一种基于全局优化的电动客车运营系统及方法与流程

本发明涉及一种基于全局优化的电动客车运营系统及方法。

背景技术：

互联网叫车拼车出行已经渐为大众接受，且呈增长趋势。城际之间的拼车出行，因其独特的服务特征，例如“门对门”服务，符合需求个性化、舒适化和经济化等特点，已经成为城际巴士班车、城际列车、自驾车等方式互补。目前流行的拼车软件有两种模式：( 1 )以滴滴拼车为例的散客对散车的C2C模式；其散车以社会车辆为主，包括黑车和私家车。( 2 )以神州专车软件为例的散客对软件承运商的B2C模式。以上两种模式，均不适用于中型客车（车座多余小型车）的运输模式，使得对于中型客车的网络叫车不方便。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于全局优化的电动客车运营系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于全局优化的电动客车运营系统，包括一个具备全局优化和自动调度能力的数据中心，若干配备智能网联化车载系统的电动客车，若干数量的为车辆提供停靠和中转服务、充/换电服务、紧急救援和维修服务的服务站；所述的数据中心将乘客订单中根据预订信息中出发地和目的地的关系，将这些订单分为两类：（1）D2H：指多个乘客从不同的出发地上车，然后在相同的目的地下车；对于此类订单，需要乘客在预订时输入包括上车点和最晚到达目的地的时间在内的关键信息；（2）H2D：指多个乘客从相同的出发地上车，然后在不同的目的地下车；对于此类订单，需要乘客在预订时输入包括下车点和大概的出发时间在内的关键信息；并对于两类订单，分别执行对应的任务规划；所述的电动客车根据规划进行任务实施。

所述的数据中心至少包括：

一个车辆远程监控系统：用于获取车辆的位置信息和状态信息，并且进行数据的传输与接收；

一个订单管理系统：用于获取当前已完成预订操作的所有乘客的预订信息，并且根据出发地和目的地的关系，将这些订单分为两类；

一个数据分析和处理系统：用于在乘客验证下车后，根据每个乘客的实际乘坐里程计算相应的费用，并将账单发送至每个乘客的客户端或者APP；以及在车辆完成当前的D2H/H2D任务后，对车辆的包括剩余电量、故障情况在内的健康状况做一个评估，以决定是否需要让车辆前往附近的服务站进行充/换电或者维护，若车辆健康状况良好，则进入待命状态或者准备开始下一个任务；

一个实时规划和调度系统：

对于D2H订单，在乘客上车前，根据获取到的当前所有车辆的位置和状态信息以及当前已完成预订操作的所有乘客的预订信息后，按预先设定的综合性能指标对车辆和乘客的匹配，以及车辆的运行时间和路线进行全局优化，并在满足相关约束条件的前提下寻找到最佳的运行方案；

对于H2D订单，在乘客上车前，确定发车点各时间段车辆的数量，并通过车队任务派发子系统调配空闲或即将空闲的车辆在相应的时间段抵达发车点待命，同时通过订单确认信息派发子系统告知乘客上车的具体位置和时间段；在乘客上车后，获取乘客的验证身份并提取已上车乘客的下车点信息，并根据下车点信息自动规划车辆的行驶路径；

所述的智能网联化车载系统至少包括：

一个卫星定位装置：用于实时获取电动客车的定位数据；

一个远程数据收发装置：用于与数据中心的进行远程数据的收发；

一个CAN总线数据读写装置：用于获取/写入CAN总线的数据；

一个路径规划和导航装置：用于将接收到的数据中心发送的路径规划以及导航数据并进行显示；

一个乘客身份识别装置：用于乘客在上/下车时进行身份验证；

一个驾驶员身份识别装置：用于识别驾驶员身份；

一个驾驶员人机交互装置：用于驾驶员进行人机交互；

所述的服务站包括：

一个信息接收和处理系统：用于数据的远程接收与初步处理；

一个任务派遣及跟踪系统：用于向在服务站中的车辆进行任务的派遣，以及对派遣出去的车辆的实时跟踪；

一个充/换电实时监测系统：用于对剩余电量不足的车辆进行充/换电处理并进行实时检测。

一种基于全局优化的电动客车运营方法，它包括以下步骤：

S1：数据中心通过车辆远程监控系统以及每台车上安装的智能网联化车载系统，获取当前所有车辆的位置和状态信息；

S2：每个乘客通过在电脑或手机上安装的客户端或APP进行预定，数据中心通过其所包含的订单管理系统，获取当前已完成预订操作的所有乘客的预订信息；

S3：数据中心根据预订信息中出发地和目的地的关系，将这些订单分为两类：

（1）D2H：指多个乘客从不同的出发地上车，然后在相同的目的地下车；对于此类订单，需要乘客在预订时输入包括上车点和最晚到达目的地的时间在内的关键信息；

（2）H2D：指多个乘客从相同的出发地上车，然后在不同的目的地下车；对于此类订单，需要乘客在预订时输入包括下车点和大概的出发时间在内的关键信息；

S4：对于两类订单，分别执行对应的订单处理及车队任务规划子步骤和任务实施及运行监测子步骤；

S5：车队所有车辆在当天运营结束后，驶入最近的服务站并停机入库。

所述的车载系统包括一个卫星定位装置、一个远程数据收发装置、一个CAN总线数据读写装置、一个路径规划和导航装置、一个乘客身份识别装置、一个驾驶员身份识别装置以及一个驾驶员人机交互装置；

所述的数据中心包括一个车辆远程监控系统、一个订单管理系统、一个数据分析和处理系统和一个实时规划和调度系统；

所述的服务站可以为车辆提供停靠和中转服务、充/换电服务、紧急救援和维修服务；其中，每一个服务站包括一个信息接收和处理系统、一个任务派遣及跟踪系统和一个充/换电实时监测系统。

对于D2H订单的S4步骤，所述的订单处理及车队任务规划子步骤包括：

S4111：根据当前所有车辆的位置和状态信息，以及当前已完成预订操作的所有乘客的预订信息后，按预先设定的综合性能指标对车辆和乘客的匹配，以及车辆的运行时间和路线进行全局优化，并在满足相关约束条件的前提下寻找到最佳的运行方案；

S4112：通过车队任务派发子系统将相关的信息分别传递给车辆，即将对应运输任务下载到每台车的车载系统；同时通过订单确认信息子系统将相关的信息派发给乘客，即通过客户端或者APP显示车辆的行驶计划和预计抵达上车点的时间信息；

对于D2H订单的S4步骤，所述的任务实施及运行监测子步骤包括：

S4121：车辆的车载系统首先会自动加载从数据中心发来的最新的包括运行时间和路径在内的运行方案，并自动启动导航；

S4122：驾驶员按照导航的提示，驱车依次前往运行路线上的各个上车点；

S4123：当车辆抵达运行路线上的某个上车点后，在该点等待的乘客进行身份验证后并登车；

S4124：当车辆从各个上车点接到所有乘客后，将驶往最终的目的地；

S4125：车辆抵达最终目的地后，乘客依次进行身份验证后下车，与此同时，运营系统将根据每个乘客的实际乘坐里程计算相应的费用，并将账单发送至每个乘客的客户端或者APP；

S4126：车辆完成当前的D2H任务后，运营系统将对车辆的包括剩余电量、故障情况在内的健康状况做一个评估，以决定是否需要让车辆前往附近的服务站进行充/换电或者维护；若车辆健康状况良好，则进入待命状态或者准备开始下一个任务。

对于H2D订单的S4步骤，所述的订单处理及车队任务规划子步骤包括：

确定发车点各时间段车辆的数量，并通过车队任务派发子系统调配空闲或即将空闲的车辆在相应的时间段抵达发车点待命，同时通过订单确认信息派发子系统告知乘客上车的具体位置和时间段。

对于H2D订单的S4步骤，所述的任务实施及运行监测子步骤包括：

S4221：三类车辆排队依次进入发车点，等待乘客的到来；所述的三类车辆包括已在发车点待命的车辆、已执行完D2H任务且健康状况良好的车辆、从附近服务站临时抽调过来的车辆；

S4222：按照先到先上车和坐满即走的原则，乘客到达发车点后，排队进行身份验证后依次上车；与此同时，运营系统通过车辆与数据中心的远程通讯对乘客身份进行验证并提取已上车乘客的下车点信息；

S4223：车载系统会根据下车点信息自动规划车辆的行驶路径并启动导航；

S4224：驾驶员则按照导航的提示，驱车依次前往运行路线上的各个下车点；当车辆抵达运行路线上的某个下车点后，相关的乘客刷二代身份证下车，与此同时，运营系统根据下车乘客的实际乘坐里程计算相应的费用，并将账单发送至下车乘客的客户端或者APP；

S4225：当车辆完成当前的H2D任务后，运营系统将对车辆的包括剩余电量、故障情况在内的健康状况做一个评估，以决定是否需要让车辆前往附近的服务站进行充/换电或者维护；若车辆健康状况良好，则进入待命状态或者准备开始下一个任务。

本发明的有益效果是：本发明适用于交通枢纽（Hub）同多个分散位置节点（Door）之间通常由中型客车（10~20座）承担的运输服务，根据用户的预订信息中出发地和目的地的关系，将预定的订单分为两类Door-to-Hub（D2H）和Hub-to-Door（H2D），对于两类订单采用不同的处理规划与实施监测。

附图说明

图1为本发明结构方框图；

图2为本发明方法流程图；

图3为D2H订单处理及车队任务规划子步骤流程图；

图4为D2H任务实施及运行监测子步骤流程图；

图5为H2D订单处理及车队任务规划子步骤流程图；

图6为H2D任务实施及运行监测子步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：如图1所示，一种基于全局优化的电动客车运营系统，包括一个具备全局优化和自动调度能力的数据中心，若干配备智能网联化车载系统的电动客车，若干数量的为车辆提供停靠和中转服务、充/换电服务、紧急救援和维修服务的服务站；所述的数据中心将乘客订单中根据预订信息中出发地和目的地的关系，将这些订单分为两类：（1）D2H：指多个乘客从不同的出发地上车，然后在相同的目的地下车；对于此类订单，需要乘客在预订时输入包括上车点和最晚到达目的地的时间在内的关键信息；（2）H2D：指多个乘客从相同的出发地上车，然后在不同的目的地下车；对于此类订单，需要乘客在预订时输入包括下车点和大概的出发时间在内的关键信息；并对于两类订单，分别执行对应的任务规划；所述的电动客车根据规划进行任务实施。

所述的数据中心至少包括：

一个车辆远程监控系统：用于获取车辆的位置信息和状态信息，并且进行数据的传输与接收；

一个订单管理系统：用于获取当前已完成预订操作的所有乘客的预订信息，并且根据出发地和目的地的关系，将这些订单分为两类；

一个数据分析和处理系统：用于在乘客验证下车后，根据每个乘客的实际乘坐里程计算相应的费用，并将账单发送至每个乘客的客户端或者APP；以及在车辆完成当前的D2H/H2D任务后，对车辆的包括剩余电量、故障情况在内的健康状况做一个评估，以决定是否需要让车辆前往附近的服务站进行充/换电或者维护，若车辆健康状况良好，则进入待命状态或者准备开始下一个任务；

一个实时规划和调度系统：

对于D2H订单，在乘客上车前，根据获取到的当前所有车辆的位置和状态信息以及当前已完成预订操作的所有乘客的预订信息后，按预先设定的综合性能指标对车辆和乘客的匹配，以及车辆的运行时间和路线进行全局优化，并在满足相关约束条件的前提下寻找到最佳的运行方案；

对于H2D订单，在乘客上车前，确定发车点各时间段车辆的数量，并通过车队任务派发子系统调配空闲或即将空闲的车辆在相应的时间段抵达发车点待命，同时通过订单确认信息派发子系统告知乘客上车的具体位置和时间段；在乘客上车后，获取乘客的验证身份并提取已上车乘客的下车点信息，并根据下车点信息自动规划车辆的行驶路径；

所述的智能网联化车载系统至少包括：

一个卫星定位装置：用于实时获取电动客车的定位数据；

一个远程数据收发装置：用于与数据中心的进行远程数据的收发；

一个CAN总线数据读写装置：用于获取/写入CAN总线的数据；

一个路径规划和导航装置：用于将接收到的数据中心发送的路径规划以及导航数据并进行显示；

一个乘客身份识别装置：用于乘客在上/下车时进行身份验证；

一个驾驶员身份识别装置：用于识别驾驶员身份；

一个驾驶员人机交互装置：用于驾驶员进行人机交互；

所述的服务站包括：

一个信息接收和处理系统：用于数据的远程接收与初步处理；

一个任务派遣及跟踪系统：用于向在服务站中的车辆进行任务的派遣，以及对派遣出去的车辆的实时跟踪；

一个充/换电实时监测系统：用于对剩余电量不足的车辆进行充/换电处理并进行实时检测。

一种基于全局优化的电动客车运营方法，如图2所示，其包括以下步骤：

S1：数据中心通过车辆远程监控系统以及每台车上安装的智能网联化车载系统，获取当前所有车辆的位置和状态信息；

S2：每个乘客通过在电脑或手机上安装的客户端或APP进行预定，数据中心通过其所包含的订单管理系统，获取当前已完成预订操作的所有乘客的预订信息；

S3：数据中心根据预订信息中出发地和目的地的关系，将这些订单分为两类：

（1）D2H：指多个乘客从不同的出发地上车，然后在相同的目的地下车（例如，送机服务）；对于此类订单，需要乘客在预订时输入包括上车点（例如，酒店或小区的名称，或者在地图上选取精确的上车点）和最晚到达目的地的时间（例如，航班起飞前一个小时）在内的关键信息；

（2）H2D：指多个乘客从相同的出发地上车，然后在不同的目的地下车（例如，接机服务）；对于此类订单，需要乘客在预订时输入包括下车点和大概的出发时间（例如，航班降落后40分钟）在内的关键信息；

S4：对于两类订单，分别执行对应的订单处理及车队任务规划子步骤和任务实施及运行监测子步骤；

S5：车队所有车辆在当天运营结束后，驶入最近的服务站并停机入库。

步骤S3中的分类通过在数据中心的数据分析和处理系统实现，数据分析和处理系统分别判断用户的出发地和目的地是否保存在出发地数据库和目的地数据库中以实现订单类型的分类。

对于D2H订单的S4步骤，如图3所示，所述的订单处理及车队任务规划子步骤包括：

S4111：根据当前所有车辆的位置和状态信息，以及当前已完成预订操作的所有乘客的预订信息后，按预先设定的综合性能指标（例如，总路程最短、总时间最少、总电量消耗最低等等）对车辆和乘客的匹配（哪些车去接哪些人），以及车辆的运行时间和路线（每台车该如何去完成所分配的运输任务）进行全局优化，并在满足相关约束条件（例如，每个乘客设定的最晚到达时间等）的前提下寻找到最佳的运行方案；

S4112：通过车队任务派发子系统将相关的信息分别传递给车辆，即将对应运输任务下载到每台车的车载系统；同时通过订单确认信息子系统将相关的信息派发给乘客，即通过客户端或者APP显示车辆的行驶计划和预计抵达上车点的时间信息；

对于D2H订单的S4步骤，如图4所示，所述的任务实施及运行监测子步骤包括：

执行D2H任务的车辆通常从其中一个服务站出发。

S4121：车辆的车载系统首先会自动加载从数据中心发来的最新的包括运行时间和路径在内的运行方案，并自动启动导航；

S4122：驾驶员按照导航的提示，驱车依次前往运行路线上的各个上车点；

S4123：当车辆抵达运行路线上的某个上车点后，在该点等待的乘客进行身份验证后并登车；（之前已用身份证号进行了预订，或者是预订之后生成了供扫描的二维码）

S4124：当车辆从各个上车点接到所有乘客后，将驶往最终的目的地；

S4125：车辆抵达最终目的地后，乘客依次进行身份验证后下车，与此同时，运营系统将根据每个乘客的实际乘坐里程计算相应的费用，并将账单发送至每个乘客的客户端或者APP（乘客随后可通过微信/支付宝/信用卡等多种方式进行支付）；

S4126：车辆完成当前的D2H任务后，运营系统将对车辆的包括剩余电量、故障情况在内的健康状况做一个评估，以决定是否需要让车辆前往附近的服务站进行充/换电或者维护；若车辆健康状况良好，则进入待命状态或者准备开始下一个任务。

同D2H可以根据乘客选择的上车点和所有车辆的位置和状态提前进行人-车分配和路径规划的运行模式相比，H2D则只能根据某时间段预订该服务的人数来估计该时间段发车点所需车辆的数量。对于H2D而言，由于各个时间段从发车点上车的乘客较多，而且乘客到达发车点的实际时间同预订时选择的时间往往有偏差（例如航班晚点等），所以比较适合采用“先到先上车”和“坐满即走”的运行模式（而不是像D2H那样提前进行人-车分配和路径规划）。

对于H2D订单的S4步骤，如图5所示，所述的订单处理及车队任务规划子步骤包括：

确定发车点各时间段车辆的数量，并通过车队任务派发子系统调配空闲或即将空闲的车辆在相应的时间段抵达发车点待命，同时通过订单确认信息派发子系统告知乘客上车的具体位置和时间段。

H2D的路径规划不在此阶段进行（由于实行乘客随机登车的模式，需要等该车所有乘客刷二代身份证登车后才能确定相应的下车点信息和规划该车的行驶路径）。

对于H2D订单的S4步骤，如图6所示，所述的任务实施及运行监测子步骤包括：

S4221：三类车辆排队依次进入发车点，等待乘客的到来；所述的三类车辆包括已在发车点待命的车辆、已执行完D2H任务且健康状况良好的车辆、从附近服务站临时抽调过来的车辆；

S4222：按照先到先上车和坐满即走的原则，乘客到达发车点后，排队进行身份验证后依次上车；与此同时，运营系统通过车辆与数据中心的远程通讯对乘客身份进行验证并提取已上车乘客的下车点信息（根据乘客身份证号从数据库中提取相应的下车点信息，该信息需要乘客在预订时提供）；

S4223：车载系统会根据下车点信息自动规划车辆的行驶路径并启动导航；

S4224：驾驶员则按照导航的提示，驱车依次前往运行路线上的各个下车点；当车辆抵达运行路线上的某个下车点后，相关的乘客刷二代身份证下车，与此同时，运营系统根据下车乘客的实际乘坐里程计算相应的费用，并将账单发送至下车乘客的客户端或者APP；

S4225：当车辆完成当前的H2D任务后，运营系统将对车辆的包括剩余电量、故障情况在内的健康状况做一个评估，以决定是否需要让车辆前往附近的服务站进行充/换电或者维护；若车辆健康状况良好，则进入待命状态或者准备开始下一个任务。。