[發(fā)明專利]純電動公交線網(wǎng)綜合集成優(yōu)化設(shè)計的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010581155.4
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111754039B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉異;馮雪松;李可萌
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/0631;G06Q50/26;G06N3/006
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 劉源

本發(fā)明提供了一種純電動公交線網(wǎng)綜合集成優(yōu)化設(shè)計的方法，從全局最優(yōu)化的視角出發(fā)，制定一個純電動公交線網(wǎng)綜合集成優(yōu)化設(shè)計框架，實現(xiàn)公交線網(wǎng)布局規(guī)劃、發(fā)車頻率設(shè)置和充電站選址的綜合設(shè)計方案；從公交線網(wǎng)運營者的視角出發(fā)，系統(tǒng)性分析純電動公交線網(wǎng)運營過程，提取其中涉及的主要運營成本，并以此為基礎(chǔ)，建立以總運營成本最小為設(shè)計目標的純電動公交線網(wǎng)綜合集成優(yōu)化設(shè)計模型，通過有效控制運營成本減輕政府財政負擔(dān)，并有效滿足區(qū)域公交客流的運載需求；基于人工魚群智能算法框架構(gòu)建新的模型計算方法，為解決實際規(guī)模的城市純電動公交線網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計問題提出更高效的求解思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及純電動公交技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種純電動公交線網(wǎng)綜合集成優(yōu)化設(shè)計的方法。

背景技術(shù)

目前，國內(nèi)外對純電動公交線網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計問題的研究較少，且這些研究中的大多將公交線網(wǎng)布局規(guī)劃、發(fā)車頻率設(shè)置和充電站選址作為單獨的問題而進行分析，未從全局最優(yōu)化的視角出發(fā)，制定一個純電動公交線網(wǎng)綜合集成優(yōu)化設(shè)計框架。從理論模型的切入點來看，現(xiàn)有研究在構(gòu)建純電動公交線網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計問題的計算目標時，未充分考慮由于純電動公交車的使用和充電站的建設(shè)帶來的運營成本過高，從而造成的政府財政負擔(dān)過重的問題。從計算求解來看，現(xiàn)有研究在求解純電動公交線網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計問題時所提出的計算方法尚未被證實能夠運用于求解實際規(guī)模的純電動公交線網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計問題，計算優(yōu)點尚不明確。

現(xiàn)有的涉及純電動公交線網(wǎng)優(yōu)化的設(shè)計和研究例如Beltran等以公交線網(wǎng)運營成本、公交用戶成本、私家車用戶成本和外部成本的加權(quán)和最小為目標建立模型，進行包括傳統(tǒng)柴油公交車、綠色車輛與私家車在內(nèi)的多方式網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化研究，繼而采用遺傳算法確定最有效的線路子集和相應(yīng)的發(fā)車頻率，并以一個基準網(wǎng)絡(luò)作為測試算例，對其進行優(yōu)化研究；Pternea等構(gòu)建以換乘懲罰、平均出行時間、常規(guī)公交車的尾氣排放量、充電站數(shù)量、常規(guī)公交車數(shù)量和純電動公交車數(shù)量的加權(quán)和最小為目標的非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，進行公交網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化研究；Fusco等以純電動公交車和充電設(shè)施的投資成本和維修成本、人力成本、公交車的能耗和環(huán)境成本以及用戶成本的加和最小為目標建立優(yōu)化模型，解決公交網(wǎng)絡(luò)設(shè)計問題。上述研究均為混合車輛運營下的公交網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計研究，且均沒有考慮充電設(shè)施選址問題；此外，Perrotta等基于一個仿真平臺分析純電動公交車在三種不同類型的公交線路，包括城市公交線路、城際公交線路和繞行線路上行駛的能耗特征，并以波爾圖市內(nèi)的三條公交線路為例進行能耗仿真，但未考慮發(fā)車頻率設(shè)置和充電設(shè)施選址問題。

合理的充電設(shè)施選址優(yōu)化不僅能夠滿足純電動公交車的能源補給需求，而且能夠與區(qū)域供配電系統(tǒng)相結(jié)合，避免造成不必要的資源浪費；Wang等在保證現(xiàn)狀柴油公交線網(wǎng)不變的情況下，以最小化純電動公交車充電系統(tǒng)年總運營成本為目標構(gòu)建混合整數(shù)線性優(yōu)化模型，進行快速充電設(shè)施選址和充電計劃制定的綜合優(yōu)化研究；Wei等考慮在部分柴油公交車或壓縮天然氣公交車被替換成純電動公交車的情況下，以純電動公交車的購買成本和充電站的安裝成本的加和最小為目標建立一個時空優(yōu)化模型，進行快速充電站配置方案的優(yōu)化設(shè)計，與此同時保證既有公交線路布局和發(fā)車頻率不變；此外，Rogge等指出純電動公交車的電池容量大小對于最小化運營成本和保證純電動公交車的運營可行性同樣至關(guān)重要。這是由于不同大小的電池容量將直接影響純電動公交車的續(xù)航里程；對此，Kunith等和Rogge等致力于同時優(yōu)化快速充電設(shè)施和純電動公交車的電池容量；Chen等比較分析了不同類型充電設(shè)施，即充電站、電池交換站和充電車道間的成本競爭力；雖然等分析了純電動公交車的使用對公交線網(wǎng)布局規(guī)劃、發(fā)車頻率設(shè)置、充電設(shè)施選址等的優(yōu)化研究的影響，但各優(yōu)化研究是分階段逐一進行的，難以獲得全局最優(yōu)設(shè)計方案；Iliopoulou等建立雙層優(yōu)化模型同時進行公交線網(wǎng)布局和快速充電器選址的優(yōu)化設(shè)計研究，繼而采用基于粒子群最優(yōu)算法框架的啟發(fā)式算法求解所建立的優(yōu)化模型。所提出的優(yōu)化方法以一個基準網(wǎng)絡(luò)作為測試算例，對其進行優(yōu)化研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實施例提供了一種純電動公交線網(wǎng)綜合集成優(yōu)化設(shè)計的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。