[发明专利]基于三维时空网络的新能源货运充电站选址-路径优化方法

说明书

本发明公开了一种基于三维时空网络的新能源货运充电站选址‑路径优化方法，包括：在时空二维网络增设车辆电量维度构建空间‑时间‑电量三维时空网络，对现实情况进行清晰真实建模；构建客户运输需求路段与描述车辆充电过程的充电路段；建立基于三维时空网络的新能源货运充电站选址‑路径优化模型；利用设计的拉格朗日松弛分解算法，将原模型转化为对偶模型并分解为充电站选址0‑1背包子问题和多车路径子问题，利用改进的动态规划算法，求解上下界及最优解；输出备选充电站布设方案和满足客户运输需求及充电需求的车辆出行路径方案。本发明能够更精确地得到所需新能源货运充电站选址‑路径优化方案，较同规模传统方法提升了计算效率。

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种基于三维时空网络的新能源货运充电站选址-路径优化方法。

背景技术

新能源汽车具有节约燃油能源、减少尾气排放等优势，近年来，新能源汽车产业蓬勃发展，其进一步的普及与运用，是未来的发展趋势。为了减少环境污染、优化能源结构，有关部门对新能源汽车的生产商和消费者都扩大了财政补贴、减税降费的力度，比如近期有部门委发布新能源汽车补贴新政，重点强调了考虑延长补贴期限、加快公共交通及特定领域电动化等内容，其中就包括城市物流配送、邮政快递等城市新能源货运领域。在理想情况下，相关补贴调控一方面扩大了需求，另一方面也促使更多的新能源汽车生产企业加入，从客运拓展到货运领域，车辆性能、充电站布局等也进一步优化。随着未来新能源汽车普及率的提升，在规模效应下车辆购买成本与充电成本将进一步降低，从而最终形成“需求扩大”与“供给增加”的良性循环。

新能源汽车按燃料和动力装置，可分为纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车等类别，其中纯电动汽车占比最大，占总量约82％，新能源汽车中，车辆新能源动力会随行驶里程逐步消耗，在能源不足时需要去充电站补给的普适情况。当前市场上有两种充电模式，传统插电式充电站的充电时间与所充电量有关，充电时间长，经济性强；电池交换站类似“换电”模式，充电时间短，价格较高，且目前在新能源汽车领域处于探索阶段。

然而，当前新能源汽车在交通领域的应用，仍存在许多问题。在供给方面，第一，充电设施的供给数量少、不均衡，存在城市非中心区域新能源汽车充电站较少、寻找充电站困难，充电站布局与车辆行驶里程不匹配的现象。第二，新能源汽车在货运领域应用较少，尚未构成电动货运网络，目前大多数的新能源车辆应用于私家车和出租车、网约车，在城市货运领域如城市快递配送、冷链运输等方面存在大量缺口。第三，白天车辆在途充电时间长，目前国内汽车充电站的充电模式多为插电式充电，即充电时间与所充电量正相关，充电功率较小，充满电需耗费数小时。在需求方面，第四，新能源汽车存在吸引力不强，市场占有率低等问题，数据显示截至2019年6月，全国新能源汽车保有量仅占汽车总量的1.37％。

综上叙述可知：新能源货运充电站选址-路径优化主要面临的问题有：

1、缺少专业的交通规划机构或物流公司，对含运输服务与充电站的新能源汽车货运网络进行整体布局优化。

2、缺少对新能源车辆的运输路径和基于车辆路径的充电站选址布局的全面优化。

3、缺少考虑充电模式的新能源货运充电站选址-路径优化。

回顾以往的研究，选址-路径问题是经典离散选址问题的扩充，目的在于寻找车辆最佳路径的同时，确定设施的选址和数量。现有文献对带充电站的选址-路径问题的研究非常有限。首先，当前研究对新能源汽车充电站选址-路径问题研究的针对性较差，多单纯研究充电站选址布局规划问题或车辆路径优化问题，然而选址和路径的优化是密不可分的，应综合考虑以提高准确性。其次，文献中多应用传统的物理网络，不能反映真实时空状态下的车辆路径过程。最后，现有文献多采用启发式、遗传算法等非精确算法，算法优化精确度和对选址-路径问题的适应性有待提高。

发明内容