[發明專利]一種基于機動車行駛模式的道路交通能耗量化方法

有效

• 申請號: 201410262406.7
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104008647A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 黃堅;李四洋;周曉華;呂衛鋒
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G06F19/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;孟卜娟

技術領域

本發明涉及一種基于機動車行駛模式的道路交通能耗量化方法，屬于機動車能耗測量技術領域。

背景技術

近年來，我國經濟快速發展，機動車保有量連年持續快速增加，由此引發的交通能耗以及環境污染已成為不可忽視的問題。目前交通領域針對道路能耗的研究多以小樣本量的數據為基礎，通過交通理論來解釋能耗變化的規律，考慮到城市交通的復雜性，小樣本量的數據難以包含全部信息，大部分的能耗計算模型都存在準確率不高、泛化能力不強的問題。

美國的MOVES(Motor?Vehicle?Emission?Simulator)模型在能耗以及排放的計算上應用比較廣泛，其在計算過程中綜合考慮了車輛的工況分布、行駛特征、氣象以及燃油類型等信息，目前已應用在了美國除加州以外的所有地區，但由于其對本地信息的依賴導致其很難在其他地區取得廣泛應用。除環保部門外，一些汽車廠商及科研機構也基于功率需求或回歸分析的方法建立了多種不同的能耗計算模型，如伊利諾伊大學的Raghu?K.Ganti等人建立的用于環保導航的能耗計算模型，為了得較高的準確率，這一類模型一般需要詳細的道路參數以及行駛參數的支持，復雜度較高。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種基于機動車行駛模式的道路交通能耗量化方法，這種方法準確率及實時性較高、泛化能力及擴展能力強，可在特大城市的復雜路網中推廣應用。

本發明的技術解決方案：一種基于機動車行駛模式的道路交通能耗量化方法，通過以下步驟實現：

(1)對原始數據進行預處理，將機動車的一次完整的行駛旅程劃分為多個長為3min的行駛片段，不足3min的略去；

(2)以行駛片段為單位，計算機動車在此片段上的中觀行駛參數，所述中觀是相對瞬時速度微觀參數而言的，所述中觀行駛參數包括平均速度、加速度噪聲、平均加速度、平均減速度、加速時間比例、減速時間比例、怠速時間比例、平均汽車比功率VSP和速度方差9個參數；基于所述中觀行駛參數構造量化機動車行駛狀態的特征向量，然后通過主成分分析技術來降低特征向量的維度構造出新的特征向量；

所述汽車比功率(Vehicle?Specific?Power)是一種速度、加速度等變量值的計算量，其物理意義為發動機移動車輛所需要輸出的功率，單位為kw/t。其計算公式如下：

VSP＝v×(1.1×a+0.132)+0.000302×v³，其中v為瞬時速度，a為瞬時加速度；

(3)以步驟(2)構造的特征向量為輸入，以特征向量之間的距離作為相似度度量函數進行聚類分析，聚類分析采用可自動發現聚類數目的XMeans算法，在聚類分析過程中以貝葉斯信息準則為指導，不同類簇的聚類中心即代表不同的行駛模式，以特征向量表示，通過聚類總共得到了10種典型的行駛模式，其中每一種行駛模式都代表一類具有相同能耗水平的行駛狀態，行駛模式反映了機動車能耗水平的聚集現象；所述10種典型的行駛模式所對應的特征值如下表：

通過聚類得典型的行駛模式，其中每一種行駛模式都代表一類具有相同能耗水平的行駛狀態，行駛模式反映了機動車能耗水平的聚集現象；所述10種典型的行駛模式所對應的特征值如下表：

10種典型的行駛模式所對應的特征值

其中：P_i表示：第i種行駛模式，F_j表示步驟(2)中構造的第j個特征向量；

10種典型的行駛模式對應的油耗率

其中：P_i表示：第i種行駛模式；

(4)分析不同中觀行駛參數下的行駛模式分布規律，機動車在不同的道路類型以及速度水平下，各行駛模式雖然所占的比例都不相同，但行駛模式分布都比較集中；當道路類型限定為平直路時，機動車行駛模式的分布有更加集中，尤其當機動車行駛速度低于20Km/h時，行駛在平直路上的機動車不會受信號燈的強制干擾，行駛狀態更加順暢，而信號燈附近的機動車多集中在波動較大的行駛模式上，基于以上行駛模式的分布規律，提取每個特征向量的平均速度以及油耗水平，分析各種道路類型下油耗率隨平均速度的變化趨勢，發現在平直路和高架橋道路類型下，油耗率和平均速度呈對數變化趨勢，在紅綠燈道路類型下，油耗率和平均速度呈指數變化趨勢，通過擬合的方法建立道路交通能耗量化方程fuel，得到交通能耗量指標，

其中，fuel為油耗率，單位為L/100km；v表示平均速度，單位為km/h。