本發(fā)明屬于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于最短路徑泰森多邊形的電動(dòng)汽車充電站搜索方法。

背景技術(shù)：

隨著新能源汽車的推廣，需要建設(shè)足夠覆蓋面積的充電樁作為電動(dòng)汽車能源的主要供給方式。泰森多邊形是對(duì)空間平面的一種剖分，其特點(diǎn)是:1)任何一個(gè)多邊形內(nèi)的任何位置離該多邊形內(nèi)的離散點(diǎn)的距離最近，離相鄰多邊形內(nèi)離散點(diǎn)的距離遠(yuǎn)，2)每個(gè)泰森多邊形內(nèi)僅含有一個(gè)離散點(diǎn)，3)位于泰森多邊形邊上的點(diǎn)到其兩邊的離散點(diǎn)的距離相等。

傳統(tǒng)充電設(shè)施規(guī)劃方式是以一定長度為半徑,通過畫圓的方式形成電動(dòng)汽車充電站的服務(wù)范圍，這種方式往往存在服務(wù)范圍無法實(shí)現(xiàn)全面覆蓋、覆蓋范圍存在重疊，或者所確定的服務(wù)范圍相對(duì)與電動(dòng)汽車來講并非是最優(yōu)的選擇。這就造成用戶搜尋最近設(shè)施的困難，無法最快定位距離用戶最近的設(shè)施。泰森基于多邊形方法，可以合理涵蓋所有區(qū)域，實(shí)現(xiàn)全覆蓋、不重疊，快速知道距離用戶最近的充電設(shè)施。

電動(dòng)汽車剛處于發(fā)展階段，充電設(shè)施的選址規(guī)劃遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到傳統(tǒng)加油站的普及程度，目前只是在自貿(mào)區(qū)、大型停車場(chǎng)、醫(yī)院的區(qū)域分布，加之本身續(xù)航等因素，基于最短路徑的充電設(shè)施路徑選取的重要意義日益凸顯。傳統(tǒng)路徑選取需要建立模型分析，求解計(jì)算并分析靈敏度，不僅過程復(fù)雜，耗時(shí)費(fèi)力，而且模型覆蓋區(qū)域會(huì)出現(xiàn)空白或重疊的現(xiàn)象，結(jié)果的準(zhǔn)確程度也是有待考證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種基于最短路徑泰森多邊形的電動(dòng)汽車充電站搜索方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于最短路徑泰森多邊形的電動(dòng)汽車充電站搜索方法，包括如下步驟：

S1，獲得所在區(qū)域可用的所有充電站的具體地理位置，以每個(gè)充電站所在的位置作為離散點(diǎn)，構(gòu)建Delaunay三角形網(wǎng)絡(luò)；

S2，求得Delaunay三角網(wǎng)內(nèi)所有三角形的外接圓，記錄外接圓的圓心位置；依次連接離散點(diǎn)周圍的Delaunay三角形外接圓的圓心，得到離散點(diǎn)的泰森多邊形；

S3，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)上述泰森多邊形和離散點(diǎn)信息搜索距離電動(dòng)汽車最便捷的充電站所在位置并反饋給電動(dòng)汽車，其中車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集車輛和充電站信息。

進(jìn)一步的，在步驟S3中搜索距離電動(dòng)汽車最便捷的充電站的方法包括如下步驟：

S31，求得電動(dòng)汽車所在位置A點(diǎn)到每個(gè)離散點(diǎn)的最短路徑S1，S2，S3,……，取其中最短和次短的兩條路徑，并記下它們所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)離散點(diǎn)P1、P2，將得到的這兩條路線合成連通的一條路徑為L；

S32，在L上找一個(gè)點(diǎn)P,使P點(diǎn)到兩個(gè)控制點(diǎn)P1，P2的最短路程相等(即P為L的中點(diǎn))，則P點(diǎn)是由P1、P2所控制的兩個(gè)擴(kuò)展泰森多邊形的交點(diǎn),點(diǎn)P作為兩個(gè)多邊形分界點(diǎn)，使得在PP1(PP2)上找不到一點(diǎn)B，使得B到其他控制點(diǎn)的最短路程小于B到P1(P2)的最短路程；

S33，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤P1、P2充電設(shè)施的設(shè)備情況，用戶可根據(jù)實(shí)際情況自由選擇P1、P2，若用戶點(diǎn)為C，點(diǎn)C若在PP1上，可以沿PP1到P1，此時(shí)到P1距離最短；若C在PP1上，但選擇P2充電，則可以沿CP、PP2到P2，此時(shí)到P2的距離最短。

進(jìn)一步的，步驟S2中，對(duì)于三角網(wǎng)邊緣的泰森多邊形，可作垂直平分線與圖廓相交，與圖廓一起構(gòu)成泰森多邊形。

進(jìn)一步的，步驟S2中，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)所得的泰森多邊形，可得到各充電站通過泰森多邊形得到的供電區(qū)域范圍；車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)供電區(qū)域范圍的輪廓邊界、外接圓圓心、半徑信息進(jìn)行記錄。

進(jìn)一步的，還包括步驟S4，在電動(dòng)汽車未到達(dá)目標(biāo)充電站地點(diǎn)前，如果目標(biāo)點(diǎn)被占據(jù)，則車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)返回步驟S1，去除已被占用的離散點(diǎn)，根據(jù)記錄供電區(qū)域范圍的輪廓邊界、外接圓圓心、半徑信息重新構(gòu)建Delaunay三角形網(wǎng)絡(luò)。

進(jìn)一步的，還包括步驟S4，在電動(dòng)汽車未到達(dá)目標(biāo)充電站地點(diǎn)前，如果目標(biāo)點(diǎn)被占據(jù)，則車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)返回步驟S1，去除已被占用的離散點(diǎn)，重新構(gòu)建Delaunay三角形網(wǎng)絡(luò)。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)依托車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過GPS、RFID、傳感器、攝像頭圖像處理裝置、中心處理器等技術(shù)手段，車輛可以完成自身環(huán)境和狀態(tài)信息的采集；通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，所有的車輛可以將自身的各種信息、充電站離散點(diǎn)信息傳輸匯聚到中央處理器；通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，這些大量的信息可以被分析和處理，重新計(jì)算泰森多邊形，從而計(jì)算出不同車輛的最佳路線。

(2)當(dāng)電動(dòng)汽車行駛至某一點(diǎn)，因電池電量不足報(bào)警或其他原因需要進(jìn)行充電服務(wù)。此時(shí)需要在地圖上尋找充電站進(jìn)行充電，通過對(duì)區(qū)域內(nèi)所有充電站站點(diǎn)供電服務(wù)區(qū)域進(jìn)行泰森多邊形剖分分析，得到距車輛最近的充電站推送給需求車輛，方便車輛及時(shí)進(jìn)行充電。基于泰森多邊形對(duì)整體區(qū)域進(jìn)行劃分，可以達(dá)到無需測(cè)距的定位方法，降低路徑選取難度。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例充電站選址點(diǎn)作為離散點(diǎn)，建立的散點(diǎn)集；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)建的Delaunay三角形網(wǎng)絡(luò)。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的泰森多邊形剖分圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

本發(fā)明基于最短路徑泰森多邊形的電動(dòng)汽車充電站搜索方法，以天津機(jī)場(chǎng)自貿(mào)區(qū)為例進(jìn)行說明，

步驟1，獲得自貿(mào)區(qū)此時(shí)可用的所有充電站的具體地理位置，以每個(gè)充電站所在的位置作為離散點(diǎn)，如圖1所示，構(gòu)建Delaunay三角形網(wǎng)絡(luò)，本實(shí)施例采用如下Lawson算法構(gòu)建Delaunay三角形網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示：

1)確定所有已建的充電設(shè)施的具體地理位置，并以散點(diǎn)的方式順序標(biāo)注在圖中，所有散點(diǎn)構(gòu)成點(diǎn)集V；

2)構(gòu)建一個(gè)超級(jí)三角形，包含點(diǎn)集V內(nèi)的所有散點(diǎn)，放入三角形鏈表；

3)將點(diǎn)集V中的散點(diǎn)依次插入，在三角形鏈表中找出其外接圓包含插入點(diǎn)的三角形(稱為該點(diǎn)的影響三角形)，刪除影響三角形的公共邊，將插入點(diǎn)同影響三角形的全部頂點(diǎn)連接起來，從而完成一個(gè)點(diǎn)在Delaunay三角形鏈表中的插入；

4)根據(jù)優(yōu)化準(zhǔn)則對(duì)局部新形成的三角形進(jìn)行優(yōu)化，將形成的三角形放入Delaunay三角形鏈表；

5)循環(huán)執(zhí)行上述第3)步，直到所有散點(diǎn)插入完畢。此時(shí)已構(gòu)建完Delaunay三角網(wǎng)。

步驟2，求得Delaunay三角網(wǎng)內(nèi)所有三角形的外接圓，記錄外接圓的圓心位置；依次連接散點(diǎn)周圍的Delaunay三角形外接圓的圓心，得到離散點(diǎn)的泰森多邊形；其中，對(duì)于三角網(wǎng)邊緣的泰森多邊形，可作垂直平分線與圖廓(及自貿(mào)區(qū)邊界)相交，與圖廓一起構(gòu)成泰森多邊形，如圖3所示；根據(jù)所得的泰森多邊形，可得到各充電站通過泰森多邊形得到的供電區(qū)域范圍；車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)供電區(qū)域范圍的輪廓邊界、外接圓圓心、半徑等信息進(jìn)行記錄，方便以后重新繪制泰森多邊形，提高運(yùn)行速度；構(gòu)建泰森多邊形的步驟具體為：

1)對(duì)離散點(diǎn)和Delaunay三角網(wǎng)中的三角形編號(hào)，記錄每個(gè)三角形是由哪三個(gè)離散點(diǎn)構(gòu)成；

2)找出與每個(gè)離散點(diǎn)相鄰的所有三角形的編號(hào)，并記錄下來，即只要在已構(gòu)建的Delaunay三角網(wǎng)中找出具有一個(gè)相同頂點(diǎn)的所有三角形即可；

3)對(duì)與每個(gè)離散點(diǎn)相鄰的三角形按順時(shí)針或逆時(shí)針方向排序，以便下一步連接生成泰森多邊形；假設(shè)離散點(diǎn)為o，找出以o為頂點(diǎn)的一個(gè)三角形，設(shè)為A；取三角形A除o以外的另一頂點(diǎn)，設(shè)為a，則另一個(gè)頂點(diǎn)也可找出，即為f；則下一個(gè)三角形必然是以of為邊的，即為三角形F；三角形F的另一頂點(diǎn)為e，則下一三角形是以oe為邊的；如此重復(fù)進(jìn)行，直到回到oa邊；

4)計(jì)算每個(gè)三角形的外接圓圓心，并記錄之；

5)根據(jù)每個(gè)離散點(diǎn)的相鄰三角形，連接這些相鄰三角形的外接圓圓心，即得到泰森多邊形。

6)將繪制區(qū)域的邊界與實(shí)際邊界進(jìn)行對(duì)比，剪裁，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。上述步驟6)將繪制區(qū)域的邊界與實(shí)際邊界進(jìn)行對(duì)比剪裁的具體方法為：

61)將自貿(mào)區(qū)邊界頂點(diǎn)和構(gòu)建的泰森多邊形最外層的頂點(diǎn)定向排序；

62)找出目標(biāo)規(guī)劃區(qū)域多邊形和已構(gòu)建泰森多邊形的交叉點(diǎn)，并將這些點(diǎn)按順序插入預(yù)先建立的用于存儲(chǔ)裁剪結(jié)果的泰森多邊形頂點(diǎn)鏈表。

63)選取任一個(gè)交點(diǎn)為起點(diǎn)，將其輸出到62)的頂點(diǎn)鏈表中。

64)若該交點(diǎn)為出點(diǎn)(已構(gòu)建的泰森多邊形為被剪裁多邊形，從被剪裁對(duì)象來看，由內(nèi)到外穿出的交點(diǎn)稱為出點(diǎn)，反之是入點(diǎn)，出點(diǎn)與入點(diǎn)成對(duì)出現(xiàn))，便開始跟蹤計(jì)算區(qū)域多邊形的頂點(diǎn)，否則跟蹤泰森多邊形頂點(diǎn)。

65)跟蹤泰森多邊形，將頂點(diǎn)輸出到結(jié)果多邊形頂點(diǎn)鏈表中，直至遇到新的交點(diǎn)。

66)將新的交點(diǎn)輸出到結(jié)果多邊形的頂點(diǎn)鏈表中，如果在第64)步中跟蹤的是泰森多邊形，那么就跟蹤計(jì)算區(qū)域多邊形，反之類似。

67)重復(fù)第(6)、第(7)步，直至回到起點(diǎn)，形成一個(gè)結(jié)果多邊形。

68)重復(fù)第(7)～(12)步，直至所有的交點(diǎn)都被訪問過。

步驟3，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)上述泰森多邊形和離散點(diǎn)信息搜索距離電動(dòng)汽車最便捷的充電站所在位置并反饋給電動(dòng)汽車，其中車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集車輛和充電站信息；搜索最便捷的充電站的方法包括如下步驟：

1)求得電動(dòng)汽車所在位置A點(diǎn)到每個(gè)離散點(diǎn)的最短路徑S1，S2，S3,……，取其中最短和次短的兩條路徑，并記下它們所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)離散點(diǎn)P1、P2，將得到的這兩條路線合成連通的一條路徑為L；

2)在L上找一個(gè)點(diǎn)P,使P點(diǎn)到兩個(gè)控制點(diǎn)P1，P2的最短路程相等，即P為L的中點(diǎn)，則P點(diǎn)是由P1、P2所控制的兩個(gè)擴(kuò)展泰森多邊形的交點(diǎn)；以P點(diǎn)為界，L的兩段(可設(shè)為PP1，PP2)分屬于這兩個(gè)基于最短路徑的擴(kuò)展泰森多邊形；使得在PP1、PP2上找不到一點(diǎn)B，使得B到其他控制點(diǎn)的最短路程小于B到P1、P2的最短路程；

3)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤P1、P2充電設(shè)施的設(shè)備情況，用戶可根據(jù)實(shí)際情況自由選擇P1、P2，若用戶點(diǎn)為C，點(diǎn)C若在PP1上，可以沿PP1到P1，此時(shí)到P1距離最短；若C在PP1上，但選擇P2充電，則可以沿CP、PP2到P2，此時(shí)到P2的距離最短結(jié)合導(dǎo)航系統(tǒng)，判斷電動(dòng)汽車此時(shí)所在位置是否在PP1或PP2上，如果均不在，判斷電動(dòng)汽車此時(shí)所在位置所屬的道路是否與PP1或PP2有交叉；如果在PP1上或者與PP1有交叉則選擇P1所指的充電站為目的地行駛；否則選擇P2所指的充電站為目的地行駛。

另外，在電動(dòng)汽車未到達(dá)目標(biāo)充電站地點(diǎn)前，如果目標(biāo)點(diǎn)被占據(jù)，則車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)返回步驟1，去除已被占用的離散點(diǎn)，重新構(gòu)建Delaunay三角形網(wǎng)絡(luò)。

傳統(tǒng)的泰森多邊形是對(duì)空間不考慮實(shí)際路徑的一種分割方式,使得其在很多領(lǐng)域的應(yīng)用受到了限制,尤其是在城市規(guī)劃和沿路徑分析等方面表現(xiàn)更為突出。所以只依靠泰森多邊形進(jìn)行定位還達(dá)不到實(shí)際需求，電動(dòng)汽車的發(fā)展速度快于充電設(shè)施建設(shè)速度，往往出現(xiàn)無樁可用的現(xiàn)象，這就需要重新生成泰森多邊形，對(duì)路徑重新規(guī)劃，通過車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行解決。

本發(fā)明車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，是指通過在車輛儀表臺(tái)安裝車載終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛所有工作情況和靜、動(dòng)態(tài)信息的采集、存儲(chǔ)并發(fā)送。系統(tǒng)分為三大部分：車載終端、云計(jì)算處理平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。車輛的運(yùn)行往往涉及多項(xiàng)開關(guān)量、傳感器模擬量、CAN信號(hào)數(shù)據(jù)等等，駕駛員在操作車輛運(yùn)行過程中，產(chǎn)生的車輛數(shù)據(jù)不斷回發(fā)到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，形成海量數(shù)據(jù)，由云計(jì)算處理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的“過濾清洗”，數(shù)據(jù)分析平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)表式處理，供管理人員查看。

依托車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過GPS、RFID、傳感器、攝像頭圖像處理裝置、中心處理器等技術(shù)手段，車輛可以完成自身環(huán)境和狀態(tài)信息的采集；通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，所有的車輛可以將自身的各種信息、充電站離散點(diǎn)信息傳輸匯聚到中央處理器；通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，這些大量的信息可以被分析和處理，重新計(jì)算泰森多邊形，從而計(jì)算出不同位置車輛搜索充電站的最佳路線。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。