一种基于城市虚拟交通平台的电动汽车充电站选址方法与流程

本发明属于城市交通规划与优化领域，具体涉及一种基于城市虚拟交通平台的电动汽车充电站选址方法。

背景技术：

电动汽车指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，电动汽车的前景被广泛看好，但当前电动汽车在我国的发展仍然处于起步阶段，相关的技术标准尚不成熟。从电动汽车使用的能源角度出发，可将电动汽车细分为纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车。

国家以及地方政府为了鼓励电动汽车的发展，近年来也发布了一系列的政策法规，例如，《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》、《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则(修订版征求意见稿)》、《关于加快居民区电动汽车充电基础设施建设的通知》等等。这一列的政策法规对推广电动汽车起到了重要的作用，城市中的新能源汽车保有量也得到了非常大的提高。

然而，在实际的城市中，充电设施(充电站、充电桩等)的数量与设施的布局大大限制了电动汽车的使用率，很多电动汽车的拥有者在使用电动汽车前，均会考虑出行线路沿线充电设施的便利情况。若充电并不方便，其往往会放弃使用电动汽车转而使用其他方式出行。本发明便是在如上的背景上提出的，借助城市虚拟交通平台对城市交通问题的虚拟化重现，基于大量的交通与城市发展实测数据，实现对充电站选址的优化。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中城市充电站桩布局不合理以及选址较为偏僻所导致的不利于电动汽车使用的问题，本发明提出一种基于城市虚拟交通平台的电动汽车充电站选址方法，根据城市路段交通流量来确定电动汽车充电站的地址，便于电动汽车充电，对提升电动汽车使用率具有重大的现实意义。

技术方案：为实现上述目的，本发明中基于城市虚拟交通平台的电动汽车充电站选址方法通过构建城市虚拟交通平台，并基于该平台进行城市的交通分配，获取城市的路段交通流量，根据路段交通流量的排序，确定电动汽车充电站的地址，具体包含了5个步骤：步骤a)构建城市虚拟交通平台、步骤b)基于城市虚拟交通平台，进行交通分配，并记录各个路段的交通流量、步骤c)计算代表性交通流量、步骤d)确定充电站数量，步骤e)确定充电站的地址。

a)构建城市虚拟交通平台；

采集城市道路网络信息、交通管理信息、公共交通网络信息、交通需求信息、交通小区信息，并将采集得到的信息转化为符合“交运之星-transtar”软件规则的数据文件，并将转化后的数据文件通过“交运之星-transtar”软件中的“交通网络基础数据库建立模块”导入“交运之星-transtar”软件的数据库中，完成城市虚拟交通平台的构建；

所述城市道路网络信息包含交通节点的位置、交通网络的邻接目录表、交通网络中各个路段的长度、交通网络中各个路段的车道数、交通网络中各个路段的实际通行能力，所述城市道路网络信息的各项数据可以通过城市的规划部门、交通管理部门、交通设计部门以及国土部门获取；所述交通管理信息包含节点交通管理的方式、各种交通管理方式的范围，所述交通管理信息的各项数据可以通过交通管理部门获取；所述公共交通网络信息包含普通公交线路走向及公交站点位置、快速公交线路走向及公交站点位置、轨道交通线路走向及站点位置，所述公共交通网络信息的各项数据可以通过公交公司、地铁运营公司、交通管理部门获取；所述交通需求信息包含居民出行的九种常见出行目的：上班、上学、公务商务工作、购物、文体活动、探情访友、看病就医、回程、其他，以及各个出行目的的日均出行次数、居民出行的六种常用出行方式：步行、自行车、私人小汽车、常规公交、快速公交、地铁，及各个出行方式的日均出行次数、各个交通小区的人口数量、各个交通小区的土地利用类型及面积，所述交通需求信息的各项数据可以通过居民出行调查、公安部门、规划部门、国土部门获取；所述交通小区信息包含各个交通小区的边界、各个交通小区内的所有道路交通节点，所述交通小区信息的各项数据可以通过规划部门直接获取，或者也可以通过自主划分交通小区的方式获取。

b)基于城市虚拟交通平台，进行交通分配，并记录各个路段的交通流量；

采用步骤a)中构建的城市虚拟交通平台，对城市中的小汽车出行需求量进行交通分配，记录分配后各个路段的交通流量。记录的交通流量包含：路段i的高峰小时交通流量以及路段i的全日交通流量其中下标i表示路段的序号，i为大于0的整数且i≤n，n为路段的总数；

c)计算代表性交通流量；

将步骤b)中得到的各个路段的交通流量按照下式计算，得到各路段的代表性交通流量qi：

d)确定充电站数量；

根据城市的充电需求，确定需要选址的充电站数量m。充电站数量m可由下式确定：其中，dc为城市高峰小时的电动汽车最大充电需求，dc可以通过城市的电动汽车的保有量规模pc、电动汽车的日均充电次数cc、电动汽车充电的高峰小时系数fc计算获取，dc＝pcccfc，其中，电动汽车充电的高峰小时系数fc为高峰小时电动汽车的充电需求占全日总充电需求的比值，ca为单位小时内单个充电站所能满足的最大充电需求；

e)确定充电站的地址；

充电站的地址，可以通过遗传算法求解下式得到：

其中，dij为路段i的几何形心到路段j的几何形心的曼哈顿距离，dmin为充电站之间的最小允许距离。对于路段i，当γi＝1时，则在该路段将设置有充电站；否则当γi＝0时，则在该路段将不设置有充电站。

有益效果：本发明中基于城市虚拟交通平台的电动汽车充电站选址方法通过构建城市虚拟交通平台，并基于该平台进行城市的交通分配获取城市的路段交通流量，根据路段交通流量的排序，确定电动汽车充电站的地址。本发明方法摒弃了以往城市充电站选址过于随意且充电站位置多位于城市偏远地区的方案，通过本发明方法可以获取与确定的充电站点位置均位于交通需求与充电需求均非常大的城市重要交通片区；本发明方法依托虚拟交通平台以及交通大数据，随着城市的发展，可以较为容易的通过修改虚拟交通平台中的参数取值，实现充电站选址信息的同步更新。

附图说明

图1为本发明中基于城市虚拟交通平台的电动汽车充电站选址方法的流程图；

图2为本发明采用的“交运之星-transtar”软件进行交通分配后的结果。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作更进一步的说明。

本发明中选取我国某城市及其外围片区，验证所提出的基于城市虚拟交通平台的电动汽车充电站选址方法，该城市共有主要路段n＝2124个。如图1所示，本发明方法的主要步骤如下：

a)采用“交运之星-transtar”软件，构建城市虚拟交通平台；

采集城市道路网络信息、交通管理信息、公共交通网络信息、交通需求信息、交通小区信息，并将采集得到的信息转化为符合“交运之星-transtar”软件规定的数据文件，并通过“交运之星-transtar”软件中的“交通网络基础数据库建立模块”导入“交运之星-transtar”软件的数据库中，形成城市虚拟交通平台；

b)基于城市虚拟交通平台，进行交通分配，并记录各个路段的交通流量；

采用步骤a)中构建的城市虚拟交通平台，对城市中的小汽车出行需求量进行交通分配，交通分配的方法为容量限制-最短路分配，即在路段容量允许的条件下，以出行总路径最短进行分配，记录分配后各个路段的交通流量。记录的交通流量包含：高峰小时交通流量以及全日交通流量分配的结果如图2所示，图中的线条表示的为路段的交通流量，线条越粗，则交通流量越大；

c)计算代表性交通流量；

将步骤b)中得到的各个路段的交通流量按照下式计算，得到代表性交通流量：计算后，得到2124个路段的代表性交通流量。其中，代表性交通流量最大的前五个路段为路段序号为1471、1476、1466、97、1452。

d、确定充电站数量；

根据城市的充电需求，确定需要选址的充电站数量为m＝3。

e、确定充电站的地址；

充电站的地址，可以通过遗传算法求解下式得到：

其中，dij为路段i的几何形心到路段j的几何形心的曼哈顿距离，dmin为充电站之间的最小距离。对于路段i，当γi＝1时，则在该路段将设置有充电站；否则当γi＝0时，则在该路段将不设置有充电站。

通过计算机编程，用遗传算法求解上式，得到最后的充电站位置，位于路段1471、1476、1466的沿线。

以上仅是本发明的优先实施方式，应当之处：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应当视为本发明的保护范围。