[發(fā)明專利]一種用于滿足出行續(xù)航要求的交通網(wǎng)絡(luò)均衡計算方法

有效

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• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107103169B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝馳;劉海洋
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

本發(fā)明提出一種用于滿足出行續(xù)航要求的交通網(wǎng)絡(luò)均衡計算方法，在道路網(wǎng)絡(luò)中存在充能站情況下，出行者路徑選擇形成完整路徑、子路徑、純子路徑和可行子路徑等不同路徑選擇，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了滿足出行續(xù)航要求的交通網(wǎng)絡(luò)均衡模型，并使用向量投影法結(jié)合滿足續(xù)航要求的距離限制最短路算法求解該模型。模型能夠求解得到在網(wǎng)絡(luò)中布設(shè)充能站后的流量分布情況，在充能汽車發(fā)展初期，充能站的建設(shè)投入較大，本發(fā)明提出的方法能夠?yàn)槌淠苷镜囊?guī)劃與布設(shè)后的網(wǎng)絡(luò)評價提供有力的量化工具，為科學(xué)合理且最優(yōu)化的選擇充能站布設(shè)地點(diǎn)提供依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于滿足出行續(xù)航要求的交通網(wǎng)絡(luò)均衡計算方法。

背景技術(shù)

新能源汽車憑借其溫室氣體零排放、使用生產(chǎn)成本低的清潔能源和噪音小等優(yōu)點(diǎn)，成為解決我國的環(huán)境污染、資源過度開發(fā)等問題的有力武器。而我國的電動汽車產(chǎn)業(yè)與電動汽車系統(tǒng)的使用也進(jìn)入了方興未艾階段。在電動汽車技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的同時，有很多理論和實(shí)際問題需要予以研究解決。

交通學(xué)者往往基于一些出行者行為上的假設(shè)，構(gòu)建和求解相應(yīng)模型，從而將城市網(wǎng)絡(luò)中任意兩點(diǎn)間的需求分配到道路上，整合后得到路段交通流量值。其中，描述出行者行為方面，用戶均衡準(zhǔn)則是被應(yīng)用較多的原則。交通網(wǎng)絡(luò)的用戶均衡原理可以被描述為，在網(wǎng)絡(luò)達(dá)到均衡時，所有被利用的路線具有相等而且最短的走行時間，未被利用的線路與其相比具有相等或更長的走行時間。

在網(wǎng)絡(luò)均衡過程中，反復(fù)求解最短路問題是尋找迭代方向的必要手段。在化石燃料汽車組成的交通網(wǎng)絡(luò)中，由于加油站分布廣泛且加油時間短暫，所以其最短路問題一般不考慮加油行為對出行者的影響。

但在電動汽車系統(tǒng)中，當(dāng)電池的剩余電量不足以滿足電動汽車當(dāng)前的出行里程需求或者不足以支撐找到新的充電機(jī)會的情形時，電動車出行者會有范圍焦慮(RangeAnxiety)問題出現(xiàn)。同時，電動車的充電時間從幾十分鐘到多達(dá)十幾個小時不等。因此，此時的最短路問題應(yīng)將電動車的中途充電行為囊括進(jìn)來。

現(xiàn)有交通網(wǎng)絡(luò)均衡算法體系中缺少對出行續(xù)航要求的考慮，在充能站充足的交通網(wǎng)絡(luò)中，車輛無需考慮充能問題，當(dāng)充能站的布設(shè)較稀少而不能覆蓋到所有車輛時，車輛在出行時就要考慮剩余能量的多少并結(jié)合充能站的位置做出合適的路徑選擇行為，這些出行者行為集聚后必然影響網(wǎng)絡(luò)流量的分布情況。因此，在交通網(wǎng)絡(luò)均衡模型中，應(yīng)充分考慮車輛的續(xù)航要求。然而迄今為止，還未出現(xiàn)針對滿足出行續(xù)航要求的交通網(wǎng)絡(luò)均衡的模型構(gòu)建與求解方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的用于滿足出行續(xù)航要求的交通網(wǎng)絡(luò)均衡計算方法，包括以下步驟：

步驟1：建立含有充能站的道路系統(tǒng)抽象網(wǎng)絡(luò)，與以往傳統(tǒng)抽象路網(wǎng)相比，該網(wǎng)絡(luò)包括始發(fā)點(diǎn)，終到點(diǎn)，普通節(jié)點(diǎn)和充能節(jié)點(diǎn)。而出行者路徑則分為完整路徑、子路徑、純子路徑和可行子路徑，子路徑示意圖見附圖1。建立在充能站點(diǎn)確定情況下的各個路徑集合。

步驟2：建立滿足出行續(xù)航要求的交通網(wǎng)絡(luò)均衡模型，包括目標(biāo)函數(shù)與約束。其中目標(biāo)函數(shù)為：

上式中，c_ij(ω)為出行費(fèi)用函數(shù)，x_ij為路段ij上的流量。∑_(i，j)表示對所有路段求和，表示對出行費(fèi)用函數(shù)求積分并取值為x_ij和0。

約束包括流量守恒約束式(2)和流量非負(fù)約束式(3)：

其中，表示起點(diǎn)r到訖點(diǎn)s間路徑k的流量，g_rs表示起點(diǎn)r到訖點(diǎn)s間的總需求量，表示對于任意的，W為起訖點(diǎn)集合，K_rs為起訖點(diǎn)rs間的路徑集合。式(1)至(3)與傳統(tǒng)的貝克曼(Beckmann)用戶均衡模型構(gòu)建方式保持一致。

約束還包括式(4)至式(6)：