一种考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法与流程
1.本发明涉及考虑充放电的电动需求响应公交调度技术领域，具体的说是涉及到一种考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法。
背景技术：
2.近年来，城市交通的发展带来的能源匮乏与环境污染问题日益突出，为缓解以上情况城市交通系统将迎来电气化的快速发展。而电动公交车具有运营成本低、污染少、部署快捷与维护方便等优点，电气化的使用可以有效解决能源匮乏与环境污染的问题。电动需求响应公交车作为一种个性化的灵活公交运营方式，运营前其应当能够通过人工智能技术、物联网技术与大数据服务采集乘客出行需求信息和电动公交车初始位置信息，进而构建运营计划与充电计划协同优化的电动需求响应公交调度模型，把乘客目的地分配到不同线路上，继而将上述线路组合后分配给不同电动公交车运营，实现车辆最优调度，运力最合理配置，并决策在布设了快速充电桩场站的连续运营线路上的充电策略，进而最大化的发挥需求响应公交车电动化的效益。
3.现有电动需求响应公交车多基于人工智能技术、物联网技术与大数据技术等技术手段分析车辆运行和线路客流规律，实现电动需求响应公交车的运营调度。但是，现有技术中，这种复杂的考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度设计方法中存在以下不足：
4.1、现有常规电动公交车的运营调度中，多基于不变的时刻表来统一安排电动公交车的充电计划，以使续航里程对电动公交车运营时刻表的影响降至最低，但常规电动公交车无法根据乘客需求来灵活调整充电计划，导致常规电动公交车的优化具有较局限的空间；
5.2、现有的电动需求响应公交系统中，考虑了应用部分充电和完全充电的充电策略，将充电计划与运营计划相结合，但在运营过程中需要通过刻意绕行去充电站或换电站来补充电量，使车辆在充电时无法投入到运营调度中，降低了电动需求响应公交车的利用率；
6.3、近年来的电动公交车场站多布设了充电桩，可以实现在运营间隙通过快充的方式在短时间内快速补电，但这种补电策略只考虑了单一行程所需的电量，而忽略了与其相连行程所需的电量，使充电策略较单一，无法更高效的将机会充电策略与运营计划相结合。
7.因此，如何提供一种高效的机会充电策略，使运营计划与充电计划紧密结合，在有限车队规模下最大化的发挥电动需求响应公交的效益是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现要素：
8.本发明提供了一种考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法，基于人工智能技术、物联网技术和大数据技术等技术手段，通过电动需求响应公交车运营前采集乘客出行需求信息和电动公交车初始位置信息，构建运营计划与充电计划协同优化的电动需求响应公交调度模型，该方法在满足载客量和电池容量约束的前提下，以最小化包括运营成
本与充电成本在内的电动需求响应公交系统总成本为目标实现电动需求响应公交的调度任务，并给出机会充电策略，解决现有的电动需求响应公交无法根据乘客需求灵活调整运营计划与充电计划、需要在运营中刻意绕行去充电站补充电量以及不考虑连续行程间耗电等问题，在疫情防控期间发挥积极效用，整体提升了电动需求响应公交的服务水平。
9.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
10.一种考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法，包括以下步骤：
11.步骤1：采集乘客出行需求信息和电动公交车初始位置信息，所述乘客出行需求信息包括需求点上车人数、乘客目的地及期望乘车时间，所述电动公交车初始位置信息包括电动公交车分布在不同场站的初始位置，构建同时使运营成本与充电成本最小化的总目标函数，结合电动需求响应公交运营经验值及充放电特性，对所述总目标函数进行初始化，以获得初始化电动需求响应公交运营参数、电池参数、耗电系数及充电速率；
12.步骤2：根据所述乘客目的地，在满足载客量和电池容量约束的条件下，获取每辆电动公交车的初始行驶路线；
13.步骤3：根据所述初始行驶路线，决策电动公交车在到达场站后的充电策略，以确定是否需要充电，充电的时间以及充满电后的等待时间，根据所述充电策略生成每辆电动公交车与初始行驶路线相对应的初始时刻表；
14.步骤4：根据所述初始行驶路线和初始时刻表，对当前初始行驶路线和时刻表进行优化，搜索乘客分配方案，并基于乘客分配方案的接受准则，通过协同优化车辆行驶计划和场站充电计划，直到获得最优的电动需求响应公交的行驶路线和时刻表。
15.进一步的，所述的总目标函数具体为：
[0016][0017]
式中，j为总目标函数，λ0为电动需求响应公交固定使用成本，λ1为电动需求响应公交固定发车成本，λ2为电动需求响应公交系统单位乘客等待时间惩罚成本，λ3为电动需求响应公交系统单位运营时间成本，λ4为电动需求响应公交系统单位充电成本，n＝p∪d为电动需求响应公交车行节点的集合，p为乘客出行需求的集合，d为电动需求响应公交场站的集合，k为电动需求响应公交车辆的集合，i为电动需求响应公交行程的集合，s
p
为在需求点p的乘车人数，b
p
为需求点p的期望乘车时间，t
n,n'
为两个行车节点n和n'之间的行驶时间，vk为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交是否被使用；u
k,i
为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k是否运行行程i；为取值为0或1的变量，表示需求点p是否分配给电动需求响应公交k的行程i；为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k的行程i是否经从行车节点n到行车节点n'；为整数变量，表示电动需求响应公交k的行程i到达需求点p的时间；c
k,i
为整数变量，表示电动需求响应公交k在结束行程i后在场站的充电时间。
[0018]
进一步的，所述步骤2中生成每辆电动公交车的初始行驶路线包括以下步骤：
[0019]
1)计算电动需求响应公交的乘车人数，以满足载客量约束：
[0020][0021]
式中，ik为由电动需求响应公交k运行的行程集合，sq为在需求点q的乘车人数,p'为乘客出行需求的集合，为电动需求响应公交k的行程i在由p点经过q点时在p点的乘车人数；
[0022]
2)计算电动需求响应公交的耗电量，以满足电池容量约束：
[0023][0024]
式中，d为电动需求响应公交场站的集合，α,β为与载重量相关的耗电系数，α,β为无量纲参数，ω'为空车净重，ω为单位乘客重量，e
k,i
为电动需求响应公交k的行程i的耗电量；
[0025]
3)将去往同一目的地的乘客分配到同一个行程上：
[0026][0027][0028]
式中，u
p
为乘客p的目的地，m为无限大的正数，为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k的行程i是否去往场站d；
[0029]
4)将目的地和始发地是同一个场站的行程连接成一条线路,并保证车辆的进出平衡：
[0030][0031][0032][0033][0034][0035]
式中，为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k的行程i是否经从场站d到需求点p；为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k的行程i是否经从需求点p到场站d；
[0036]
5)生成电动需求响应公交的初始行驶路线。
[0037]
进一步的，所述的步骤3中生成每辆电动公交车与初始行驶路线相对应的初始时
刻表包括以下步骤：
[0038]
步骤3.1：根据初始行驶路线，在不考虑发车时间、充电时间和等待时间，仅考虑车行节点的行驶时间的条件下，生成基于行驶时间的初始时刻表；
[0039]
步骤3.2：根据所述初始时刻表，决策电动公交车到达场站后的充电策略，以确定是否需要充电，充电的时间以及充满电后的等待时间，使总目标函数值最小；
[0040]
步骤3.3：在基于行驶时间的初始时刻表上增加电动公交车的发车时间、充电时间和等待时间，生成最终与初始行驶路线相对应的初始时刻表。
[0041]
进一步的，所述步骤3.2中决策电动公交车到达场站后的充电策略，具体为基于枚举算法决策电动公交车到达场站后的充电策略，包括以下步骤：
[0042]
1)根据电动响应公交车的行程路线计算电动公交车开始运营时的发车时间，在发车时间的取值范围内枚举所有可能的发车时间，所述发车时间以分钟为单位，表示行程i中第一条线路r上第一个乘客的期望乘车时间；
[0043]
2)根据所述电动公交车开始运营时的发车时间判断到达场站时充电情况，计算电动需求响应公交到达场站后的电量判断到达场站时的电量是否可以满足服务下一个行程所需的电量若若则必须需要充电，若则可以选择是否需要充电，其中，表示电动需求响应公交k在结束行程i后到达场站时的电量，arr为到达场站，b
cap
为电池容量，soc为电荷量，所述soc的上限设置为90％，soc的下限设置为20％；
[0044]
3)根据所述到达场站时充电情况计算充电时间，若车辆到达场站后必须需要充电，则在必要充电时间范围内枚举所有可能的充电时间，所述充电时间以分钟为单位，若可以选择是否需要充电，则在可选充电时间范围内枚举所有可能的充电时间，所述充电时间以分钟为单位，θ为充电速率；
[0045]
4)根据所述充电时间判断等待时间，若电动响应公交车充满电所需的时间为则判断充满电后在场站的等待时间，在等待时间范围内枚举所有可能的等待时间取值,若充电时间小于充满电的时间，则等待时间为0；
[0046]
5)结合所枚举的发车时间、充电时间和等待时间，选择使目标函数最小的发车时间、充电时间和等待时间的组合。
[0047]
进一步的，所述步骤4中获得最优的电动需求响应公交的行驶路线和时刻表包括以下步骤：
[0048]
步骤4.1：获得电动需求响应公交的初始行驶路线与初始时刻表；
[0049]
步骤4.2：基于对当前初始行驶路线和时刻表进行优化，搜索乘客分配方案，进而
更新当前获得的初始行驶路线与初始时刻表；
[0050]
步骤4.3：基于乘客分配方案的接受准则，判断更新后的行驶路线与时刻表是否被接受；
[0051]
步骤4.4：根据所述乘客分配方案的接受准则，协同优化车辆行驶计划和场站充电策略，直到获得最优的电动需求响应公交的行驶路线和时刻表。
[0052]
进一步的，所述步骤4.3中更新后的行驶路线与时刻表是否被接受，基于模拟退火算法判断更新后的行驶路线与时刻表是否被接受具体为：
[0053]
步骤4.3.1：计算更新后乘客分配方案的目标函数值；
[0054]
步骤4.3.2：若新获得的目标函数值小于原目标函数值，则接受新的乘客分配方案，执行步骤4.3.4，否则，则计算概率值执行步骤4.3.3，式中，ej为迭代后新获得的目标函数值，ei为当前目标函数值，t为当前温度值，k为衰减系数；
[0055]
步骤4.3.3：判断当前概率值是否小于设定概率值，若大于，则接受新的乘客分配方案，否则，执行步骤4.3.4；
[0056]
步骤4.3.4：判断是否达到停止条件，即是否达到设定的迭代次数，若达到，则获得最优的行驶路线和时刻表，否则，则更新当前温度，返回步骤4.3。
[0057]
本发明的有益效果：
[0058]
本发明公开了一种考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法，本发明充分考虑乘客出行需求以及电动响应公交车的充电需求，基于考虑机会充电策略完成电动需求响应公交调度，实现了既能充分满足乘客出行需求，又能通过调度安排实现车辆在充电时也能投入到运营中，提高了电动需求响应公交车的利用率，通过协同优化车辆行驶计划和场站充电策略相结合，解决了现有补电策略只考虑了单一行程所需的电量，而忽略与其相连行程所需的电量，使充电策略较单一，无法更高效的将机会充电策略与运营计划相结合的问题。
附图说明
[0059]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0060]
图1为本发明一种考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法的流程图。
具体实施方式
[0061]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0062]
本实施例提供了一种考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0063]
步骤1：采集乘客出行需求信息和电动公交车初始位置信息，所述乘客出行需求信息包括需求点上车人数、乘客目的地及期望乘车时间，电动公交车初始位置分布在不同场站，构建同时使运营成本与充电成本最小化的总目标函数，结合电动需求响应公交运营经验值及充放电特性，初始化电动需求响应公交运营参数、电池参数、耗电系数及充电速率；
[0064]
步骤2：根据乘客目的地，在满足载客量和电池容量约束的条件下，将去往同一目的地的乘客分配到一个行程上，并将目的地和始发地是同一个场站的行程连接成一条线路，由一辆电动公交车运营，由此生成每辆电动公交车的初始行驶路线；
[0065]
步骤3：根据初始行驶路线，采用枚举算法决策电动公交车在到达场站后的充电策略，即是否需要充电，充电的时间以及充满电后的等待时间，根据出发时间、充电时间和等待时间生成每辆电动公交车与初始行驶路线相对应的初始时刻表；
[0066]
步骤4：根据初始行驶路线和时刻表，基于变邻域搜索算法对当前初始行驶路线和时刻表进行优化，搜索使目标函数值更小的乘客分配方案，并应用模拟退火算法作为控制新乘客分配方案的接受准则，通过协同优化车辆行驶计划和场站充电计划，直到获得最优的电动需求响应公交的行驶路线和时刻表。
[0067]
采集客出行需求信息和电动公交车初始位置信息，统计分析乘客的的出发场站与到达场站以及期望乘车时间，根据公交车的初始位置灵活合理的进行公交车运营调度，根据乘客出行信息将去往同一目的地的乘客分配到一个行程上，并将目的地和始发地是同一个场站的行程连接成一条线路，由一辆电动公交车运营，由此生成每辆电动公交车的初始行驶路线，解决了常规电动公交基于不变时刻表统一安排公交车的充电计划，无法根据乘客需求灵活调整充电计划。采用枚举算法决策电动公交车在到达场站后的充电策略，即是否需要充电，充电的时间以及充满电后的等待时间，根据出发时间、充电时间和等待时间生成每辆电动公交车与初始行驶路线相对应的初始时刻表，将运营计划与充电计划相结合，解决了电动公交运营过程中需要通过刻意绕行去充电站或换电站来补充电量，使车辆在充电时无法投入到运营调度中，降低了电动需求响应公交车的利用率的问题，同时通过充电策略根据发车时间计算到达场站时的电量，并判断是否满足下一行程所需电量，解决了以往只考虑单一行程所需电量，而忽略了与其相连行程所需的电量，使充电策略较单一，无法更高效的将机会充电策略与运营计划相结合的问题。
[0068]
进一步的，所述的总目标函数具体为：
[0069][0070]
式中，j为总目标函数，λ0为电动需求响应公交固定使用成本，λ1为电动需求响应公交固定发车成本，λ2为电动需求响应公交系统单位乘客等待时间惩罚成本，λ3为电动需求响应公交系统单位运营时间成本，λ4为电动需求响应公交系统单位充电成本，n＝p∪d为电动需求响应公交车行节点的集合，p为乘客出行需求的集合，d为电动需求响应公交场站的集合，k为电动需求响应公交车辆的集合，i为电动需求响应公交行程的集合，s
p
为在需求点p
的乘车人数，b
p
为需求点p的期望乘车时间，t
n,n'
为两个行车节点n和n'之间的行驶时间，vk为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交是否被使用；u
k,i
为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k是否运行行程i；为取值为0或1的变量，表示需求点p是否分配给电动需求响应公交k的行程i；为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k的行程i是否经从行车节点n到行车节点n'；为整数变量，表示电动需求响应公交k的行程i到达需求点p的时间；c
k,i
为整数变量，表示电动需求响应公交k在结束行程i后在场站的充电时间。
[0071]
总目标函数中包括五项，第一项为每辆电动需求响应公交固定使用成本；第二项为电动需求响应公交固定发车成本；第三项为电动需求响应公交的乘客等待时间惩罚成本；第四项为电动需求响应公交的运营时间成本；第五项为电动需求响应公交的充电成本。该目标函数以电动需求响应公交的充电成本作为考虑机会充电的成本，在保证乘客出行需求的同时有效提高电动需求响应公交车的利用率。
[0072]
步骤1中初始化的参数包括如下：电动需求响应公交运营参数，如每一个行程的最大运营时间、每辆电动公交车的最大行程数、载客量；电池参数，如电池容量，电池容量上限、电池容量下限；充电速率，即快充的充电功率；耗电系数，即与载重量有关的耗电系数。
[0073]
进一步的，所述步骤2中生成每辆电动公交车的初始行驶路线包括以下步骤：
[0074]
1)计算电动需求响应公交的乘车人数，以满足载客量约束：
[0075][0076]
式中，ik为由电动需求响应公交k运行的行程集合，sq为在需求点q的乘车人数,p'为乘客出行需求的集合，为电动需求响应公交k的行程i在由p点经过q点时在p点的乘车人数；
[0077]
其中，载客量约束具体为：
[0078][0079]
式中，为车辆的最大载客量。
[0080]
2)计算电动需求响应公交的耗电量，以满足电池容量约束：
[0081][0082]
式中，d为电动需求响应公交场站的集合，α,β为与载重量相关的耗电系数，α＝0.00122，β＝1.038，α,β为无量纲参数，具体为α＝0.00122，β＝1.038，ω'为空车净重，ω为单位乘客重量，e
k,i
为电动需求响应公交k的行程i的耗电量；
[0083]
其中，电池容量约束具体为：
[0084]
[0085][0086]
式(12)和(13)保证电动需求响应公交在场站出发时和到达场站后满足的电池容量约束条件，为电动需求响应公交k的行程i在场站出发时的电量，dep为场站出发，为电动需求响应公交k的行程i到达场站后的电量，arr为到达场站，∈
lo
为电池soc的下界，∈
up
为电池soc的上界；
[0087]
3)将去往同一目的地的乘客分配到同一个行程上：
[0088][0089][0090]
式(4)和(5)保证分配到同一个行程上的乘客目的地相同，u
p
为乘客p的目的地，m为无限大的正数，为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k的行程i是否去往场站d；
[0091]
4)将目的地和始发地是同一个场站的行程连接成一条线路,并保证车辆的进出平衡：
[0092][0093][0094][0095][0096][0097]
式(6)至(10)保证电动响应公交车运营过程中的进出场站平衡，为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k的行程i是否经从场站d到需求点p；为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k的行程i是否经从需求点p到场站d；
[0098]
5)生成电动需求响应公交的初始行驶路线。
[0099]
具体地，结合步骤1至步骤4，基于乘客出行信息，在满足载客量和电池容量约束的条件下，随机将目的地相同的乘客分配到同一个行程上，生成电动需求响应公交的初始行驶路线；生成电动求响应公交的初始行驶路线，包括开始从场站出发，随后连接行程中的需求点，最后去往此行程中乘客的目的地，形成电动需求响应公交的一个行程，将每辆电动公交车运营的行程相连接，形成每辆电动求响应公交的初始行驶路线。
[0100]
进一步的，所述的步骤3中生成每辆电动公交车与初始行驶路线相对应的初始时刻表包括以下步骤：
[0101]
步骤3.1：根据初始行驶路线，在不考虑发车时间、充电时间和等待时间，仅考虑车
行节点的行驶时间的条件下，生成基于行驶时间的初始时刻表；
[0102]
具体地，行驶时间即为场站到需求点的时间、需求点到需求点的时间以及需求点到场站的时间，此时间为已知的固定值，而发车时间、充电时间和等待时间为需要决策的变量。
[0103]
步骤3.2：根据所述初始时刻表，决策电动公交车到达场站后的充电策略，以确定是否需要充电，充电的时间以及充满电后的等待时间，使总目标函数值最小；
[0104]
步骤3.3：在基于行驶时间的初始时刻表上增加电动公交车的发车时间、充电时间和等待时间，生成最终与初始行驶路线相对应的初始时刻表。
[0105]
进一步的，所述步骤3.2中所述决策电动公交车到达场站后的充电策略，具体为基于枚举算法决策电动公交车到达场站后的充电策略，包括以下步骤：
[0106]
1)计算电动公交车开始运营时的发车时间，在发车时间的取值范围内枚举所有可能的发车时间，所述发车时间以分钟为单位，表示行程i中第一条线路r上第一个乘客的期望乘车时间；
[0107]
2)计算电动需求响应公交到达场站后的电量判断到达场站时的电量是否可以满足服务下一个行程所需的电量若则必须需要充电，若则可以选择是否需要充电，其中，表示电动需求响应公交k在结束行程i后到达场站时的电量，b
cap
为电池容量，soc为电荷量，所述soc的上限设置为90％，soc的下限设置为20％；
[0108]
3)若车辆到达场站后必须需要充电，则在必要充电时间范围内枚举所有可能的充电时间，所述充电时间以分钟为单位，若可以选择是否需要充电，则在可选充电时间范围内枚举所有可能的充电时间，所述充电时间以分钟为单位，θ为充电速率；
[0109]
4)若充电时间为充满电所需的时间则判断充满电后在场站的等待时间，在等待时间范围内枚举所有可能的等待时间取值,若充电时间小于充满电的时间，则等待时间为0；
[0110]
5)结合所枚举的发车时间、充电时间和等待时间，选择使目标函数最小的发车时间、充电时间和等待时间的组合。
[0111]
进一步的，所述步骤4中获得最优的电动需求响应公交的行驶路线和时刻表包括以下步骤：
[0112]
步骤4.1：获得电动需求响应公交的初始行驶路线与初始时刻表；
[0113]
步骤4.2：基于对当前初始行驶路线和时刻表进行优化，搜索乘客分配方案，进而
更新当前获得的初始行驶路线与初始时刻表；
[0114]
具体地，基于变邻域搜索算法，通过交换算子、倒位算子和插入算子更改乘客分配方案，生成新的电动需求响应公交的行驶路线和与此线路相对应的时刻表，判断此新生成的行驶路线与时刻表是否满足约束条件，若不满足则对此新生成的行驶路线与时刻表进行可行化处理；
[0115]
步骤4.3：基于乘客分配方案的接受准则，判断更新后的行驶路线与时刻表是否被接受；
[0116]
具体地，采用模拟退火算法，判断是否接受新生成的行驶路线与时刻表，若此时获得更小的目标函数值，则接受此新解，否则，则基于设定的概率值来接受此新解；
[0117]
步骤4.4：根据所述乘客分配方案的接受准则，协同优化车辆行驶计划和场站充电策略，直到获得最优的电动需求响应公交的行驶路线和时刻表。
[0118]
进一步的，所述步骤4.3中，基于模拟退火算法判断更新后的行驶路线与时刻表是否被接受具体为：
[0119]
步骤4.3.1：计算更新后乘客分配方案的目标函数值；
[0120]
步骤4.3.2：若新获得的目标函数值小于原目标函数值，则接受新的乘客分配方案，执行步骤4.3.4，否则，则计算概率值执行步骤4.3.3，式中，ej为迭代后新获得的目标函数值，ei为当前目标函数值，t为当前温度值，k为衰减系数；
[0121]
步骤4.3.3：判断当前概率值是否小于设定概率值，若大于，则接受新的乘客分配方案，否则，执行步骤4.3.4；
[0122]
步骤4.3.4：判断是否达到停止条件，若达到，则获得最优的行驶路线和时刻表，否则，则更新当前温度，返回步骤4.3；
[0123]
具体地，判断此时是否达到停止条件，若达到则获得最优的电动需求响应公交的行驶路线和时刻表，否则，则降低当前温度，重新通过变邻域搜索算子生成新的乘客分配方案。
[0124]
在本实施例中，乘客需求点为离散随机分布状态，每日开始运营前已知车辆所在的初始场站位置，车辆每次行程所去的终点场站根据乘客目的地决定。初始场站、乘客需求点所在位置、目的场站构成了电动需求响应公交的一个行程。其中，为了更准确的计算每一个行程的耗电量，考虑了载重量对耗电量的影响，随着车辆总质量随登车乘客数的增加耗电量也随之线性增长。
[0125]
本实施例中提供的方法能够高效解决np-hard问题，以电动需求响应公交系统总成本最小为设计目标，考虑在电动需求响应公交每一个行程与行程之间的运营间隙进行机会充电，根据乘客需求选择相应的充电策略，灵活决策出发时间、充电时间和等待时间，实现运营计划与充电计划的高效融合，从而利用最小的车队数来运营电动需求响应公交系统，最大化的发挥需求响应公交电动化后的效益。
[0126]
综合所述，本发明实例提供的一种考虑机会充电策略的电动需求响应公交的调度方法，与现有技术相比，具有以下优势：
[0127]
1、考虑了运营计划和充电计划的相互制约，根据运营计划调整充电计划，灵活改变车辆在场站的充电时间和等待时间，反之，充电计划的改变也会对运营路线和时刻表产
生影响，进而形成了电动需求响应公交系统运营计划与充电计划的新的协同优化机制；
[0128]
2、完成基于机会充电策略的电动需求响应公交的调度，车辆在完成一个行程后通过场站布设的充电桩在运营间隙进行机会充电，并考虑多种充电策略，如乘客需求量大时车辆选择到达场站后不充电即走或不充满电量只充到满足下一个行程所需电量即走的充电策略、乘客需求量小时选择到达场站后充满电量或充满电量后继续等待的充电策略，建立了一种同时考虑乘客出行需求和充电计划的新型调度方法；
[0129]
3、在邻域搜索算法框架下融入了模拟退火算法，在有限的内存和时间资源内能准确到近似最优解，通过实验仿真获得算法求解时间在10-15分钟内，具有较高的求解效率，近似解与基于cplex求解的精确解的误差在5％内，但求解时间却提升50％左右；对硬件配置要求低且具有较高求解效率，在测试不同规模的乘客需求后发现，算法在不同场景下都能保持收敛，同时在需求点增加后对求解效率没有较大影响。
[0130]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：
1.一种考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：采集乘客出行需求信息和电动公交车初始位置信息，所述乘客出行需求信息包括需求点上车人数、乘客目的地及期望乘车时间，所述电动公交车初始位置信息包括电动公交车分布在不同场站的初始位置，构建同时使运营成本与充电成本最小化的总目标函数，结合电动需求响应公交运营经验值及充放电特性，对所述总目标函数进行初始化，以获得初始化电动需求响应公交运营参数、电池参数、耗电系数及充电速率；步骤2：根据所述乘客目的地，在满足载客量和电池容量约束的条件下，获取每辆电动公交车的初始行驶路线；步骤3：根据所述初始行驶路线，决策电动公交车在到达场站后的充电策略，以确定是否需要充电，充电的时间以及充满电后的等待时间，根据所述充电策略生成每辆电动公交车与初始行驶路线相对应的初始时刻表；步骤4：根据所述初始行驶路线和初始时刻表，对当前初始行驶路线和时刻表进行优化，搜索乘客分配方案，并基于乘客分配方案的接受准则，通过协同优化车辆行驶计划和场站充电计划，直到获得最优的电动需求响应公交的行驶路线和时刻表。2.根据权利要求1所述的一种考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法，其特征在于，所述的总目标函数具体为：式中，j为总目标函数，λ0为电动需求响应公交固定使用成本，λ1为电动需求响应公交固定发车成本，λ2为电动需求响应公交系统单位乘客等待时间惩罚成本，λ3为电动需求响应公交系统单位运营时间成本，λ4为电动需求响应公交系统单位充电成本，n＝p∪d为电动需求响应公交车行节点的集合，p为乘客出行需求的集合，d为电动需求响应公交场站的集合，k为电动需求响应公交车辆的集合，i为电动需求响应公交行程的集合，s
p
为在需求点p的乘车人数，b
p
为需求点p的期望乘车时间，t
n,n'
为两个行车节点n和n'之间的行驶时间，v
k
为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交是否被使用；u
k,i
为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k是否运行行程i；为取值为0或1的变量，表示需求点p是否分配给电动需求响应公交k的行程i；为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k的行程i是否经从行车节点n到行车节点n'；为整数变量，表示电动需求响应公交k的行程i到达需求点p的时间；c
k,i
为整数变量，表示电动需求响应公交k在结束行程i后在场站的充电时间。3.根据权利要求1所述的一种考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法，其特征在于，所述步骤2中生成每辆电动公交车的初始行驶路线包括以下步骤：1)计算电动需求响应公交的乘车人数，以满足载客量约束：
式中，i
k
为由电动需求响应公交k运行的行程集合，s
q
为在需求点q的乘车人数,p'为乘客出行需求的集合，为电动需求响应公交k的行程i在由p点经过q点时在p点的乘车人数；2)计算电动需求响应公交的耗电量，以满足电池容量约束：式中，d为电动需求响应公交场站的集合，α,β为与载重量相关的耗电系数，α,β为无量纲参数，ω'为空车净重，ω为单位乘客重量，e
k,i
为电动需求响应公交k的行程i的耗电量；3)将去往同一目的地的乘客分配到同一个行程上：3)将去往同一目的地的乘客分配到同一个行程上：式中，u
p
为乘客p的目的地，m为无限大的正数，为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k的行程i是否去往场站d；4)将目的地和始发地是同一个场站的行程连接成一条线路,并保证车辆的进出平衡：4)将目的地和始发地是同一个场站的行程连接成一条线路,并保证车辆的进出平衡：4)将目的地和始发地是同一个场站的行程连接成一条线路,并保证车辆的进出平衡：4)将目的地和始发地是同一个场站的行程连接成一条线路,并保证车辆的进出平衡：4)将目的地和始发地是同一个场站的行程连接成一条线路,并保证车辆的进出平衡：式中，为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k的行程i是否经从场站d到需求点p；为取值为0或1的变量，表示电动需求响应公交k的行程i是否经从需求点p到场站d；5)生成电动需求响应公交的初始行驶路线。4.根据权利要求1所述的一种考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法，其特征在于，所述的步骤3中生成每辆电动公交车与初始行驶路线相对应的初始时刻表包括以下步骤：步骤3.1：根据初始行驶路线，在不考虑发车时间、充电时间和等待时间，仅考虑车行节
点的行驶时间的条件下，生成基于行驶时间的初始时刻表；步骤3.2：根据所述初始时刻表，决策电动公交车到达场站后的充电策略，以确定是否需要充电，充电的时间以及充满电后的等待时间，使总目标函数值最小；步骤3.3：在基于行驶时间的初始时刻表上增加电动公交车的发车时间、充电时间和等待时间，生成最终与初始行驶路线相对应的初始时刻表。5.根据权利要求4所述的基于考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法，其特征在于，所述步骤3.2中决策电动公交车到达场站后的充电策略具体为基于枚举算法决策电动公交车到达场站后的充电策略，包括以下步骤：1)根据电动响应公交车的行程路线计算电动公交车开始运营时的发车时间，在发车时间的取值范围内枚举所有可能的发车时间，所述发车时间以分钟为单位，表示行程i中第一条线路r上第一个乘客的期望乘车时间；2)根据所述电动公交车开始运营时的发车时间判断到达场站时充电情况，计算电动需求响应公交到达场站后的电量判断到达场站时的电量是否可以满足服务下一个行程所需的电量若若则必须需要充电，若则可以选择是否需要充电，其中，表示电动需求响应公交k在结束行程i后到达场站时的电量，arr为到达场站，b
cap
为电池容量，soc为电荷量，所述soc的上限设置为90％，soc的下限设置为20％；3)根据所述到达场站时充电情况计算充电时间，若车辆到达场站后必须需要充电，则在必要充电时间范围内枚举所有可能的充电时间，所述充电时间以分钟为单位，若可以选择是否需要充电，则在可选充电时间范围内枚举所有可能的充电时间，所述充电时间以分钟为单位，θ为充电速率；4)根据所述充电时间判断等待时间，若电动响应公交车充满电所需的时间为则判断充满电后在场站的等待时间，在等待时间范围内枚举所有可能的等待时间取值,若充电时间小于充满电的时间，则等待时间为0；5)结合所枚举的发车时间、充电时间和等待时间，选择使目标函数最小的发车时间、充电时间和等待时间的组合。6.根据权利要求1所述的基于考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法，其特征在于，所述步骤4中获得最优的电动需求响应公交的行驶路线和时刻表包括以下步骤：步骤4.1：获得电动需求响应公交的初始行驶路线与初始时刻表；步骤4.2：对当前初始行驶路线和时刻表进行优化，搜索乘客分配方案，进而更新当前获得的初始行驶路线与初始时刻表；步骤4.3：基于乘客分配方案的接受准则，判断更新后的行驶路线与时刻表是否被接
受；步骤4.4：根据所述乘客分配方案的接受准则，协同优化车辆行驶计划和场站充电策略，直到获得最优的电动需求响应公交的行驶路线和时刻表。7.根据权利要求6所述的基于考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法，其特征在于，所述步骤4.3中更新后的行驶路线与时刻表是否被接受，基于模拟退火算法判断更新后的行驶路线与时刻表是否被接受具体为：步骤4.3.1：计算更新后乘客分配方案的目标函数值；步骤4.3.2：若新获得的目标函数值小于原目标函数值，则接受新的乘客分配方案，执行步骤4.3.4，否则，则计算概率值执行步骤4.3.3，式中，e
j
为迭代后新获得的目标函数值，e
i
为当前目标函数值，t为当前温度值，k为衰减系数；步骤4.3.3：判断当前概率值是否小于设定概率值，若大于，则接受新的乘客分配方案，否则，执行步骤4.3.4；步骤4.3.4：判断是否达到停止条件，即是否达到设定的迭代次数，若达到，则获得最优的行驶路线和时刻表，否则，则更新当前温度，返回步骤4.3。
技术总结
本发明公开了一种考虑机会充电策略的电动需求响应公交调度方法，通过运营前采集乘客出行需求信息和电动公交车初始位置信息，构建运营计划与充电计划协同优化的电动需求响应公交调度模型。基于乘客目的地将其分配到不同线路上，继而将上述线路组合后分配给不同电动公交车运营，并决策连续运营线路在布设了快速充电桩场站的充电策略。采用变邻域搜索算法，更新乘客分配方案，从而获得更优的运营及充电计划，以得到最终的电动需求响应公交车的行驶路线和时刻表。该方法实现了连续多个线路利用快充在每次发车间隙补电，根据乘客需求决定充电时间，从而起到在有限车队规模下最大化生产力的效果，使需求响应公交的电动化发挥最大的效益。效益。效益。
