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新能源汽车充电路径规划与服务系统研究与实现

丁东  
【摘要】:随着汽车工业的发展,汽车成为人们日常出行中不可或缺的交通工具。然而,随着汽车数量的不断增加,机动车尾气排放对城市空气质量造成了较大的影响,新能源汽车的出现对于解决这一问题具有重要的意义。因此,国家已经开始大力发展新能源汽车,并建立和完善充电站网络。但是,新能源汽车不同于燃油汽车那种“即加即走”的能源补充模式,车辆充电时间较长;同时,目前充电站的数量较少,使得驾驶员时刻都要关注充电的问题。本文针对上述问题,研究并开发了一个新能源汽车充电路径规划与服务系统,对解决相关问题进行了有益的探索。论文的主要工作包括:(1)通过分析新能源汽车行驶过程中对于充电站信息获取、充电路径推荐等需求,设计了新能源汽车充电路径规划与服务系统结构,包括数据感知层、服务支撑层和应用层。其中,数据感知层通过传感器获取车辆的剩余电能;服务支撑层负责为车辆提供电能预警、路线规划和充电站消息推送等服务;应用层为用户提供信息推送、路径规划和充电站管理等可视化交互服务。(2)针对新能源汽车在行驶过程中充电站路径规划问题,提出了一种基于Dijkstra算法的充电站路径规划方法。该方法首先基于电能消耗模型设置预警规则;然后给出充电站排队时间和充电时间的计算方法;在此基础上,依据路网模型、充电站排队时间、车辆充电时间等参数,基于Dijkstra算法实现车辆充电路径的规划。其中,针对传统Dijkstra算法在解决复杂稀疏路网地图时时间和空间资源占用较多,且搜索结点的重复计算使得路径规划时间复杂度较高等不足,在标点法的基础上从存储结构和搜索过程中结点数据结构两个方面对其进行了优化,使得算法的时间复杂度从O(n2)降到O(nlogn)。同时,基于Spark对优化后的算法进行了并行化,进一步降低了路径规划的计算时间。(3)针对新能源汽车在行驶过程中充电站信息获取问题,通过拓展和改进基于内容的发布/订阅模型,将车辆行驶中所在区域范围和充电站排队等级的变化函数作为订阅约束谓词,构建了一个动态更新订阅模型。以树形结构组织订阅约束,提出了基于订阅树的充电站消息动态更新匹配方法。在此基础上,根据获取的充电站位置、充电站排队时间等信息实现了充电路径的动态规划和推荐。最后,通过实验验证了该方法在充电站信息获取与路径规划中的可行性,并进行了性能分析。(4)基于上述研究,本文设计并实现了一个新能源汽车充电路径规划与服务系统。该系统通过Web和Android APP两种方式分别为充电站管理者和新能源汽车用户提供充电站管理和充电站推荐、路径规划以及相关服务,其计算服务通过Spark集群平台提供。


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