基于電動汽車軌跡數(shù)據(jù)分析充電樁信息的方法研究

周 飛 王桂琴 馮亞北 尚爾基 楊秀文

（北京市城市管理研究院，北京 100028）

低碳經(jīng)濟是我國未來發(fā)展的主要方向，電動汽車已成為我國政府大力扶持的新產(chǎn)業(yè)[1]。作為電動汽車發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施的充電樁的重要性也日益提高[2]。國內(nèi)外都對充電樁開展了大量研究，主要集中在充電樁自身技術(shù)、運營模式和建設(shè)規(guī)劃等方面[3]。通過軌跡信息分析電動汽車行為進而了解充電樁的位置和使用情況，有利于政府加強相關(guān)政策的導(dǎo)向性，增進新能源汽車行業(yè)的發(fā)展。電動汽車充電數(shù)據(jù)是安裝在電動汽車內(nèi)的車載信息采集傳輸終端（簡稱車載終端），利用GPRS無線傳輸技術(shù)，以一定的時間周期（例如30 s）定時地反饋車輛充放電狀態(tài)數(shù)據(jù)，涵蓋車輛位置數(shù)據(jù)、電池數(shù)據(jù)、車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)等，字段主要包括數(shù)據(jù)時間、車輛ID、維度、經(jīng)度、車輛狀態(tài)、充電狀態(tài)、運行模式、車速、累計里程、總電壓、總電流、SOC、DC-DC狀態(tài)、檔位、絕緣電阻、是否有效定位等。其中，電池荷電狀態(tài)（State of Charges，簡稱SOC）是描述電池狀態(tài)的重要參數(shù)之一，它表示動力電池當(dāng)前電量與電池容量的比值，是一個0～1之間相對的量，也是判斷電動汽車是否充電的關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)。

要對電動車的充電行為進行分析，首先要準(zhǔn)確識別出真實反映車輛充電行為的數(shù)據(jù)，因此，本次研究首先對某一輛車（以下統(tǒng)稱：A車）2018年9月的軌跡數(shù)據(jù)進行研究，并根據(jù)國標(biāo)《電動汽車遠程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范——第3部分：通訊協(xié)議及數(shù)據(jù)格式》（GB/T 32960.3—2016）中字段解釋，提出研究思路并驗證研究思路和方法的可行性。

1 數(shù)據(jù)預(yù)處理及概念提出

1.1 關(guān)鍵字段解釋

根據(jù)國標(biāo)《電動汽車遠程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范——第3部分：通訊協(xié)議及數(shù)據(jù)格式》（GB/T 32960.3—2016）規(guī)定，部分關(guān)鍵字段有如下定義，如表1所示。

表1 關(guān)鍵字段定義

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本研究目標(biāo)之一是要尋找充電樁地點，但是在對數(shù)據(jù)進行初步研究之后，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵字段“是否有效定位”存在“是否有效定位=1”即定位不準(zhǔn)的情況，推測是因為車輛在行駛過程中進入了信號不佳地點（如地下車庫等），導(dǎo)致信號恢復(fù)后，在進行數(shù)據(jù)補充傳輸?shù)倪^程中，定位不準(zhǔn)。根據(jù)此現(xiàn)象，采用“近鄰修正法”將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)進行修正。近鄰修正法即當(dāng)出現(xiàn)“是否有效定位=1”時，用上一個“是否有效定位=0”的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)替換“是否有效定位=1”的數(shù)據(jù)。在具體分析中，如果修正后的地點判定為充電地點，則定義為地下充電地點。

1.3 概念提出

根據(jù)國標(biāo)GB/T 32960.3—2016標(biāo)準(zhǔn)及A車充電時的數(shù)據(jù)反饋，提出電動車充電時以下幾個狀態(tài)的概念設(shè)定。

（1）停車地點，即車輛“累計里程數(shù)”大于等于30 min不變時的地點；

（2）充電行為，即電動車充電過程中，數(shù)據(jù)表現(xiàn)為“車輛狀態(tài)=2，充電狀態(tài)=1，總電流為負且在某數(shù)值范圍附近波動，累計里程不變，SOC值增長”；充電行為又分為連續(xù)性充電和間斷性充電；

①連續(xù)性充電，即電動車充電過程中，充電樁完好，車輛連接充電后，充電行為一次性完成，數(shù)據(jù)表現(xiàn)為“車輛狀態(tài)=2，充電狀態(tài)=1，累計里程不變且SOC持續(xù)增長”；

②間斷性充電，即電動車充電過程中，SOC持續(xù)增長，但充電過程中出現(xiàn)充電中斷現(xiàn)象，數(shù)據(jù)表現(xiàn)為出現(xiàn)“充電狀態(tài)=3”的情況；間斷性充電又分為固定樁間斷性充電和換樁間斷性充電。

a.固定樁間斷性充電：電動車充電過程中，充電樁出現(xiàn)接觸不良故障，經(jīng)過拔插動作后，車輛繼續(xù)充電的情況，數(shù)據(jù)表現(xiàn)為“累計里程不變且SOC持續(xù)增長，但是在充電過程中間，出現(xiàn)車輛狀態(tài)=2，充電狀態(tài)=3”；

b.換樁間斷性充電：電動車充電過程中，充電樁出現(xiàn)損壞故障，車輛原地更換充電樁后繼續(xù)充電的情況，數(shù)據(jù)表現(xiàn)為“累計里程不變且SOC持續(xù)增長，但是在充電過程中間，出現(xiàn)車輛狀態(tài)=1，車輛狀態(tài)=3”。

2 研究思路

通過對電動車充電狀態(tài)的研究發(fā)現(xiàn)，電動車充電時必須保持車輛靜止，即車輛停止累計里程不變，因此本次研究的研究思路具體如下：

第一步，根據(jù)累計里程數(shù)在超過0.5 h的時間內(nèi)保持不變，確定車輛停車地點；

第二步，根據(jù)電動車在停車地點是否出現(xiàn)“充電狀態(tài)=1”，確定車輛充電地點；

第三步，根據(jù)POI屬性及停車點是否有“公用充電樁”，確定具體充電樁的屬性，“公樁”或者“私樁”；

第四步，根據(jù)總電流，判斷是快充還是慢充；

第五步，根據(jù)充電狀態(tài)，分析充電樁是否出現(xiàn)故障。

具體流程如圖1所示。

圖1 分析流程

3 研究結(jié)果

3.1 A車特征分析

通過對A車軌跡數(shù)據(jù)分析得出，A車是一輛來自門頭溝地區(qū)，續(xù)航里程260 km，多以夜間出行為主的營運車輛。

3.1.1 A車來自門頭溝地區(qū)

A車9月份停車地點（單次停車超過30 min）累計69次，具體如圖2分布。其中，“紅1”點停車10次，“紅2”點停車28次，其他黑色點均停車1次。“紅2”點具體地址為：門頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)濱河臨鏡苑小區(qū)12號樓。因此，推定A車來自門頭溝地區(qū)。

圖2 A車停車地點分布

3.1.2 A車?yán)m(xù)航里程260 km

根據(jù)A車每次行駛里程和SOC變化量，推斷出A車?yán)m(xù)航里程為260 km。

例1：9月2號21：30出發(fā)，行駛到9月3號6：22，累計行駛8.9 h，行駛里程170 km，SOC減少66%。

續(xù)航里程=170/0.66=257.6 km。

3.1.3 A車為營運車輛

通過對A車行駛軌跡數(shù)據(jù)的分析，得出以下幾點：

（1）A車9月份累計里程4 738 km，日均里程157.9 km；

（2）行駛軌跡遍布北京城區(qū)（圖3）；

圖3 車輛位置信息還原

（3）A車行駛區(qū)域（軌跡點分布在各城區(qū)的比例）以門頭溝、海淀、石景山、豐臺為主（圖4）；

圖4 A車軌跡點分布在各城區(qū)的比例

（4）單次長時間駕駛出行多在夜間（出發(fā)在21：00～23：00之間，累計8次），且單次行駛時間較長（平均7.5 h），如例1所述，其行駛軌跡見圖5，黃色點為出發(fā)點和終點，整個行駛過程中沒有單次停車大于10 min的行為。

圖5 A車（9月2日夜間）軌跡（藍色）

綜上所述，A車為營運車輛。

3.2 A車充電行為分析

3.2.1 停車地點分布

根據(jù)“停車地點”的條件判斷，A車9月份累計停車69次，具體如圖2所示。其中，紅1點停車10次，紅2點停車28次，其他黑色點均停車1次。

3.2.2 充電地點分布

根據(jù)充電行為定義，分析出A車9月累計充電22次，充電地點5處，具體如圖6所示。綠色代表地上充電地點，藍色代表地下充電地點，其中，“綠1”充電17次，“綠2”充電2次，“綠3”充電1次，“藍1”充電1次，“藍2”充電1次。

圖6 A車充電地點分布

3.3.3 具體充電點分析

（1）充電地點“綠1”，地上，私樁、慢充且狀態(tài)良好。“綠1”充電地點為（圖7）：北京市門頭溝區(qū)濱河居住區(qū)臨鏡苑12號樓，A車9月份在“綠1”累計充電17次，充電電流為“-10”，充電過程為連續(xù)性充電。因此，根據(jù)“是否有效定位=0”，可以判定“綠1”充電地點為“地上”“私樁”“慢充”，充電樁狀態(tài)良好。

根據(jù)A車充電時間分布，6：00～8：00之間開始充電共計4次，單次充電時間均超過4 h，17：00～19：00之間開始充電共計5次，單次充電時間均超過3 h，符合營運車輛在“收車”之后，或者在“出車”之前進行充電的行為。

圖7 “綠1”充電地點定位

（2）充電地點“綠2”，地上、公樁、快充且狀態(tài)良好。“綠2”充電地點為（圖8）：特來電充電站（北京市門頭溝區(qū)中門寺南坡小區(qū)26樓），A車9月份在“綠2”累計充電2次，分別是9月18日周二7：26和9月24日周一14：40，單次充電時間均小于1 h，充電電流為“-64”，充電過程為連續(xù)性充電。因此，根據(jù)“是否有效定位=0”，可以判定“綠2”充電地點為“地上”“公樁”“快充”，充電樁狀態(tài)良好。

圖8 “綠2”充電地點定位

（3）充電地點“綠3”，地上、公樁、快充且存在故障。“綠3”充電地點為（圖9）：國家電網(wǎng)汽車充電樁（老山南路），A車9月份在“綠3”充電1次，時間是9月20日周四22：20，充電時間不足1 h，充電電流為“-64”，充電過程為間斷性充電，且屬于換樁間斷性充電。因此，根據(jù)“是否有效定位=0”，可以判定“綠3”充電地點為“地上”“公樁”“快充”，充電樁存在故障。

圖9 “綠3”充電地點定位

（4）充電地點“藍1”，地下、公樁、快充且狀態(tài)良好。“藍1”充電地點為（圖10）：大興區(qū)會聚西紅門購物中心停車場（入口），A車9月份在“藍1”充電1次，時間是9月8日周六9：24，充電時間近4 h，充電電流為“-45”，充電過程為連續(xù)性充電。因此，根據(jù)“是否有效定位=1”，可以判定“藍1”充電地點為“地下”“公樁”“快充”，充電樁狀態(tài)良好。

圖10 “藍1”充電地點定位

（5）充電地點“藍2”，地下、私樁、慢充且狀態(tài)良好。“藍2”充電地點為（圖11）：昌平區(qū)天通苑四區(qū)地下停車場（入口），A車9月份在“藍2”充電1次，時間是9月6日周四16：30，充電時間不足1 h，充電電流為“-10”，充電過程為連續(xù)性充電。因此，根據(jù)“是否有效定位=1”，可以判定“藍1”充電地點為“地下”“私樁”“慢充”，充電樁狀態(tài)良好。

圖11 “藍2”充電地點定位

4 結(jié)語

通過對電動車A的軌跡數(shù)據(jù)進行分析，可以得到以下結(jié)果：

（1）電動車停車地點，以及是“地上”或者“地下”；

（2）具備充電樁的停車地點；

（3）根據(jù)充電時的電流，可以判定充電樁是“快充”或者“慢充”；

（4）根據(jù)POI屬性和結(jié)論3，可以判定充電樁是“公樁”或者“私樁”；

（5）根據(jù)車輛充電時的具體狀態(tài)，可以判定充電樁是否存在故障。

因此，以上研究過程和結(jié)果證明了研究思路及方法的可行性和有效性，即利用電動汽車軌跡數(shù)據(jù)分析方法，能夠有效得出充電樁位置及使用情況，為后續(xù)開展新能源汽車充電樁的相關(guān)研究提供有價值的參考，為充電樁的信息化管理提供了一定科學(xué)指引。