[发明专利]一种混合运营模式下纯电动公交车辆的排班方法及其系统

权利要求书

1.一种混合运营模式下公交车辆排班计划和充电计划编制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对获取的多元信息数据进行预处理，形成历史数据库

所述多元信息数据包括纯电动公交各线路的每日运营时刻表、场站充电资源条件与分配情况、纯电动公交所属车队及车型、日间分时电价表；处理后得到信息包括：运营时刻表、各线路单程公里数、各线路单程行驶时长、各线路上下行空驶公里数、上下行空驶时长；

2)建立模型并编写算法优化场站夜间充电排班

2.1)设定条件：

车辆发车时刻表是已知的：运行和排班区分上下行车次，上行车次用奇数表示，下行用偶数表示；纯电动公交车充放电过程为线性，车辆保有电量和充电量情况通过电池荷电状态以百分比形式表示；进场充电车辆随机使用整个场站范围内的闲置充电桩；纯电动公交车辆类型按电池型号的不同进行区分，对应于不同的充放电效率，车辆按执行的车次任务归属某一线路；

2.2)确定目标函数，以充电成本最低为排班计划模型的目标函数

以运营时段内补电成本最低作为目标函数；

2.3)确定约束条件：

2.3.1)车次运行约束：保证每个车次有且仅有一辆车执行；

2.3.2)车辆周转约束：保证从车场出发的车辆数等于最终回到车场的车辆数；

2.3.3)车队规模约束：执行车次的车辆数不超过该公交线路备车数；

2.3.4)车辆续航里程约束：当车辆剩余电量不足以支持一个单向行程及随后返场行程时，必须返场充电而不可以执行这个单向行程任务；

否则，出于充电成本的考虑，当车辆剩余电量满足再完成一次出行服务后还能顺利回场的要求且已执行任务超过满电情况下所能执行的所有车次的一半时，车辆以概率p选择回场站充电，概率值在剩余电量取区间最大值时最小为0，并随剩余电量的减少匀速递增至1；

2.3.5)车次接续约束：下一车次的发车时间必须大于等于上一车次的到达时间加班次间隔时间；对于满足续航里程约束即不需要补电的车辆，间隔时间为往返场站时间加上整备时间，整备时间根据企业作业要求进行参量化设置；对于需要回场补电的车辆，班次间隔时间为往返场站时间加上充电时间(包括在场站内等待充电的时间)；

2.3.6)充电资源约束具体从三方面进行考虑

2.3.6.1)充电桩资源约束：车场内同时充电车辆数不得大于该车场配置的充电桩数；

2.3.6.2)配电变压器资源约束：受到变电站总功率限制，考虑每个充电桩的额定功率，同时充电的车辆总数不得大于各变电站允许的同时运转充电桩总数；

2.3.6.3)充电衔接约束：在任意时间段每一充电桩最多只可以给一辆电动公交车辆充电：

根据步骤2.3.4)，车辆在一定电量范围内可以选择回场充电：若回场后无可用充电桩，返场充电车辆需排队等待充电；等待车辆根据“距离下一班次任务的时间与预计充电时间之差”的规则确定充电优先级，差值越小充电优先级越高；若有可用充电桩，返场充电车辆使用可用充电桩进行充电，充电量取介于最小充电量和最大充电量之间的随机值；

2.4)确定求解排班方式需要的原始数据，包含三个方面：

2.4.1)车辆特性，包括：车辆电池型号(车辆类型)、各类型最大车辆数、各类型电池放电效率、各类型电池充电效率；

2.4.2)运营计划，包括：运营时刻表、各线路单程公里数、各线路单程行驶时长、上下行空驶时长；

2.4.3)充电条件，包括：场站总充电桩数、各变压器控制充电桩数、充电桩充电功率；

2.5)确定编码方式，排班计划方案中包括，执行每个车次的车辆编号、执行完某一车次后是否需要充电、如果需要充电则要确定充电开始的时刻、充电电量、充电离场时间；

2.6)确定初始可行解生成办法，按照该方法不断生成初始可行解，直到达到初代种群的数量；其中，初始可行解生成办法具体内容如下：

2.6.1)建立车次链集合和车辆集合；

2.6.2)从车辆集合中挑选车辆执行车次1，并更新车辆占用信息；

2.6.3)按照车次链顺序，确定后一车次的发车时间、单程公里数、单程行驶时长、空驶公里数、空驶时长；

2.6.4)在已行驶过该车次所属线路的车辆集合中，检查是否存在车辆在该车次发车时刻处于未被占用状态，若不存在，转向2.6.5)；若存在，随机选择其中的车辆执行该车次，检查是否满足车次接续条件，若满足转向2.6.6)；若不满足，重新选择车辆执行，若找到可满足接续条件的车辆，则转向2.6.6)；否则，遍历车辆集合未找到满足条件的车辆，则转向2.6.5)；

2.6.5)从未行驶过得车辆集合中，随机选择车辆执行该车次，若该集合中已无元素，则跳出运算，并反馈车次数量不足，无法完成运算；

2.6.6)执行后，检查该车的剩余电量是否满足能够行驶完该线路下一趟车次，若不满足则回场充电，转向2.6.7)；若满足，则检查该车是否满足回场补电电量集合的要求，若满足则以一定概率p回场充电，并转向2.6.7)，若不满足，则转向2.6.8)；

2.6.7)采用随机生成的模式，使充电电量至少达到行驶平均单程所需电量，充电完成后转向2.6.8)；

2.6.8)将该车列入未被占用的车辆集合，检查车次链是否全部完成匹配，若是转向2.6.9)；否则转向2.6.3)；

2.6.9)结束；

2.7)利用轮盘赌的个体选择方式选择个体发生交叉和变异，产生下一代种群，采取精英保留法保留每一代中的最优个体；

2.8)达到最大迭代次数后，算法终止，得到结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型的目标函数表示为：

C用于表示需要编制排班计划的运行的公交线路数；

M(c)表示线路c可投入运营的车型数；

K(c,m)表示线路c车型m可投入运营的最大车辆数；

N(c)表示线路c全日总发车车次；

p(t)表示车辆所在充电时段的单位用电量的电价函数，根据实际情况用分段函数表示；

表示线路c车型m分类下车辆k在车次i和车次j之间的充电时间，以分钟作为单位；

k_cm1表示线路c车型m的电池充电速率；

C_cm表示线路c车型m的电池额定容量；

充电时间、充电速率与充电量之间存在着如下关系：