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基于计算几何方法的电动出租车换电站部署算法研究

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目录

摘要

第1章绪论

1.1研究背景

1.2研究目的与意义

1.3国内外研究现状综述

1.3.1设施网络规划的研究

1.3.2设施部署理论的研究

1.3.3设施部署算法的研究

1.3.4现状评述

1.4论文的研究内容及结构框架

1.4.1论文主要研究内容

1.4.2论文结构框架

1.5本章小结

第2章相关理论基础

2.1电动出租车及换电站简介

2.1.2电动汽车的充电方式

2.1.3电池更换站

2.2电动汽车换电站部署理论

2.2.1交通流理论

2.2.2覆盖理论

2.3电动汽车换电站部署模型

2.3.1基于P中值的部署模型

2.3.2基于集覆盖的部署模型

2.3.3基于截流选址法的部署模型

2.4电动汽车换电站部署算法

2.4.1精确求解算法

2.4.2启发式求解算法

2.4.3近似求解算法

2.5本章小结

第3章电动出租车换电站部署模型构建

3.1问题描述和假设

3.2 NP完全问题的证明与分析

3.3网络模型

3.4换电站的负载分析

3.4.1道路交通负载分析

3.4.2换电站服务负载分析

3.5本章小结

第4章基于抽象路网拓扑图G(V,E)设计凸包覆盖的图覆盖算法

4.1算法设计思路

4.2算法设计过程

4.2.1图G(V,E)的凸包

4.2.2凸包的直径

4.2.3部署换电站

4.2.4换电站部署的主要步骤

4.2.5更新一个站点的服务半径

4.2.6选择下一个圆心

4.2.7生成一个内层凸包

4.3换电站的部署算法

4.4本章小结

第5章基于城市空洞区域调整换电站部署方案的研究

5.1空洞区域

5.2调整部署方案

5.3算法分析

5.3.1算法的正确性证明与分析

5.3.2算法的性能分析

5.3.3算法的时间复杂度分析

5.4本章小结

第6章基于真实城市出租车运行数据的实例研究

6.2.1真实路网数据

6.2.2路网数据处理

6.3算法结果分析

6.4本章小结

第7章总结与展望

7.1工作总结

7.2创新点

7.3研究展望

参考文献

附录

致谢

声明

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摘要

近年来,随着能源短缺和环境污染问题愈演愈烈,高效节能污染少的电动出租车作为一种新能源公共交通工具在应对能源和环境危机所起的作用得到了社会的普遍认可。由于电动汽车续航距离的增加和家庭充电桩的普及,使得私人电动汽车对换电站的需求有限,因此设计高效的电动出租车专用换电站部署方案是一个亟待解决的关键问题。本文在此背景下,以部署的换电站数量最小化和负载均衡为主要优化目标,考虑单个换电站的服务范围和服务负载等因素,制定科学合理的最优部署方案,以期为政府节能减排策略的进一步完善提供理论依据,同时推动电动出租车产业的发展。 本文首先综合分析介绍了电动出租车和换电站的基本概念以及相关的部署理论和方法,为后文奠定基础;接着,给出了电动出租车换电站部署难题的相关定义和证明;然后,针对苏州市3997辆出租车的真实运行轨迹大数据进行挖掘,获得了基于城市交通流量的出租车电池更换需求,并在部署规则的约束下,构建网络覆盖部署模型,设计了一种基于计算几何学的交通驱动规划算法求解模型。此外,本文还对该算法在空洞区域存在失效的情况进行了分析研究,并给出了部署方案的改进机制,帮助提高换电站的利用率。 最后,以苏州市路网为例,采用真实出租车的运行轨迹数据对本算法进行实验验证。实验结果表明,相对于统一部署方案,本文所述算法获得的负载均衡部署方案在换电站数量和单个换电站的服务负载上均有优化,且所述的算法时间复杂度较低,运行效率较高,大幅度降低了出租车的平均等待时间和换电站服务负载方差,能够满足实际的应用需求。

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