一种多交叉线路的模块化公交充电调度方法

1.本发明属于城市公交服务技术领域，尤其是涉及一种多交叉线路的模块化公交充电调度方法。


背景技术：

2.公共交通是保证大城市移动效率的关键因素，目前的公共交通系统大多采用固定容量的车辆，容易导致车辆容量和旅行需求之间的不匹配，无法适应出行需求的时空变化。同时，在公共交通系统推行全电动公交车的进程中，普通的全电动公交车出现了运营计划被充电计划打断的问题，导致公共交通系统的运行效率降低、运营成本增加。
3.新兴的模块化车辆技术可以克服这些问题。模块化公交在运输网络中可以在节点上快速重组，适应下游的出行需求。通过对低电量的模块化公交车辆的拆解或替换，可以灵活的适应模块化公交的充电需求。通过灵活的车辆调整，模块化公交车辆可以有效地减少乘客等待时间、提高车辆占用率和不影响运营的灵活充电调度，克服传统公共交通系统的局限性。但是模块化公交在应用中还存在一些等待解决的问题：
4.1.模块化公交车辆与固定容量的车辆相比具有可灵活拆解组合的特性，需要新的编组和调度方式来发挥模块化公交车辆的优势。
5.2.利用模块化公交车辆的特性在公交线路上运营，需要根据出行需求和充电需求合理配置不同线路上模块化公交车辆数量，在保障公交系统运营效率的同时满足模块化公交车辆的充电需求。
6.3.充电中的车辆不能进行运营任务，车辆需要到有充电设施的线路进行充电，需要合理调度车辆和制定充电计划降低运营成本。
7.因此，提出一种多交叉线路的模块化公交充电调度方法，克服模块化公交在应用中的技术瓶颈，提高公共交通系统运行效率，推动公共交通系统绿色发展。


技术实现要素：

8.本发明的目的是针对未来城市公交系统的发展趋势，提供一种多交叉线路的模块化公交充电调度方法。本发明的模块化公交系统运行方法具有如下特点：
9.一、模块化公交车辆在多条交叉的公交线路上运行，在公交线路之间的接驳站点可以进行车队重组，实线不同线路的转换。
10.二、公交线路包括三种：含充电设施的公交线路、不含充电设施但与含充电设施的公交线路直接接驳的公交线路、不含充电设施且不与含充电设施的公交线路直接接驳的公交线路，模块化公交车辆可以通过车队重组转换至含有充电设施的公交线路上进行充电。
11.三、充电设施包括规模较小的路边充电站和规模较大的含有较多充电设施的模块化公交车库，根据充电需求的不同可以在有充电设施的站点进行拆解，运行至路边充电设施进行充电，也可以在线路首末站进行拆解运行至含有充电设施的车库进行充电。
12.本发明能够合理安排多个交叉公交线路上模块化公交车辆的调度和充电，在满足
乘客出行需求的同时，提高运营及充电效率。本发明所公布方法具有很强的灵活性与实用性。
13.针对本发明中的模块化公交车辆、重组以及换乘等术语的解释如下：
14.模块化公交车辆：全电能驱动、城市道路上自动驾驶的公交车辆1，车辆首尾、左右两侧均有可切换开关状态的电动控制车门2，同时配置大容量的蓄电池。模块化公交车辆在运输网络中可以通过动态对接或分离实现快速重组，形成不同规模的模块化公交车队。
15.重组与换乘：模块化公交车辆通过组合形成模块化公交车队3，相邻两个模块化车辆之间的电动控制车门6开启形成通道。在接驳站点13根据乘客换乘需求和电量换线需求分成继续行驶的车队4和转换至另一条线路的车队5，继续乘坐本线路车辆的乘客7通过电动控制门6转移至车队4，需要换乘至另一线路的乘客8通过电动控制门6转移至车队5，换乘结束后关闭电动控制车门6闭合通道，分离车队4和5，与其他模块化公交车队重组或单独在公交线路上运行。
16.本发明的技术方案是：
17.一种多交叉线路的模块化公交充电调度方法，所述公交系统由多条交叉的公交线路组成101112、路边充电设施23、包含充电设施的车库17与若干模块化车辆组成。
18.本发明所述公交运营及充电调度方法如下：
19.本发明所述的公交线路包括三种：含充电设施的公交线路10、不含充电设施但与含充电设施的公交线路直接接驳的公交线路11、不含充电设施且不与含充电设施的公交线路直接接驳的公交线路12。公交线路101112站点固定、包括线路之间的接驳站点13、含有路边充电设施的站点14、普通公交站点15和周边有包含较多充电设施车库的公交首末站16。模块化公交车辆在固定线路上运行，在接驳站点13可以进行车队重组。
20.本发明所述的模块化公交车辆，在包含充电设施的公交线路10上的路边充电设施23或首末站两端的车库17内完成充电。公交线路10上的车辆可以根据需求直接行驶到充电设施23或车库17处进行充电。不含充电设施但与含充电设施的公交线路直接接驳的公交线路11上的模块化公交车辆在接驳站点13通过重组转换至公交线路10，行驶到充电设施23或车库17处进行充电。不含充电设施且不与含充电设施的公交线路直接接驳的公交线路12，通过在多个接驳站点13进行车队重组，转换至公交线路10，行驶到充电设施23或车库17处进行充电。
21.本发明所述的模块化公交车辆可以在接驳站点13根据乘客和电量需求进行重新编组，在运行过程中车队开启电动控制车门6形成通道，并提前通知乘客本节车辆的运行路线，包括继续在本线路上行驶、转换至其他线路和拆解离开车队进行充电，乘客根据自身需求提前进行移动。
22.进一步的，本发明所述模块化公交运营及充电调度方法的求解模型，即计算各模块化车辆编组解编计划表、充电计划表的模型如下：
23.模型的目标函数为运营总成本最小：
[0024][0025]
c为系统运营总成本，j表示系统中模块化公交的数量。电池在使用过程中会产生电量和电池自身的损耗，分别为放电、充电在t时刻单位功率使用成本(￥/kwh)，包
括用电成本和电池折旧成本，和分别为第i辆模块化公交车辆电池放电和充电过程中在t时刻的功率。车辆在行驶过程中会产生折旧等损耗，这一成本与车辆行驶距离ld有关，cd为模块化公交车辆行驶单位距离的损耗成本(￥/km)，l
di
为第i辆模块化公交车辆在运营时间内行驶的距离。co为充电设施成本(￥/个)，ns为投入运营的路边充电设施数量，ng为投入运营的车库充电设施数量。γ为一个合理的较小的松弛变量。
[0026]
模型约束条件为：
[0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034]
为模块化公交车辆i在t时刻的充电状态，为0、1变量，0表示未充电，1表示在充电站m充电，m为充电设施最大容量，约束保证一个模块化公交一次只能在一个充电设施充电，且不超过充电设施最大容量。
[0035]
表示在t时刻站点n需要重新编组的车辆数量，为在t时刻站点n由于充电需求需要重新编组的车辆数量，为在t时刻站点n由于换乘需求需要重新编组的车辆数量。等于和中的最大值。
[0036]
为t时刻模块化公交车辆i在站点n的电量状态，为模块化公交车辆i从站点n到最近的充电设施m的下一个充电设施m+1所需的电量。模块化公交车辆i的剩余电量不足以运行到充电设施m+1时，则需要进行重组运行至充电设施m进行充电。
[0037]
为t时刻在站点n的换乘人数，d为单位模块化公交车辆的额定载客量，为整数。
[0038]
是模块化公交车初始运营时的电量，约束保证模块化公交车辆在投入运营时的电量都是满电量状态。
[0039]
为t+1时刻模块化公交车辆i的电量状态，为t时刻模块化公交车辆i的电量状态，为t时刻到t+1时刻模块化公交车辆i的放电量，为t时刻到t+1时刻模块化公交车辆i的充电量。
[0040]
模型求解：
[0041]
本发明所涉模型为混合整数线性规划模型，采用分支定界法，可以使用ibm cplex商业求解器进行求解。通过求解模型可以确定模块化公交车辆在每个接驳站点的操作，通过换乘需求和电量需求确定模块化公交车队的重组方式，确定每个模块化公交车辆充电设施选择和充电时间。依照模型求解结果确定每个模块化公交的运营路径和充电计划，能够在满足乘客出行需求的同时，提高运营及充电效率，使运营总成本最低。
[0042]
本发明的有益效果，本发明能够合理安排多个交叉公交线路上模块化公交车辆的调度和充电，在满足乘客出行需求的同时，提高运营及充电效率，使系统运营成本最小。
附图说明
[0043]
图1表示本发明所涉及的模块化公交车辆。
[0044]
图2表示本发明所涉及的模块化车辆重组和换乘。
[0045]
图3表示本发明的实施例。
具体实施方式
[0046]
下面将结合附图实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，以便本领域的技术人员能够更好地理解本发明。
[0047]
实施例
[0048]
本例如图3所示，为由多条交叉的公交线路组成10、11、12、路边充电设施23、包含充电设施的车库17与若干模块化车辆组成的公共交通系统。
[0049]
1、公交线路10、11、12上的模块化公交车辆根据乘客需求确定初始编组和发车间隔；
[0050]
2、在包含充电设施的公交线路10上，在电量充足的情况下，根据乘客换乘需求，模块化公交车辆可以在接驳站点13重组进入其他公交线路，公交线路10上车辆可以通过路边充电设施23或首末站两端的车库17内的充电设施完成充电；电量不足的车辆21在含有路边充电设施的站点14拆解，乘客在运行过程中提前转移至车辆20，到达站点14后，车辆21离开运行车队到路边充电设施23处进行充电；
[0051]
3、不含充电设施但与含充电设施的公交线路直接接驳的公交线路11上，根据乘客换乘需求和充电需求，模块化公交车辆可以在接驳站点13重组进入包含充电设施的公交线路10；模块化公交车队提前告知乘客各个车辆未来运行线路，旅客提前进行换乘，在接驳站点13进行车队重组，车队19继续在公交线路11上运行，车队18转换到公交线路10运行；
[0052]
4、不含充电设施且不与含充电设施的公交线路直接接驳的公交线路12上，根据充电需求，在多个接驳站点13进行车队重组，转换至公交线路10；
[0053]
5、如果某个站点或车库需要充电的模块化公交车辆数据大于充电设施数量，则需要等待；
[0054]
6、如果乘客需求大于当前供给、模块化公交车辆在充满电后继续投入运营；
[0055]
7、如果乘客需求小于当前供给、多余的模块化公交车辆拆解离开车队在指定位置待命；
[0056]
8、第二天运营开始前保证所有模块化公交车辆的电量都是满电状态；
[0057]
9、循环以上步骤。
[0058]
由于模型的约束与优化，本发明所涉及的模块化公交运营及充电调度方法能够合理安排多个交叉公交线路上模块化公交车辆的调度和充电，在满足乘客出行需求的同时，提高运营及充电效率。