基于电动汽车轨迹数据分析充电桩信息的方法研究

2019-10-31王桂琴冯亚北尚尔基杨秀文

智能城市 2019年20期

周飞王桂琴冯亚北尚尔基杨秀文

（北京市城市管理研究院，北京 100028）

低碳经济是我国未来发展的主要方向，电动汽车已成为我国政府大力扶持的新产业[1]。作为电动汽车发展基础设施的充电桩的重要性也日益提高[2]。国内外都对充电桩开展了大量研究，主要集中在充电桩自身技术、运营模式和建设规划等方面[3]。通过轨迹信息分析电动汽车行为进而了解充电桩的位置和使用情况，有利于政府加强相关政策的导向性，增进新能源汽车行业的发展。电动汽车充电数据是安装在电动汽车内的车载信息采集传输终端（简称车载终端），利用GPRS无线传输技术，以一定的时间周期（例如30 s）定时地反馈车辆充放电状态数据，涵盖车辆位置数据、电池数据、车辆行驶状态数据等，字段主要包括数据时间、车辆ID、维度、经度、车辆状态、充电状态、运行模式、车速、累计里程、总电压、总电流、SOC、DC-DC状态、档位、绝缘电阻、是否有效定位等。其中，电池荷电状态（State of Charges，简称SOC）是描述电池状态的重要参数之一，它表示动力电池当前电量与电池容量的比值，是一个0～1之间相对的量，也是判断电动汽车是否充电的关键参数指标。

要对电动车的充电行为进行分析，首先要准确识别出真实反映车辆充电行为的数据，因此，本次研究首先对某一辆车（以下统称：A车）2018年9月的轨迹数据进行研究，并根据国标《电动汽车远程服务与管理系统技术规范——第3部分：通讯协议及数据格式》（GB/T 32960.3—2016）中字段解释，提出研究思路并验证研究思路和方法的可行性。

1 数据预处理及概念提出

1.1 关键字段解释

根据国标《电动汽车远程服务与管理系统技术规范——第3部分：通讯协议及数据格式》（GB/T 32960.3—2016）规定，部分关键字段有如下定义，如表1所示。

表1 关键字段定义

1.2 数据预处理

本研究目标之一是要寻找充电桩地点，但是在对数据进行初步研究之后，发现关键字段“是否有效定位”存在“是否有效定位=1”即定位不准的情况，推测是因为车辆在行驶过程中进入了信号不佳地点（如地下车库等），导致信号恢复后，在进行数据补充传输的过程中，定位不准。根据此现象，采用“近邻修正法”将经纬度数据进行修正。近邻修正法即当出现“是否有效定位=1”时，用上一个“是否有效定位=0”的经纬度数据替换“是否有效定位=1”的数据。在具体分析中，如果修正后的地点判定为充电地点，则定义为地下充电地点。

1.3 概念提出

根据国标GB/T 32960.3—2016标准及A车充电时的数据反馈，提出电动车充电时以下几个状态的概念设定。

（1）停车地点，即车辆“累计里程数”大于等于30 min不变时的地点；

（2）充电行为，即电动车充电过程中，数据表现为“车辆状态=2，充电状态=1，总电流为负且在某数值范围附近波动，累计里程不变，SOC值增长”；充电行为又分为连续性充电和间断性充电；

①连续性充电，即电动车充电过程中，充电桩完好，车辆连接充电后，充电行为一次性完成，数据表现为“车辆状态=2，充电状态=1，累计里程不变且SOC持续增长”；

②间断性充电，即电动车充电过程中，SOC持续增长，但充电过程中出现充电中断现象，数据表现为出现“充电状态=3”的情况；间断性充电又分为固定桩间断性充电和换桩间断性充电。

a.固定桩间断性充电：电动车充电过程中，充电桩出现接触不良故障，经过拔插动作后，车辆继续充电的情况，数据表现为“累计里程不变且SOC持续增长，但是在充电过程中间，出现车辆状态=2，充电状态=3”；

b.换桩间断性充电：电动车充电过程中，充电桩出现损坏故障，车辆原地更换充电桩后继续充电的情况，数据表现为“累计里程不变且SOC持续增长，但是在充电过程中间，出现车辆状态=1，车辆状态=3”。

2 研究思路

通过对电动车充电状态的研究发现，电动车充电时必须保持车辆静止，即车辆停止累计里程不变，因此本次研究的研究思路具体如下：

第一步，根据累计里程数在超过0.5 h的时间内保持不变，确定车辆停车地点；

第二步，根据电动车在停车地点是否出现“充电状态=1”，确定车辆充电地点；

第三步，根据POI属性及停车点是否有“公用充电桩”，确定具体充电桩的属性，“公桩”或者“私桩”；

第四步，根据总电流，判断是快充还是慢充；

第五步，根据充电状态，分析充电桩是否出现故障。

具体流程如图1所示。

图1 分析流程

3 研究结果

3.1 A车特征分析

通过对A车轨迹数据分析得出，A车是一辆来自门头沟地区，续航里程260 km，多以夜间出行为主的营运车辆。

3.1.1 A车来自门头沟地区

A车9月份停车地点（单次停车超过30 min）累计69次，具体如图2分布。其中，“红1”点停车10次，“红2”点停车28次，其他黑色点均停车1次。“红2”点具体地址为：门头沟区龙泉镇滨河临镜苑小区12号楼。因此，推定A车来自门头沟地区。

图2 A车停车地点分布

3.1.2 A车续航里程260 km

根据A车每次行驶里程和SOC变化量，推断出A车续航里程为260 km。

例1：9月2号21：30出发，行驶到9月3号6：22，累计行驶8.9 h，行驶里程170 km，SOC减少66%。

续航里程=170/0.66=257.6 km。

3.1.3 A车为营运车辆

通过对A车行驶轨迹数据的分析，得出以下几点：

（1）A车9月份累计里程4 738 km，日均里程157.9 km；

（2）行驶轨迹遍布北京城区（图3）；

图3 车辆位置信息还原

（3）A车行驶区域（轨迹点分布在各城区的比例）以门头沟、海淀、石景山、丰台为主（图4）；

图4 A车轨迹点分布在各城区的比例

（4）单次长时间驾驶出行多在夜间（出发在21：00～23：00之间，累计8次），且单次行驶时间较长（平均7.5 h），如例1所述，其行驶轨迹见图5，黄色点为出发点和终点，整个行驶过程中没有单次停车大于10 min的行为。

图5 A车（9月2日夜间）轨迹（蓝色）

综上所述，A车为营运车辆。

3.2 A车充电行为分析

3.2.1 停车地点分布

根据“停车地点”的条件判断，A车9月份累计停车69次，具体如图2所示。其中，红1点停车10次，红2点停车28次，其他黑色点均停车1次。

3.2.2 充电地点分布

根据充电行为定义，分析出A车9月累计充电22次，充电地点5处，具体如图6所示。绿色代表地上充电地点，蓝色代表地下充电地点，其中，“绿1”充电17次，“绿2”充电2次，“绿3”充电1次，“蓝1”充电1次，“蓝2”充电1次。

图6 A车充电地点分布

3.3.3 具体充电点分析

（1）充电地点“绿1”，地上，私桩、慢充且状态良好。“绿1”充电地点为（图7）：北京市门头沟区滨河居住区临镜苑12号楼，A车9月份在“绿1”累计充电17次，充电电流为“-10”，充电过程为连续性充电。因此，根据“是否有效定位=0”，可以判定“绿1”充电地点为“地上”“私桩”“慢充”，充电桩状态良好。

根据A车充电时间分布，6：00～8：00之间开始充电共计4次，单次充电时间均超过4 h，17：00～19：00之间开始充电共计5次，单次充电时间均超过3 h，符合营运车辆在“收车”之后，或者在“出车”之前进行充电的行为。

图7 “绿1”充电地点定位

（2）充电地点“绿2”，地上、公桩、快充且状态良好。“绿2”充电地点为（图8）：特来电充电站（北京市门头沟区中门寺南坡小区26楼），A车9月份在“绿2”累计充电2次，分别是9月18日周二7：26和9月24日周一14：40，单次充电时间均小于1 h，充电电流为“-64”，充电过程为连续性充电。因此，根据“是否有效定位=0”，可以判定“绿2”充电地点为“地上”“公桩”“快充”，充电桩状态良好。

图8 “绿2”充电地点定位

（3）充电地点“绿3”，地上、公桩、快充且存在故障。“绿3”充电地点为（图9）：国家电网汽车充电桩（老山南路），A车9月份在“绿3”充电1次，时间是9月20日周四22：20，充电时间不足1 h，充电电流为“-64”，充电过程为间断性充电，且属于换桩间断性充电。因此，根据“是否有效定位=0”，可以判定“绿3”充电地点为“地上”“公桩”“快充”，充电桩存在故障。

图9 “绿3”充电地点定位

（4）充电地点“蓝1”，地下、公桩、快充且状态良好。“蓝1”充电地点为（图10）：大兴区会聚西红门购物中心停车场（入口），A车9月份在“蓝1”充电1次，时间是9月8日周六9：24，充电时间近4 h，充电电流为“-45”，充电过程为连续性充电。因此，根据“是否有效定位=1”，可以判定“蓝1”充电地点为“地下”“公桩”“快充”，充电桩状态良好。

图10 “蓝1”充电地点定位

（5）充电地点“蓝2”，地下、私桩、慢充且状态良好。“蓝2”充电地点为（图11）：昌平区天通苑四区地下停车场（入口），A车9月份在“蓝2”充电1次，时间是9月6日周四16：30，充电时间不足1 h，充电电流为“-10”，充电过程为连续性充电。因此，根据“是否有效定位=1”，可以判定“蓝1”充电地点为“地下”“私桩”“慢充”，充电桩状态良好。