本發(fā)明涉及一種基于全局優(yōu)化的電動客車運營系統(tǒng)及方法。

背景技術：

互聯(lián)網(wǎng)叫車拼車出行已經(jīng)漸為大眾接受，且呈增長趨勢。城際之間的拼車出行，因其獨特的服務特征，例如“門對門”服務，符合需求個性化、舒適化和經(jīng)濟化等特點，已經(jīng)成為城際巴士班車、城際列車、自駕車等方式互補。目前流行的拼車軟件有兩種模式：( 1 )以滴滴拼車為例的散客對散車的C2C模式；其散車以社會車輛為主，包括黑車和私家車。( 2 )以神州專車軟件為例的散客對軟件承運商的B2C模式。以上兩種模式，均不適用于中型客車（車座多余小型車）的運輸模式，使得對于中型客車的網(wǎng)絡叫車不方便。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于全局優(yōu)化的電動客車運營系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種基于全局優(yōu)化的電動客車運營系統(tǒng)，包括一個具備全局優(yōu)化和自動調(diào)度能力的數(shù)據(jù)中心，若干配備智能網(wǎng)聯(lián)化車載系統(tǒng)的電動客車，若干數(shù)量的為車輛提供?？亢椭修D(zhuǎn)服務、充/換電服務、緊急救援和維修服務的服務站；所述的數(shù)據(jù)中心將乘客訂單中根據(jù)預訂信息中出發(fā)地和目的地的關系，將這些訂單分為兩類：（1）D2H：指多個乘客從不同的出發(fā)地上車，然后在相同的目的地下車；對于此類訂單，需要乘客在預訂時輸入包括上車點和最晚到達目的地的時間在內(nèi)的關鍵信息；（2）H2D：指多個乘客從相同的出發(fā)地上車，然后在不同的目的地下車；對于此類訂單，需要乘客在預訂時輸入包括下車點和大概的出發(fā)時間在內(nèi)的關鍵信息；并對于兩類訂單，分別執(zhí)行對應的任務規(guī)劃；所述的電動客車根據(jù)規(guī)劃進行任務實施。

所述的數(shù)據(jù)中心至少包括：

一個車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)：用于獲取車輛的位置信息和狀態(tài)信息，并且進行數(shù)據(jù)的傳輸與接收；

一個訂單管理系統(tǒng)：用于獲取當前已完成預訂操作的所有乘客的預訂信息，并且根據(jù)出發(fā)地和目的地的關系，將這些訂單分為兩類；

一個數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)：用于在乘客驗證下車后，根據(jù)每個乘客的實際乘坐里程計算相應的費用，并將賬單發(fā)送至每個乘客的客戶端或者APP；以及在車輛完成當前的D2H/H2D任務后，對車輛的包括剩余電量、故障情況在內(nèi)的健康狀況做一個評估，以決定是否需要讓車輛前往附近的服務站進行充/換電或者維護，若車輛健康狀況良好，則進入待命狀態(tài)或者準備開始下一個任務；

一個實時規(guī)劃和調(diào)度系統(tǒng)：

對于D2H訂單，在乘客上車前，根據(jù)獲取到的當前所有車輛的位置和狀態(tài)信息以及當前已完成預訂操作的所有乘客的預訂信息后，按預先設定的綜合性能指標對車輛和乘客的匹配，以及車輛的運行時間和路線進行全局優(yōu)化，并在滿足相關約束條件的前提下尋找到最佳的運行方案；

對于H2D訂單，在乘客上車前，確定發(fā)車點各時間段車輛的數(shù)量，并通過車隊任務派發(fā)子系統(tǒng)調(diào)配空閑或即將空閑的車輛在相應的時間段抵達發(fā)車點待命，同時通過訂單確認信息派發(fā)子系統(tǒng)告知乘客上車的具體位置和時間段；在乘客上車后，獲取乘客的驗證身份并提取已上車乘客的下車點信息，并根據(jù)下車點信息自動規(guī)劃車輛的行駛路徑；

所述的智能網(wǎng)聯(lián)化車載系統(tǒng)至少包括：

一個衛(wèi)星定位裝置：用于實時獲取電動客車的定位數(shù)據(jù)；

一個遠程數(shù)據(jù)收發(fā)裝置：用于與數(shù)據(jù)中心的進行遠程數(shù)據(jù)的收發(fā)；

一個CAN總線數(shù)據(jù)讀寫裝置：用于獲取/寫入CAN總線的數(shù)據(jù)；

一個路徑規(guī)劃和導航裝置：用于將接收到的數(shù)據(jù)中心發(fā)送的路徑規(guī)劃以及導航數(shù)據(jù)并進行顯示；

一個乘客身份識別裝置：用于乘客在上/下車時進行身份驗證；

一個駕駛員身份識別裝置：用于識別駕駛員身份；

一個駕駛員人機交互裝置：用于駕駛員進行人機交互；

所述的服務站包括：

一個信息接收和處理系統(tǒng)：用于數(shù)據(jù)的遠程接收與初步處理；

一個任務派遣及跟蹤系統(tǒng)：用于向在服務站中的車輛進行任務的派遣，以及對派遣出去的車輛的實時跟蹤；

一個充/換電實時監(jiān)測系統(tǒng)：用于對剩余電量不足的車輛進行充/換電處理并進行實時檢測。

一種基于全局優(yōu)化的電動客車運營方法，它包括以下步驟：

S1：數(shù)據(jù)中心通過車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)以及每臺車上安裝的智能網(wǎng)聯(lián)化車載系統(tǒng)，獲取當前所有車輛的位置和狀態(tài)信息；

S2：每個乘客通過在電腦或手機上安裝的客戶端或APP進行預定，數(shù)據(jù)中心通過其所包含的訂單管理系統(tǒng)，獲取當前已完成預訂操作的所有乘客的預訂信息；

S3：數(shù)據(jù)中心根據(jù)預訂信息中出發(fā)地和目的地的關系，將這些訂單分為兩類：

（1）D2H：指多個乘客從不同的出發(fā)地上車，然后在相同的目的地下車；對于此類訂單，需要乘客在預訂時輸入包括上車點和最晚到達目的地的時間在內(nèi)的關鍵信息；

（2）H2D：指多個乘客從相同的出發(fā)地上車，然后在不同的目的地下車；對于此類訂單，需要乘客在預訂時輸入包括下車點和大概的出發(fā)時間在內(nèi)的關鍵信息；

S4：對于兩類訂單，分別執(zhí)行對應的訂單處理及車隊任務規(guī)劃子步驟和任務實施及運行監(jiān)測子步驟；

S5：車隊所有車輛在當天運營結束后，駛入最近的服務站并停機入庫。

所述的車載系統(tǒng)包括一個衛(wèi)星定位裝置、一個遠程數(shù)據(jù)收發(fā)裝置、一個CAN總線數(shù)據(jù)讀寫裝置、一個路徑規(guī)劃和導航裝置、一個乘客身份識別裝置、一個駕駛員身份識別裝置以及一個駕駛員人機交互裝置；

所述的數(shù)據(jù)中心包括一個車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)、一個訂單管理系統(tǒng)、一個數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)和一個實時規(guī)劃和調(diào)度系統(tǒng)；

所述的服務站可以為車輛提供停靠和中轉(zhuǎn)服務、充/換電服務、緊急救援和維修服務；其中，每一個服務站包括一個信息接收和處理系統(tǒng)、一個任務派遣及跟蹤系統(tǒng)和一個充/換電實時監(jiān)測系統(tǒng)。

對于D2H訂單的S4步驟，所述的訂單處理及車隊任務規(guī)劃子步驟包括：

S4111：根據(jù)當前所有車輛的位置和狀態(tài)信息，以及當前已完成預訂操作的所有乘客的預訂信息后，按預先設定的綜合性能指標對車輛和乘客的匹配，以及車輛的運行時間和路線進行全局優(yōu)化，并在滿足相關約束條件的前提下尋找到最佳的運行方案；

S4112：通過車隊任務派發(fā)子系統(tǒng)將相關的信息分別傳遞給車輛，即將對應運輸任務下載到每臺車的車載系統(tǒng)；同時通過訂單確認信息子系統(tǒng)將相關的信息派發(fā)給乘客，即通過客戶端或者APP顯示車輛的行駛計劃和預計抵達上車點的時間信息；

對于D2H訂單的S4步驟，所述的任務實施及運行監(jiān)測子步驟包括：

S4121：車輛的車載系統(tǒng)首先會自動加載從數(shù)據(jù)中心發(fā)來的最新的包括運行時間和路徑在內(nèi)的運行方案，并自動啟動導航；

S4122：駕駛員按照導航的提示，驅(qū)車依次前往運行路線上的各個上車點；

S4123：當車輛抵達運行路線上的某個上車點后，在該點等待的乘客進行身份驗證后并登車；

S4124：當車輛從各個上車點接到所有乘客后，將駛往最終的目的地；

S4125：車輛抵達最終目的地后，乘客依次進行身份驗證后下車，與此同時，運營系統(tǒng)將根據(jù)每個乘客的實際乘坐里程計算相應的費用，并將賬單發(fā)送至每個乘客的客戶端或者APP；

S4126：車輛完成當前的D2H任務后，運營系統(tǒng)將對車輛的包括剩余電量、故障情況在內(nèi)的健康狀況做一個評估，以決定是否需要讓車輛前往附近的服務站進行充/換電或者維護；若車輛健康狀況良好，則進入待命狀態(tài)或者準備開始下一個任務。

對于H2D訂單的S4步驟，所述的訂單處理及車隊任務規(guī)劃子步驟包括：

確定發(fā)車點各時間段車輛的數(shù)量，并通過車隊任務派發(fā)子系統(tǒng)調(diào)配空閑或即將空閑的車輛在相應的時間段抵達發(fā)車點待命，同時通過訂單確認信息派發(fā)子系統(tǒng)告知乘客上車的具體位置和時間段。

對于H2D訂單的S4步驟，所述的任務實施及運行監(jiān)測子步驟包括：

S4221：三類車輛排隊依次進入發(fā)車點，等待乘客的到來；所述的三類車輛包括已在發(fā)車點待命的車輛、已執(zhí)行完D2H任務且健康狀況良好的車輛、從附近服務站臨時抽調(diào)過來的車輛；

S4222：按照先到先上車和坐滿即走的原則，乘客到達發(fā)車點后，排隊進行身份驗證后依次上車；與此同時，運營系統(tǒng)通過車輛與數(shù)據(jù)中心的遠程通訊對乘客身份進行驗證并提取已上車乘客的下車點信息；

S4223：車載系統(tǒng)會根據(jù)下車點信息自動規(guī)劃車輛的行駛路徑并啟動導航；

S4224：駕駛員則按照導航的提示，驅(qū)車依次前往運行路線上的各個下車點；當車輛抵達運行路線上的某個下車點后，相關的乘客刷二代身份證下車，與此同時，運營系統(tǒng)根據(jù)下車乘客的實際乘坐里程計算相應的費用，并將賬單發(fā)送至下車乘客的客戶端或者APP；

S4225：當車輛完成當前的H2D任務后，運營系統(tǒng)將對車輛的包括剩余電量、故障情況在內(nèi)的健康狀況做一個評估，以決定是否需要讓車輛前往附近的服務站進行充/換電或者維護；若車輛健康狀況良好，則進入待命狀態(tài)或者準備開始下一個任務。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明適用于交通樞紐（Hub）同多個分散位置節(jié)點（Door）之間通常由中型客車（10~20座）承擔的運輸服務，根據(jù)用戶的預訂信息中出發(fā)地和目的地的關系，將預定的訂單分為兩類Door-to-Hub（D2H）和Hub-to-Door（H2D），對于兩類訂單采用不同的處理規(guī)劃與實施監(jiān)測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結構方框圖；

圖2為本發(fā)明方法流程圖；

圖3為D2H訂單處理及車隊任務規(guī)劃子步驟流程圖；

圖4為D2H任務實施及運行監(jiān)測子步驟流程圖；

圖5為H2D訂單處理及車隊任務規(guī)劃子步驟流程圖；

圖6為H2D任務實施及運行監(jiān)測子步驟流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的技術方案：如圖1所示，一種基于全局優(yōu)化的電動客車運營系統(tǒng)，包括一個具備全局優(yōu)化和自動調(diào)度能力的數(shù)據(jù)中心，若干配備智能網(wǎng)聯(lián)化車載系統(tǒng)的電動客車，若干數(shù)量的為車輛提供?？亢椭修D(zhuǎn)服務、充/換電服務、緊急救援和維修服務的服務站；所述的數(shù)據(jù)中心將乘客訂單中根據(jù)預訂信息中出發(fā)地和目的地的關系，將這些訂單分為兩類：（1）D2H：指多個乘客從不同的出發(fā)地上車，然后在相同的目的地下車；對于此類訂單，需要乘客在預訂時輸入包括上車點和最晚到達目的地的時間在內(nèi)的關鍵信息；（2）H2D：指多個乘客從相同的出發(fā)地上車，然后在不同的目的地下車；對于此類訂單，需要乘客在預訂時輸入包括下車點和大概的出發(fā)時間在內(nèi)的關鍵信息；并對于兩類訂單，分別執(zhí)行對應的任務規(guī)劃；所述的電動客車根據(jù)規(guī)劃進行任務實施。

所述的數(shù)據(jù)中心至少包括：

一個車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)：用于獲取車輛的位置信息和狀態(tài)信息，并且進行數(shù)據(jù)的傳輸與接收；

一個訂單管理系統(tǒng)：用于獲取當前已完成預訂操作的所有乘客的預訂信息，并且根據(jù)出發(fā)地和目的地的關系，將這些訂單分為兩類；

一個數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)：用于在乘客驗證下車后，根據(jù)每個乘客的實際乘坐里程計算相應的費用，并將賬單發(fā)送至每個乘客的客戶端或者APP；以及在車輛完成當前的D2H/H2D任務后，對車輛的包括剩余電量、故障情況在內(nèi)的健康狀況做一個評估，以決定是否需要讓車輛前往附近的服務站進行充/換電或者維護，若車輛健康狀況良好，則進入待命狀態(tài)或者準備開始下一個任務；

一個實時規(guī)劃和調(diào)度系統(tǒng)：

對于D2H訂單，在乘客上車前，根據(jù)獲取到的當前所有車輛的位置和狀態(tài)信息以及當前已完成預訂操作的所有乘客的預訂信息后，按預先設定的綜合性能指標對車輛和乘客的匹配，以及車輛的運行時間和路線進行全局優(yōu)化，并在滿足相關約束條件的前提下尋找到最佳的運行方案；

對于H2D訂單，在乘客上車前，確定發(fā)車點各時間段車輛的數(shù)量，并通過車隊任務派發(fā)子系統(tǒng)調(diào)配空閑或即將空閑的車輛在相應的時間段抵達發(fā)車點待命，同時通過訂單確認信息派發(fā)子系統(tǒng)告知乘客上車的具體位置和時間段；在乘客上車后，獲取乘客的驗證身份并提取已上車乘客的下車點信息，并根據(jù)下車點信息自動規(guī)劃車輛的行駛路徑；

所述的智能網(wǎng)聯(lián)化車載系統(tǒng)至少包括：

一個衛(wèi)星定位裝置：用于實時獲取電動客車的定位數(shù)據(jù)；

一個遠程數(shù)據(jù)收發(fā)裝置：用于與數(shù)據(jù)中心的進行遠程數(shù)據(jù)的收發(fā)；

一個CAN總線數(shù)據(jù)讀寫裝置：用于獲取/寫入CAN總線的數(shù)據(jù)；

一個路徑規(guī)劃和導航裝置：用于將接收到的數(shù)據(jù)中心發(fā)送的路徑規(guī)劃以及導航數(shù)據(jù)并進行顯示；

一個乘客身份識別裝置：用于乘客在上/下車時進行身份驗證；

一個駕駛員身份識別裝置：用于識別駕駛員身份；

一個駕駛員人機交互裝置：用于駕駛員進行人機交互；

所述的服務站包括：

一個信息接收和處理系統(tǒng)：用于數(shù)據(jù)的遠程接收與初步處理；

一個任務派遣及跟蹤系統(tǒng)：用于向在服務站中的車輛進行任務的派遣，以及對派遣出去的車輛的實時跟蹤；

一個充/換電實時監(jiān)測系統(tǒng)：用于對剩余電量不足的車輛進行充/換電處理并進行實時檢測。

一種基于全局優(yōu)化的電動客車運營方法，如圖2所示，其包括以下步驟：

S1：數(shù)據(jù)中心通過車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)以及每臺車上安裝的智能網(wǎng)聯(lián)化車載系統(tǒng)，獲取當前所有車輛的位置和狀態(tài)信息；

S2：每個乘客通過在電腦或手機上安裝的客戶端或APP進行預定，數(shù)據(jù)中心通過其所包含的訂單管理系統(tǒng)，獲取當前已完成預訂操作的所有乘客的預訂信息；

S3：數(shù)據(jù)中心根據(jù)預訂信息中出發(fā)地和目的地的關系，將這些訂單分為兩類：

（1）D2H：指多個乘客從不同的出發(fā)地上車，然后在相同的目的地下車（例如，送機服務）；對于此類訂單，需要乘客在預訂時輸入包括上車點（例如，酒店或小區(qū)的名稱，或者在地圖上選取精確的上車點）和最晚到達目的地的時間（例如，航班起飛前一個小時）在內(nèi)的關鍵信息；

（2）H2D：指多個乘客從相同的出發(fā)地上車，然后在不同的目的地下車（例如，接機服務）；對于此類訂單，需要乘客在預訂時輸入包括下車點和大概的出發(fā)時間（例如，航班降落后40分鐘）在內(nèi)的關鍵信息；

S4：對于兩類訂單，分別執(zhí)行對應的訂單處理及車隊任務規(guī)劃子步驟和任務實施及運行監(jiān)測子步驟；

S5：車隊所有車輛在當天運營結束后，駛入最近的服務站并停機入庫。

步驟S3中的分類通過在數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)實現(xiàn)，數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)分別判斷用戶的出發(fā)地和目的地是否保存在出發(fā)地數(shù)據(jù)庫和目的地數(shù)據(jù)庫中以實現(xiàn)訂單類型的分類。

對于D2H訂單的S4步驟，如圖3所示，所述的訂單處理及車隊任務規(guī)劃子步驟包括：

S4111：根據(jù)當前所有車輛的位置和狀態(tài)信息，以及當前已完成預訂操作的所有乘客的預訂信息后，按預先設定的綜合性能指標（例如，總路程最短、總時間最少、總電量消耗最低等等）對車輛和乘客的匹配（哪些車去接哪些人），以及車輛的運行時間和路線（每臺車該如何去完成所分配的運輸任務）進行全局優(yōu)化，并在滿足相關約束條件（例如，每個乘客設定的最晚到達時間等）的前提下尋找到最佳的運行方案；

S4112：通過車隊任務派發(fā)子系統(tǒng)將相關的信息分別傳遞給車輛，即將對應運輸任務下載到每臺車的車載系統(tǒng)；同時通過訂單確認信息子系統(tǒng)將相關的信息派發(fā)給乘客，即通過客戶端或者APP顯示車輛的行駛計劃和預計抵達上車點的時間信息；

對于D2H訂單的S4步驟，如圖4所示，所述的任務實施及運行監(jiān)測子步驟包括：

執(zhí)行D2H任務的車輛通常從其中一個服務站出發(fā)。

S4121：車輛的車載系統(tǒng)首先會自動加載從數(shù)據(jù)中心發(fā)來的最新的包括運行時間和路徑在內(nèi)的運行方案，并自動啟動導航；

S4122：駕駛員按照導航的提示，驅(qū)車依次前往運行路線上的各個上車點；

S4123：當車輛抵達運行路線上的某個上車點后，在該點等待的乘客進行身份驗證后并登車；（之前已用身份證號進行了預訂，或者是預訂之后生成了供掃描的二維碼）

S4124：當車輛從各個上車點接到所有乘客后，將駛往最終的目的地；

S4125：車輛抵達最終目的地后，乘客依次進行身份驗證后下車，與此同時，運營系統(tǒng)將根據(jù)每個乘客的實際乘坐里程計算相應的費用，并將賬單發(fā)送至每個乘客的客戶端或者APP（乘客隨后可通過微信/支付寶/信用卡等多種方式進行支付）；

S4126：車輛完成當前的D2H任務后，運營系統(tǒng)將對車輛的包括剩余電量、故障情況在內(nèi)的健康狀況做一個評估，以決定是否需要讓車輛前往附近的服務站進行充/換電或者維護；若車輛健康狀況良好，則進入待命狀態(tài)或者準備開始下一個任務。

同D2H可以根據(jù)乘客選擇的上車點和所有車輛的位置和狀態(tài)提前進行人-車分配和路徑規(guī)劃的運行模式相比，H2D則只能根據(jù)某時間段預訂該服務的人數(shù)來估計該時間段發(fā)車點所需車輛的數(shù)量。對于H2D而言，由于各個時間段從發(fā)車點上車的乘客較多，而且乘客到達發(fā)車點的實際時間同預訂時選擇的時間往往有偏差（例如航班晚點等），所以比較適合采用“先到先上車”和“坐滿即走”的運行模式（而不是像D2H那樣提前進行人-車分配和路徑規(guī)劃）。

對于H2D訂單的S4步驟，如圖5所示，所述的訂單處理及車隊任務規(guī)劃子步驟包括：

確定發(fā)車點各時間段車輛的數(shù)量，并通過車隊任務派發(fā)子系統(tǒng)調(diào)配空閑或即將空閑的車輛在相應的時間段抵達發(fā)車點待命，同時通過訂單確認信息派發(fā)子系統(tǒng)告知乘客上車的具體位置和時間段。

H2D的路徑規(guī)劃不在此階段進行（由于實行乘客隨機登車的模式，需要等該車所有乘客刷二代身份證登車后才能確定相應的下車點信息和規(guī)劃該車的行駛路徑）。

對于H2D訂單的S4步驟，如圖6所示，所述的任務實施及運行監(jiān)測子步驟包括：

S4221：三類車輛排隊依次進入發(fā)車點，等待乘客的到來；所述的三類車輛包括已在發(fā)車點待命的車輛、已執(zhí)行完D2H任務且健康狀況良好的車輛、從附近服務站臨時抽調(diào)過來的車輛；

S4222：按照先到先上車和坐滿即走的原則，乘客到達發(fā)車點后，排隊進行身份驗證后依次上車；與此同時，運營系統(tǒng)通過車輛與數(shù)據(jù)中心的遠程通訊對乘客身份進行驗證并提取已上車乘客的下車點信息（根據(jù)乘客身份證號從數(shù)據(jù)庫中提取相應的下車點信息，該信息需要乘客在預訂時提供）；

S4223：車載系統(tǒng)會根據(jù)下車點信息自動規(guī)劃車輛的行駛路徑并啟動導航；

S4224：駕駛員則按照導航的提示，驅(qū)車依次前往運行路線上的各個下車點；當車輛抵達運行路線上的某個下車點后，相關的乘客刷二代身份證下車，與此同時，運營系統(tǒng)根據(jù)下車乘客的實際乘坐里程計算相應的費用，并將賬單發(fā)送至下車乘客的客戶端或者APP；

S4225：當車輛完成當前的H2D任務后，運營系統(tǒng)將對車輛的包括剩余電量、故障情況在內(nèi)的健康狀況做一個評估，以決定是否需要讓車輛前往附近的服務站進行充/換電或者維護；若車輛健康狀況良好，則進入待命狀態(tài)或者準備開始下一個任務。。