乘客出行需求信息、站点位置信息以及信号灯配时信息；所述电动公交发车频率信息包括公交发车时刻表；所述电动公交电量信息包括公交初始剩余电量与到达每个公交站点时的公交剩余电量；所述乘客出行需求信息包括公交站点的乘客数量；所述站点位置信息包括站点位置分布信息、站点是否设置无线充电设施信息以及站点间的路段距离；所述信号灯配时信息包括红色信号灯相位时间与绿色信号灯的相位时间；步骤2：根据所述电动公交发车频率信息、公交电量信息、乘客出行需求信息、站点位置信息以及信号灯配时信息，构建同时使电动公交车头时距偏差、电量消耗、公交在交叉路口延误时间最小化以及电动公交在站点适时补充电量最大化的总目标函数；并结合电动公交车实际情况设定公交车初始参数；所述初始参数包括公交运营参数、电池参数、耗电系数、充电速率以及每个公交站点的乘客数量；步骤3：根据电动公交站点之间各路段的距离与公交平均引导速度，在满足速度约束的条件下，获得各路段的公交电量消耗及公交在交叉路口的延误时间，并根据所述公交在交叉路口的延误时间调整公交平均引导速度；步骤4：根据电动公交在当前站点的离开时间与相邻下游交叉路口信号灯剩余时间以及电动公交车在站点的驻站策略确定驻站时间；在考虑电动公交电池容量约束条件下，基于所述各路段的公交电量消耗确认是否需要充电与充电的时间。2.根据权利要求1所述的一种考虑信号协调和防串车的公交驻站补电方法，其特征在于，步骤2中所述总目标函数具体为式中：M表示总目标函数；Z表示电动公交车头时距偏差的平方；W为表示电动公交在线路中的总电量消耗；Q表示电动公交在线路中的总补充电量；i表示电动公交停靠站；j表示交叉路口；k表示电动公交车；N
K
表示电动公交车的数量；N
I
表示电动公交停靠站点的数量；表示站点i与站点i+1之间的交叉路口的数量；α1、α2、α3以及α4均表示设定的权重系数；表示电动公交在交叉路口j的延误时间。3.根据权利要求1所述的一种考虑信号协调和防串车的公交驻站补电方法，其特征在于，步骤1中所述站点间的路段距离的获取具体为式中：表示相邻站点之间的距离；L
i,i+1
表示无交叉路口时相邻站点间的距离；表示站点i与下游相邻交叉路口间的距离；表示站点i+1与上游相邻交叉路口间的距离；d表示下游相邻交叉路口；u表示上游相邻交叉路口；表示站点i与站点i+1中相邻两个路口之间的距离；I表示站点i的集合；J
i,i+1
表示站点i与站点i+1之间的交叉路口的集
合。4.根据权利要求1所述的一种考虑信号协调和防串车的公交驻站补电方法，其特征在于，所述步骤3中具体包括以下步骤：步骤3.1：根据站点之间不同路段的平均引导速度获得站点之间电动公交的平均引导速度；且所述站点之间的路段包括有交叉路口与无交叉路口两类；所述站点之间电动公交的平均引导速度的计算公式为所述速度约束包括电动公交平均引导速度上限约束与平均引导速度下限约束，且所述速度约束的表达式为速度约束的表达式为速度约束的表达式为速度约束的表达式为式中：表示相邻站点i与i+1之间公交k的平均引导速度，v
min
表示公交的最小速度，v
max
表示公交的最大速度，表示公交k在无交叉路口时相邻站点i与i+1间的平均引导速度，表示站点i与下游相邻交叉路口间公交k的平均引导速度，表示站点i+1与上游相邻交叉路口间公交k的平均引导速度，表示站点i与站点i+1中相邻两个路口j
‑
1与j之间公交k的平均引导速度，N
J
表示两个相邻站点之间交叉路口的数量；步骤3.2：根据所述站点之间不同路段电动公交的平均引导速度，获得站点之间不同路段的电动公交电量消耗与电动公交在整条公交线路的电量总消耗；所述站点之间不同路段的电动公交电量消耗的计算公式为所述站点之间不同路段的电动公交电量消耗的计算公式为所述电动公交在整条公交线路的电量总消耗的计算公式为式中：表示相邻站点之间的公交电量消耗；r表示导体的电阻；R表示轮胎半径；U表示中间参数变量；m表示公交车的质量；表示气动阻力常数；f
rl
表示滚动阻力常数；g表示重力加速度；β表示道路坡度；表示电枢常数；Φ表示磁通量；W表示整条线路的公交总
电量消耗；步骤3.3：根据站点之间不同路段的公交平均引导速度与交叉路口信号灯配时信息；基于速度约束确认电动公交是否需要停留与停留时间。5.根据权利要求4所述的一种考虑信号协调和防串车的公交驻站补电方法，其特征在于，步骤3.3中所述基于速度约束确认电动公交是否需要停留与停留时间，包括第一延误时间计算策略与第二延误时间计算策略；所述第一延误时间计算策略为：当信号交叉口的绿灯信号剩余时间大于最小行驶时间且信号交叉口绿灯信号剩余时间与红灯的相位时间之和小于等于最大行驶时间时，所述当前公交在交叉路口不存在延误；公式(11)表示电动公交停靠站之间有交叉路口时，电动公交车通过信号交叉口j的延误时间；当信号交叉口的绿灯信号剩余时间大于最小行驶时间且信号交叉口的绿灯信号剩余时间与红灯的相位时间之和大于时，通过公式(12)与公式(13)表示公交平均引导速度在不同的速度区间内，则通过公式(14)计算当前公交在交叉路口延误时间；误时间；误时间；误时间；误时间；式中：表示站点i与站点i+1中相邻两个路口之间的距离；表示红灯的相位时间；表示绿灯信号剩余时间；表示电动公交K从站点i到达交叉路口j的最短行驶时间；表示电动公交K从站点i到达交叉路口j的最大行驶时间；表示二进制变量，取值为0或1；
当信...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁昀，张雪斌，李欣，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：