基于轨迹数据挖掘的新能源出租车充电特征研究
发布时间：2020-09-12 12:05
作为物联网技术在智能交通系统领域的典型应用,车联网系统提供了海量的可供分析利用的多种异构的城市交通大数据。基于这些城域范围内交通大数据的分析和挖掘,可以解决城市交通系统所面临的一系列问题。特别的,在当前大气污染和能源匮乏现象日益严重的情况下,将新能源汽车引入到公共交通领域内,结合数据挖掘技术和智能交通系统,可以进一步推动新能源汽车产业的发展,为城市“绿色交通”的智能化升级提供一定的基础。本文以深圳市的新能源出租车为研究对象,对其在真实运营环境中碰到的问题进行梳理,并基于轨迹数据挖掘的相关理论来进行分析和研究,首先对轨迹数据挖掘概述及其在本文中的应用进行了介绍,然后基于轨迹数据挖掘对新能源出租车司机的行为进行了研究,并结合贝叶斯模型提出了一种实时推荐系统,随后基于轨迹数据挖掘对充电资源的配置进行了研究,主要包括充电站的选址和充电桩的配置,并利用排队论模型对充电服务系统进行了建模,最后将轨迹异常检测应用于新能源出租车的运营中,对新能源出租车的电池衰减及充电站停运后充电资源的调度进行了研究。本文是基于轨迹数据挖掘相关理论进行的,因此我们首先对轨迹数据挖掘的主要研究进行了系统的调研,提供了该领域的全景及其研究课题的范围。随后,我们针对本文的研究主体新能源出租车,来对这些轨迹数据挖掘方法进行了应用及扩展,因此本文不仅可以看做是轨迹数据挖掘在新能源出租车领域的应用,也可以说是通过研究新能源出租车这一载体,我们对轨迹数据挖掘的相关内容进行了一定的补充及创新。接下来,我们基于轨迹数据挖掘对新能源出租车司机的行为进行了研究。具体而言,我们基于之前提出的轨迹数据挖掘方法,分别从群体和个体两个不同角度进行分析,然后将相应的研究成果应用于其实际运营中。首先从新能源出租车的群体性特征方面入手,证实了城域中出租车电动化方案的可行;随后从更为细粒度的层面对新能源出租车司机的个体行为进行了挖掘,并据此提出了一种基于贝叶斯模型的充电站推荐方法,为有充电需求的新能源出租车提供充电站实时推荐,最小化其在充电上的总耗时,从而大大增加它们的运营时间。随后,我们基于轨迹数据挖掘对新能源出租车赖以依靠的充电资源的配置进行了研究,主要针对充电站的选址及充电桩的部署进行了相关的论述。虽然这里研究的主体是充电资源的配置,但是其依然是基于新能源出租车的轨迹数据来进行的,我们首先采用优化模型来对充电站的选址进行建模,随后基于对新能源出租车轨迹数据的分析,利用排队论原理建立了新能源出租车充电站服务系统的数学模型,从而对站点内充电桩数量的配置进行了研究,最后我们基于实际的新能源出租车充电数据对上述模型进行了评估,并提出了我们对于充电资源优化配置的一些建议和改进意见。然后,我们对新能源出租车轨迹异常检测的应用进行了研究。新能源出租车轨迹异常检测在本文中的应用可以概括为两个方面的内容:第一个是针对新能源出租车电池衰减的研究,第二个是针对充电站停运后充电资源调度的研究。我们尝试通过轨迹数据挖掘的方法来对电池衰减现象进行分析及研究,希望能够在实际行驶及真实路况环境下,得到新能源汽车电池衰减的趋势及过程;除此以外,我们还提出了一种基于回归模型的充电资源调度方法来对充电站停运后遇到的问题进行解决。本文主要是基于轨迹数据的挖掘来对新能源出租车在实际运营中遇到的问题进行论述和建模,其对出租车电动化评估、充电站实时推荐、充电资源的优化配置、新能源汽车的电池衰减和充电资源的调度等均有重要的指导意义和实用价值;此外,本研究的成功实施,将推进对新能源车辆特征的研究向定量化、模型化的方向发展,具有较大的理论意义。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U495;TP311.13
【部分图文】：
我们对深圳市己有的８００多辆新能源出租车进行了长期的跟踪观察及分析，其中就逡逑有这些车辆在不同充电站的充电数据，结果显示不同充电站的忙闲状态差别巨大，逡逑充电负载极不均衡：我们提取部分数据对这一现象进行说明，如图１－１所示，为深逡逑训市２０１５年４月￣１０月各个充电站内充电车次的统计，图中的每个圆点代表一个充逡逑电站，圆点的颜色越深表示在这个充电站内进行充电的车辆越多，再除以新能源出逡逑租车数量的总数后即可得到相应的比例值，实际上，这种充电需求上的不均衡分布逡逑会导致很多问题。首先，新能源出租车单次充电时间较长（快充模式平均为１．５个逡逑小时，慢充模式平均为７个小时），如果某个新能源出租车在充电时选择了较为拥逡逑挤的充电站，那么即使只需要等候一辆车完成充电，都有可能导致其较长时间的排逡逑队等待，进而侵占其有效运营时间。与此相比，传统的燃油汽车完成一次加油仅需逡逑几分钟
出现这种充电站负载不均衡的状况，主要有以下两个方面的原因：逡逑其一，对新能源出租车驾驶员的行为特征分析不够，导致为新能源出租车服务逡逑的充电站选址不够合理。如图１－１所示，图中的每个圆点表示一个充电站，部分充电逡逑站相距很近且利用率较低，这就是一种重复建设。在当今土地资源已经相当匮乏的逡逑大城市，科学合理的充电站布局规划对于未来持续发展具有十分重要的意义。新能逡逑源出租车长时运营，日均行驶里程大，充电次数多，充电位置随运营客流线路变化，逡逑这与普通个人新能源汽车基本每日甚至几日一充、充电时刻和地点波动性较小的特逡逑征有着明显的不同。这些差异说明需要根据电动出租车的行为特征，尤其是充电行逡逑为特征，有针对性地优化充电站的选址。逡逑其二，现阶段缺乏有效的充电设施可用信息的预测机制。新能源出租车驾驶员逡逑一般会选择在固定的时刻去为新能源汽车充电，然而他们在选择在哪个充电站充电逡逑的时候却是比较盲目的：由于无法实时获取充电资源的全局信息
逡逑建充电站区域，通常采用优化模型进行选址决策。如图１－３所示，现有的选址方法逡逑主要有三类，分别是基于点、流及活动的选址方法。逡逑（邋ｌ．活动邋ｉ邋？逡逑图１－３邋（ａ）基于点的方法（ｂ）基于流的方法（ｃ）基于活动的方法逡逑第一类是基于点（ｎｏｄｅ－ｂａｓｅｄ）的方法［｜２］［１３］［１４］，即将充电需求所在位置视为一逡逑个点，然后通过点之间的拓扑结构来进行选址。但上述充电需求点，在充电站／|村义辖ㄉ柚埃导噬鲜歉菀恍┠Ｐ图偕璩隼吹模⒉荒芡耆从吵鞘心谡媸档某涞珏义闲枨笄樾巍ｅ义系诙嗍腔诔鞘薪煌鳎ǎ妫欤铮鳎猓幔螅澹洌┑姆椒ǎ郏担荩郏叮荩郏保罚荩捶治龀鞘心诔盗镜腻义希埃牧鞣植迹醚≈返隳芄蛔畲蟪潭鹊母哺浅鞘心诘模埃牧髯槌傻穆吠３艘酝猓义希耍酰猓热耍郏福萏岢隽耸视糜谔娲剂掀档幕诹鞯娜剂险疚恢媚Ｐ停螅耍椋恚郏保梗蒎义虾停茫幔穑幔颍郏玻ǎ莸热嘶谛履茉雌凳芟薜男嚼锍潭匝≈纺Ｐ徒辛烁慕；诮煌ㄥ义狭鞯姆椒芄徽业娇土髁拷厦芗那
本文编号：2817609
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U495;TP311.13
【部分图文】：
我们对深圳市己有的８００多辆新能源出租车进行了长期的跟踪观察及分析，其中就逡逑有这些车辆在不同充电站的充电数据，结果显示不同充电站的忙闲状态差别巨大，逡逑充电负载极不均衡：我们提取部分数据对这一现象进行说明，如图１－１所示，为深逡逑训市２０１５年４月￣１０月各个充电站内充电车次的统计，图中的每个圆点代表一个充逡逑电站，圆点的颜色越深表示在这个充电站内进行充电的车辆越多，再除以新能源出逡逑租车数量的总数后即可得到相应的比例值，实际上，这种充电需求上的不均衡分布逡逑会导致很多问题。首先，新能源出租车单次充电时间较长（快充模式平均为１．５个逡逑小时，慢充模式平均为７个小时），如果某个新能源出租车在充电时选择了较为拥逡逑挤的充电站，那么即使只需要等候一辆车完成充电，都有可能导致其较长时间的排逡逑队等待，进而侵占其有效运营时间。与此相比，传统的燃油汽车完成一次加油仅需逡逑几分钟
出现这种充电站负载不均衡的状况，主要有以下两个方面的原因：逡逑其一，对新能源出租车驾驶员的行为特征分析不够，导致为新能源出租车服务逡逑的充电站选址不够合理。如图１－１所示，图中的每个圆点表示一个充电站，部分充电逡逑站相距很近且利用率较低，这就是一种重复建设。在当今土地资源已经相当匮乏的逡逑大城市，科学合理的充电站布局规划对于未来持续发展具有十分重要的意义。新能逡逑源出租车长时运营，日均行驶里程大，充电次数多，充电位置随运营客流线路变化，逡逑这与普通个人新能源汽车基本每日甚至几日一充、充电时刻和地点波动性较小的特逡逑征有着明显的不同。这些差异说明需要根据电动出租车的行为特征，尤其是充电行逡逑为特征，有针对性地优化充电站的选址。逡逑其二，现阶段缺乏有效的充电设施可用信息的预测机制。新能源出租车驾驶员逡逑一般会选择在固定的时刻去为新能源汽车充电，然而他们在选择在哪个充电站充电逡逑的时候却是比较盲目的：由于无法实时获取充电资源的全局信息
逡逑建充电站区域，通常采用优化模型进行选址决策。如图１－３所示，现有的选址方法逡逑主要有三类，分别是基于点、流及活动的选址方法。逡逑（邋ｌ．活动邋ｉ邋？逡逑图１－３邋（ａ）基于点的方法（ｂ）基于流的方法（ｃ）基于活动的方法逡逑第一类是基于点（ｎｏｄｅ－ｂａｓｅｄ）的方法［｜２］［１３］［１４］，即将充电需求所在位置视为一逡逑个点，然后通过点之间的拓扑结构来进行选址。但上述充电需求点，在充电站／|村义辖ㄉ柚埃导噬鲜歉菀恍┠Ｐ图偕璩隼吹模⒉荒芡耆从吵鞘心谡媸档某涞珏义闲枨笄樾巍ｅ义系诙嗍腔诔鞘薪煌鳎ǎ妫欤铮鳎猓幔螅澹洌┑姆椒ǎ郏担荩郏叮荩郏保罚荩捶治龀鞘心诔盗镜腻义希埃牧鞣植迹醚≈返隳芄蛔畲蟪潭鹊母哺浅鞘心诘模埃牧髯槌傻穆吠３艘酝猓义希耍酰猓热耍郏福萏岢隽耸视糜谔娲剂掀档幕诹鞯娜剂险疚恢媚Ｐ停螅耍椋恚郏保梗蒎义虾停茫幔穑幔颍郏玻ǎ莸热嘶谛履茉雌凳芟薜男嚼锍潭匝≈纺Ｐ徒辛烁慕；诮煌ㄥ义狭鞯姆椒芄徽业娇土髁拷厦芗那
本文编号：2817609
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