本发明涉及一种基于云计算的电动汽车充电设施运行状态分析系统及方法。
背景技术：
随着国家政府陆续出台一系列电动汽车发展扶持政策，我国电动汽车保有量持续高速增长，2015年10月，国务院办公厅印发《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》(以下简称《意见》)，部署加快推进电动汽车充电基础设施建设工作。《意见》指出，大力推进充电基础设施建设，有利于解决电动汽车充电难题，是发展新能源汽车产业的重要保障。《意见》明确，我国将以纯电驱动为新能源汽车发展的主要战略取向，按照统筹规划、科学布局，适度超前、有序建设，统一标准、通用开放，依托市场、创新机制的原则，力争到2020年基本建成适度超前、车桩相随、智能高效的充电基础设施体系，满足超过500万辆电动汽车的充电需求。
电动汽车的普及必须配套建设充足的充电基础设施，各类充电桩将大规模分布于居民区、商业区、工作区等，因此对电动汽车充电基础设施的运行效果分析显得十分必要，目前在节能效果已取得一定成果的前提下，迫切需要有相关的研究机构开展电动汽车公共充电设施的运行效能在线分析评估研究，确定效能评估的关键因素，以解决政府部门对节能监管的技术问题，为电动汽车管理部门实施电动汽车的节能审查和监管提供技术参考，减少电动汽车充电不必要的能源消耗。
技术实现要素：
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于云计算的电动汽车充电设施运行状态分析系统及方法，本发明通过整合云计算技术，解决充电设施海量数据的存储问题，可以有效改进和提升电动汽车公共充电设施运行效果，具有良好的社会效益。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于云计算的电动汽车充电设施运行状态分析系统，包括数据采集模块、数据处理模块、云计算管理模块、智能分析决策模块和运行中心，其中：
所述数据采集模块，被配置为采集电动汽车充电设施的实时数据；
所述数据处理模块，被配置为对充电数据进行过滤和筛选，提取有效信息，利用预先设置的评估算法模型进行充电设施的运行状态数据的计算；
所述云计算管理模块，被配置为接收并分析查询请求，根据请求内容从数据处理模块调度相应的数据；
所述智能分析决策模块，被配置为根据充电设施的运行状态数据和评估算法模型，分析充电设施的运行效果，并上传所述效果数据给运行中心；
所述运行中心，被配置为调取并存储其他模块的相应数据，接收服务请求，返回相应的响应结果。
所述数据处理模块，包括数据处理单元、数据模型库单元和数据计算单元；
所述数据处理单元，被配置为对数据进行清洗，提取有效信息，并将有效数据传输到数据计算单元模块中；
所述数据模型库单元，被配置为存储计算模型以及充电设施运行效果评估算法模型；
所述数据计算单元，被配置为与运行中心通过网络进行数据的交互，通过数据模型库单元存储的计算模型计算充电设施运行效果数据指标结果，并将计算结果上传到系统运行中心。
所述云计算管理模块，包括云计算客户端，所述云计算客户端具体包括事务触发模块和数据查询模块，所述事务触发模块被配置为接收用户发出的查询请求；所述数据查询模块，被配置为查看云计算服务端的分析结果。
所述云计算管理模块，还包括云计算服务端，所述云计算服务端具体包括事务处理服务模块和数据分析模块，所述事务处理服务模块，被配置为处理用户的查询请求，并请查询请求传递给数据分析模块；所述数据分析模块被配置为分析的用户请求，并根据用户的请求内容给数据处理模块索要相应的数据，并向智能分析决策模块提供数据。
所述运行中心，包括应用服务器、前置服务器、数据存储服务器和云服务器，所述应用服务器包括至少一台用于发布系统应用程序的服务器，用于中心系统的运行；
所述前置服务器包括至少一台用于充电设施数据采集的服务器，被配置为获取电动汽车充电设施运行数据的采集；
所述数据存储器包括至少一台关系数据库服务器和至少一台实时数据库服务器，所述关系数据库被配置为存储充电设施信息、充电设施计算模型、充电设施运行效果评估算法模型、充电设施历史数据、计算分析得出的数据，所述实时数据库被配置为存储电动汽车实时运行数据以及充电实时运行数据。
所述云服务器是基于云平台存储，应用到服务器终端，其应用端包括服务器和客户端，采用B/S体系结构模型，由其客户端向服务器发送HTTP服务请求，服务器向客户端返回HTTP响应。
一种电动汽车充电设施运行状态评估方法，具体包括：
(1)以评估指标体系的结构和其各个要素均满足服务优化为目标，采用服务分解和层次结构分析法，由目标层分解成准则层，再分解成指标层，组成树状结构的指标体系模型；
(2)采集电动汽车的充电设施的状态测量数据，进行分析和挖掘，并对数据进行清洗，提取有效信息；根据运行数据确定服务能力指标评价因素集和评判集，运用模糊综合评价方法，分析测算电动汽车充电设施服务能力现状；
(3)根据运行评估结果和效益评估结果，判断公共充电设施运行情况；
(4)依据充电设施运行效果服务能力的指标体系模型生成最终的运行效果分析结果，指导充电设施的运行。
所述步骤(1)中，对运行评估指标、效益评估指标模型进行建模，通过整理对电网的影响、充电设施建设、服务能力、电动汽车、经济效益和社会效益的关键指标信息，提取特征行为和属性，搭建模型框架，完成相应的对象的建模工作。
所述步骤(1)中，运行评估指标具体包括服务车辆数、充电时长、客户等待时长、充电价格、充电模式和/或充电设施运营时长。
所述步骤(1)中，效益评估指标具体包括经济效益和社会效益，所述经济效益包括建设成本、运营成本、用户充电成本、运营收益以及回报率，所述社会效益包括节能减排、安全系数和/或方便性。
所述步骤(2)中，充电设施运行状态服务能力计算方法为：
上述公式中，E(t)为t时段充电服务能力，CA、CD分别为运行评估影响因子和效益评估影响因子。VA(t)和VD(t)分别为运行评估和效益评估中充电需求次数。
所述步骤(2)中，运行评估影响因子CA包括服务车辆数、充电时长、客户等待时长、充电价格、充电模式、充电设施运营时长等因素综合分析。
所述步骤(2)中，效益评估影响因子CD包括经济效益和社会效益，分别从运营收益、回报率、节能减排等因素综合分析。
所述步骤(3)中，所述运行评估效果，是根据充电设施运行效果服务能力的指标体系运算分析获取的结果，所述运行评估影响因子包括服务车辆数、充电时长、客户等待时长、充电价格、充电模式和/或充电设施运营时长的因素综合分析，效益评估效果，是根据充电设施运行效果服务能力的指标体系运算分析获取的结果，所述运行评估影响因子包括经济效益和社会效益，分别从运营收益、回报率、节能减排等因素综合分析。
本发明的工作原理为：利用云计算技术，其中云计算客户端分布式部署在该地区范围内的监管部门，收集充电设施的充电数据并进行储存，云计算客户端接收到这部分数据后，数据信息通过云计算服务端最终反馈给智能分析决策模块，智能分析决策模块会对这部分数据进行抽取，对各阶段数据进行分析和挖掘，并对数据进行清洗，提取有效信息，通过对这部分数据的分析，来指导充电设施的运行。
本发明的有益效果为：
(1)采用云计算网络，利用云计算将大程序分割成小程序模块然后整合形成分析结果的特点，实现了分散数据的统一整合，利用了云计算技术进行海量数据的处理，解决了充电设施数据不断增长对系统造成的影响；
(2)目前国内外的研究主要针对电动汽车充电设施的经济性和性能的经济评价为主，缺少针对电动汽车充电设施运行效果与服务能力的评价指标体系和经济评价。而对于电动汽车公共充电设施实时在线分析，互联网技术正在发挥重大影响力，尤其在公共服务方面发挥着越来越大的作用，这也是今后研究的一个发展方向态。
附图说明
图1为一种基于云计算的电动汽车充电设施运行状态分析系统结构示意图；
其中，1.数据采集装置，2.数据处理模块，3.云计算管理模块，4.智能分析决策模块，5.运行中心，6.应用服务器，7.前置服务器，8.数据存储服务器，9.云服务器，10.数据处理单元，11.数据模型库单元，12.数据计算单元，13.数据分析单元，14.云计算客户端，15.云计算服务端，16.事务触发模块，17.数据查询模块，18.事务处理模块，19.数据分析模块，20.充电设施。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于云计算技术的电动汽车充电设施运行效果在线分析系统，其特征在于：包括数据采集装置1、数据处理模块2、云计算管理模块3、智能分析决策模块4、系统运行中心5。
所述数据采集装置1采用专利“一种基于云服务器的数据采集装置”(专利号：ZL 201210222064.7)的所描述的数据采集装置1。用于电动汽车充电设施20的充电实时数据采集，所述数据采集装置1采集的数据包括但不限于：智能充电设施20的充电状态、充电电压、充电电流、充电时间、电池容量、SOC及充电设施可提供的其他测量数据；
所述数据处理模块2，包括数据处理单元10、数据模型库单元11、数据计算单元12以及数据分析单元13，所述数据处理单元10用于对数据进行清洗，提取有效信息，并将有效数据传输到数据计算单元模块中；
所述数据模型库单元11，用于存储计算模型以及充电设施20运行效果评估算法模型；
所述数据计算单元12与在线分析装置通过网络进行数据的交互，通过数据模型库单元11存储的计算模型计算充电设施20运行效果数据指标结果，并将计算结果上传到系统运行中心5；
所述云计算管理模块3，包括云计算客户端14、云计算服务端15，所述云计算客户端14包括事务触发模块16和数据查询模块17。所述事务触发模块16用于用户发出查询请求；所述数据查询模块17用于查看分析结果。
所述云计算服务端15包括事务处理服务模块18和数据分析模块19。所述事务处理服务模块18负责处理用户的查询请求，并请查询请求传递给数据分析模块19。所述数据分析模块19负责分析的用户请求，并根据用户的请求内容给数据处理模块2索要相应的数据，并向智能分析决策模块4提供数据。
所述智能分析决策模块4依据充电设施20运行效果评估算法模型分析充电设施的20运行效果，并将分析结果上传到系统运行中心5；
所述运行中心5，包括应用服务器6、前置服务器7、数据存储服务器8和云服务器9，所述应用服务器6包括至少一台用于发布系统应用程序的服务器，用于中心系统的运行；
所述前置服务器7包括至少一台用于充电设施数据采集的服务器，用于获取电动汽车充电设施运行数据的采集；
所述数据存储器8包括至少一台关系数据库服务器和至少一台实时数据库服务器，所述关系数据库用于存储充电设施信息、充电设施计算模型、充电设施运行效果评估算法模型、充电设施历史数据、计算分析得出的数据，所述实时数据库用于存储电动汽车实时运行数据以及充电实时运行数据；
所述云服务器9是基于云平台存储，应用到服务器终端。其应用端包括服务器和客户端，采用B/S体系结构模型，由其客户端向本服务器发送HTTP服务请求，服务器向客户端返回HTTP响应。
一种基于上述电动汽车充电设施运行效果在线分析系统的评估方法，包括以下步骤：
(1)系统建模：设计一套科学、完整，能够多角度、全方位反应充电设施运行效果服务能力的指标体系模型，是进行公共充电设施运行效果服务能力评估的基础。以评估指标体系的结构和各个要素均满足服务优化为目标，采用服务分解和层次结构分析法(AHP)，由目标层分解成准则层，再分解成指标层，组成树状结构的指标体系模型。
(2)数据采集：数据采集装置此时通过RS232、RS485总线、CAN总线、以太网、无线等方式开始采集充电设施的充电状态、充电电压、充电电流、充电时间、电池容量、SOC及充电设施可提供的其他测量数据。数据采集装置与服务器之间允许通过光纤以太网、无线方式以TCP/IP协议作为传输层协议进行通讯连接。
(3)数据处理：对采集的这部分数据进行分析和挖掘，并对数据进行清洗，提取有效信息，并将数据发送至云计算客户端。
(4)云计算：云计算客户端接收到这部分数据后，数据信息通过云计算服务端最终反馈给智能分析决策模块，智能分析决策模块根据公共充电设施运行效果服务能力的指标体系模型判断充电设施运行情况。
(5)智能分析决策：由智能分析决策模块依据充电设施运行效果服务能力的指标体系模型生成最终的运行效果分析结果，并将分析结果保存到系统运行中心的数据存储服务器中。
(6)数据查看：通过以上数据的流转后，最终由其客户端向本服务器发送HTTP服务请求，服务器向客户端返回HTTP响应。
其中：
以评估指标体系的结构和各个要素均满足服务优化为目标，采用服务分解和层次结构分析法，由目标层分解成准则层，再分解成指标层，组成树状结构的指标体系模型；
建模是指对运行评估指标、效益评估指标模型进行建模，通过整理对电网的影响、充电设施建设、服务能力、电动汽车、经济效益和社会效益的关键指标信息，提取特征行为和属性，搭建模型框架，完成各种关键对象的建模工作。
所述运行评估指标服务车辆数、充电时长、客户等待时长、充电价格、充电模式、充电设施运营时长等指标构成。
效益评估指标包括经济效益和社会效益，所述经济效益包括建设成本、运营成本、用户充电成本、运营收益以及回报率等指标构成。所述社会效益包括节能减排、安全系数、方便性等指标构成。
所述采集电动汽车的充电设施的状态测量数据，进行分析和挖掘，并对数据进行清洗，提取有效信息；根据这部分运行数据确定服务能力指标评价因素集和评判集，运用模糊综合评价方法，经过分析测算，最终评判出电动汽车充电设施服务能力现状。
所述充电设施运行状态服务能力算法为：
上述公式中，E(t)为t时段充电服务能力，CA、CD分别为运行评估影响因子和效益评估影响因子。
所述运行评估影响因子CA包括服务车辆数、充电时长、客户等待时长、充电价格、充电模式、充电设施运营时长等因素综合分析。
所述效益评估影响因子CD包括经济效益和社会效益，分别从运营收益、回报率、节能减排等因素综合分析。
根据上述公式，判断公共充电设施运行情况的主要依据为运行评估结果和效益评估结果。所述运行评估效果，是根据充电设施运行效果服务能力的指标体系运算分析获取的结果，所述运行评估影响因子包括服务车辆数、充电时长、客户等待时长、充电价格、充电模式、充电设施运营时长等因素综合分析。所述效益评估效果，是根据充电设施运行效果服务能力的指标体系运算分析获取的结果，所述运行评估影响因子包括经济效益和社会效益，分别从运营收益、回报率、节能减排等因素综合分析。
云计算，是云计算客户端接收到这部分数据后，数据信息通过云计算服务端最终反馈给智能分析决策模块。其中云计算客户端分布式部署在该地区范围内的监管部门，收集充电设施的充电数据并进行储存。充电设施运行状态服务能力算法会对这部分数据进行抽取，对各阶段数据进行分析和挖掘，并对数据进行清洗，提取有效信息，通过对这部分数据的分析，来指导充电设施的运行。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。