一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法

本发明属于城市公共交通运营管理领域，具体来讲是公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法。

背景技术：

1、近年来随着5g网络、车用无线通信、自动驾驶技术的发展，许多城市开始部署自动驾驶电动公交车（以下简称“公交”），以进一步提升公交系统服务水平。然而受车载电池容量的限制，公交续驶里程有限，如果频繁地对其充电将会极大地影响线路的正常运营。一般有两类方法可以解决这个问题：一类是在公交途经的部分道路上布设动态无线充电设施，实现公交边行驶边充电，提高其续驶里程；另一类是公交在运行过程中执行优化后的节能速度曲线，以降低运行能耗，这同样可以提高其续驶里程。

2、现有的动态无线充电设施布设方法通常以公交的历史行程时间作为优化模型的输入。然而当公交线路布设动态无线充电设施后，公交的运行速度曲线、行程时间将发生变化，比如在布设动态无线充电设施的路段减慢运行速度以获得更多的充电量，在未布设动态无线充电设施的路段提高运行速度以保证准点率。动态无线充电设施布设前后的公交的运行状态存在较大差异。在这种情况下，基于历史行程时间获得的动态无线充电设施布设方案并不能使公交系统达到最佳的运营效益和节能性能。

3、实际上，动态无线充电设施布设与公交速度曲线规划存在相互影响。一方面，动态无线充电设施布设方案将影响公交在线路上的运行速度；另一方面，速度曲线的改变将影响公交的电池荷电状态以及运行能耗，进而影响动态无线充电设施的布设方案。只有将二者进行协同优化，才能生成更加合理的动态无线充电设施布设方案与公交节能速度曲线，从而降低公交系统运行能耗、减少运营成本。为此，本发明提出了一种自动驾驶电动公交节能速度规划与动态无线充电设施布设协同优化方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有方法忽略了公交车队节能速度规划与动态无线充电设施布设之间的相互影响的不足，导致公交系统运行能耗高和运营成本高的问题，而提出一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法。

2、一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法具体过程为：

3、步骤1. 基础数据采集；具体过程为：

4、步骤1.1. 将公交线路按照站点结束位置和交叉口停车线位置划分为h个区段，记录每个区段开始位置距离始发站的距离，记作，单位为米，；

5、步骤1.2. 令表征区段h开始节点的属性；

6、当时，表示区段h开始节点为站点；

7、当时，表示区段h开始节点为交叉口；

8、步骤1.3. 测量公交线路各个区段内的平均道路坡度，记作，单位为度；

9、步骤1.4. 用b表示公交班次的编号，b表示每天运营时间内运营班次总数，；

10、查询发车时刻表，记录公交线路全天运营时间内所有班次在始发站的计划发车时刻，其中班次b在始发站的计划发车时刻记作；

11、步骤1.5. 查询行车计划表，确定公交车队与班次之间的匹配关系，记作；

12、当时，班次b由公交k执行；

13、当时，班次b不被公交k执行，；

14、其中k代表公交车队中的公交数量；

15、步骤1.6. 统计全天运营时间内每个班次每个站点的乘客上下车时间，其中班次b的公交车在区段h的乘客上下车时间用表示，单位为秒；

16、步骤1.7. 记录全天运营时间内公交线路沿线各信号交叉口的周期时长，单位为秒；每个周期的公交相位绿灯启亮时刻以及绿灯时长，单位为秒；

17、步骤1.8. 查询公交车型信息；具体过程为：

18、令表示公交k的电池额定容量，单位为千瓦时；表示公交k的电池充电上限，单位为%；表示公交k的电池放电下限，单位为%；表示公交k的整备质量，单位为千克；表示车辆正面挡风面积，单位为平方米；表示传动系统的效率，单位为%；表示电池效率，单位为%；和分别表示电动机驱动效率和制动效率，单位为%；

19、步骤1.9. 查询动态无线充电设施参数；

20、令表示公交k的充电功率，单位为瓦；表示单位长度发射线圈的购置成本，单位为元/米，表示单个逆变器的购置成本，单位为元/个；

21、步骤2. 定义动态无线充电设施布设和公交车队节能速度曲线协同优化模型的优化变量；

22、步骤3. 构建动态无线充电设施布设和公交车队节能速度曲线协同优化模型；

23、步骤4. 基于混合多目标人工蜂鸟算法求解动态无线充电设施布设和公交车队节能速度曲线协同优化模型，输出外部档案中支配层级最高的食物源的速度矩阵、行驶时间矩阵、停留时间矩阵以及公交线路上动态无线充电设施的布设矩阵作为帕累托解集。

24、本发明的有益效果为：

25、本发明以具有公交专用车道的自动驾驶电动公交系统为研究对象；

26、本发明以保证线路正常运营为前提，建立双目标混合整数非线性规划模型，协同优化公交线路沿途动态无线充电设施发射线圈的位置和长度、逆变器数量、各个班次公交在各行驶阶段的初速度、末速度、行驶时间以及在各站点和交叉口的停留时间。同时提出了一种混合多目标人工蜂鸟算法来求解协同优化模型，在应用传统多目标人工蜂鸟算法搜索更新公交行驶速度曲线的基础上，混合了一个备选池更新策略，用于寻找更优的动态无线充电设施布设方案。这不仅可以降低公交系统内动态无线充电设施布设成本，还可以节约公交车队每日总耗电量。

技术特征：

1.一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

2.根据权利要求1所述的一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法，其特征在于：所述步骤2中定义动态无线充电设施布设和公交车队节能速度曲线协同优化模型优化变量；

3.根据权利要求2所述的一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法，其特征在于：所述步骤3中构建动态无线充电设施布设和公交车队节能速度曲线协同优化模型；

4.根据权利要求3所述的一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法，其特征在于：所述步骤4中基于混合多目标人工蜂鸟算法求解动态无线充电设施布设和公交车队节能速度曲线协同优化模型，输出外部档案中支配层级最高的食物源的速度矩阵、行驶时间矩阵、停留时间矩阵以及公交线路上动态无线充电设施的布设矩阵作为帕累托解集；具体过程为：

5.根据权利要求4所述的一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法，其特征在于：所述步骤4.6中更新蜂鸟所在食物源位置；

6.根据权利要求5所述的一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法，其特征在于：所述步骤4.6.3中蜂鸟执行引导觅食策略如公式(36)所示：

7.根据权利要求6所述的一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法，其特征在于：所述步骤4.6.8中利用公式(38)更新蜂鸟所在食物源位置；

8.根据权利要求7所述的一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法，其特征在于：所述步骤4.9中拥挤距离的获取过程为：

9.根据权利要求8所述的一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法，其特征在于：所述步骤4.7中更新访问表；具体过程为：

10.根据权利要求9所述的一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法，其特征在于：所述步骤4.16中更新备选动态无线充电设施布设集合；执行步骤4.17；

技术总结一种公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法，本发明属于城市公共交通运营管理领域，具体来讲是公交节能速度规划与动态无线充电设施布设方法。本发明的目的是为了解决现有方法忽略了公交车队节能速度规划与动态无线充电设施布设之间的相互影响的不足，导致公交系统运行能耗高和运营成本高的问题。过程为：基础数据采集；定义模型的优化变量；构建动态无线充电设施布设和公交车队节能速度曲线协同优化模型；基于混合多目标人工蜂鸟算法求解动态无线充电设施布设和公交车队节能速度曲线协同优化模型，输出外部档案中支配层级最高的食物源的速度矩阵、行驶时间矩阵、停留时间矩阵以及公交线路上动态无线充电设施的布设矩阵作为帕累托解集。技术研发人员：季金华,别一鸣,李世武,徐亮,刘志远,李赫楠,王琳虹受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27