基于ArcMap進行速度提取生成循環(huán)工況的方法研究

李浩然 郭叢搖 崔凱平 楊恩華

摘 要：現行國際上的一些循環(huán)工況難以滿足具體城市或特定駕駛情況下的要求，很難反映車輛實際的運行狀況，選擇合適的循環(huán)工況對節(jié)能減排有重要意義，于是制定新循環(huán)工況的方法是值得研究的。本文通過成都滴滴車原始運行數據，通過ArcMap軟件先進行地圖匹配，采集數據，得到適合的數據樣本集，然后進行數據篩選和整合，得到其循環(huán)工況。通過誤差分析表明本文建立循環(huán)工況的方法可以真實的反映實際的運行狀況，得到的循環(huán)工況可以應用于其他仿真驗證中，且建立循環(huán)工況的方法具有普適性。

關鍵詞：ArcMap;循環(huán)工況;數據處理

1 引言

循環(huán)工況指的是車輛在一些特定的工況下速度與時間的關系曲線，它是通過大量的調查和數據處理得到的，其可以反映車輛實際道路運行狀況的速度、時間等信息[1]。不同的地區(qū)和工況的實際運行工況是不同的，所以應該根據不同的地域或運用場景制定不同的循環(huán)工況。本文以成都滴滴車實際的交通數據為例，介紹了一種用ArcMap軟件采集數據建立循環(huán)工況的方法。滴滴車的路線和停車地點不固定，具有一定的特殊性。數據處理的方法具有一定的普適性，運用軟件采集的數據可以預測速度。循環(huán)工況建立之后，可以應用于其它的仿真驗證。

2 介紹

循環(huán)工況可以反映車輛實際的運行情況，最直觀的信息是車輛速度和時間的信息[2]。這些信息為車輛經濟性能參數匹配及經濟性測試提供理論依據;可以為汽車控制策略優(yōu)化與開發(fā)等提供理論支撐;可以為某類車輛在特定地區(qū)的排放水平提供檢測依據;可以為汽車動力系統(tǒng)參數匹配設計提供理論參考[3]。

本文用ArcMap軟件先進行數據地圖匹配，然后采集數據，之后對數據進行篩選和整合，得到循環(huán)工況，并對其進行誤差分析。技術路線如圖1：

3 相關研究

在文獻[2]中，對西安市的部分城市客車運行數據短行程劃分，利用主成分分析法和聚類分析法，建立了西安市城市客車瞬態(tài)循環(huán)工況;在文獻[4]中，通過大量能反映公交車市區(qū)行駛特性的數據，利用多元統(tǒng)計理論的解析方法，建立了城市公交循環(huán)工況;在文獻[5]中，建立了農用車循環(huán)工況，為農用車試驗臺提供數據及標準支撐。在文獻[6]中，提出了一種構建電動汽車城市行駛工況，以西安市為研究對象構建了西安市電動汽車城市循環(huán)工況。

本文以成都市滴滴車數據為依據，建立滴滴車的循環(huán)工況，以此來介紹一種用ArcMap軟件采集數據建立循環(huán)工況的方法。

4 建立方法

4.1 原始數據和數據預處理

本文使用的數據是成都滴滴車的數據，數據文件格式是txt，我們用WPS表格打開文件（WPS表格可以顯示100萬行數據，而Excel只能顯示6萬行數據，由于我們數據龐大，所以選擇WPS表格），對數據進行分列處理，并添加表頭，然后另存為xlsx數據文件。預處理的數據結構如表1：

表中的司機ID和訂單ID已經進行了不可逆加密。時間戳是從格林威治時間1970年01月01日00時00分00秒起至現在的總秒數，是一種廣泛應用的表示時間的方法，可以通過公式轉換為北京時間。經度和維度是基于WGS1984坐標系，數據精確到了小數點后五位。

4.2 地圖匹配和選擇數據點

地圖匹配就是將經緯度映射到相對應的電子地圖中，本文采用ArcMap進行匹配和選擇數據點。

①添加底圖，選擇中國底圖彩色版;

②添加預處理后的xlsx數據文件。由于ArcMap版本問題，有些版本可能無法直接添加xlsx文件，若添加xls文件則會丟失大量數據。所以可以在ArcToolbox中的轉換工具>Excel>Excel轉表，進行添加數據;

③更改坐標系。右擊列表中的數據，選擇“顯示XY數據”，X字段選擇經度，Y字段選擇緯度，點擊“編輯”選擇地理坐標系>world>WGS 1984>確認;

④第一次導出數據，使數據可選點。右擊事件，選擇導出，導出格式為Shapefile格式，點擊保存，并確定，開始導出數據;

⑤選擇數據點。選擇的路段包括市中心和郊區(qū)，路段長度為10公里。為了方便取點，將路段劃分成30段，平均每段330米左右，如下左圖所示。在地圖上按多邊形選擇路段上的點，右圖中青色為我們選擇的1號路段的數據點，打開屬性表，導出選定數據為txt格式，導出選定數據為txt格式。同理將1-30段路一個月內所有工作日的數據提取出來，見圖2。

4.3 數據的處理、整合和統(tǒng)計

第一步數據處理。將導出的txt數據文件另存為xlsx格式，然后打開xlsx文件，對數據進行分列處理。然后利用函數求得時間、距離、速度、加速度、時間差和時段。函數如下，見表2：

利用公式求得的數據要重新粘貼為數值，避免刪除異常數據時結果隨之改變。判斷異常的依據是時間差，正常相鄰兩個樣本點是同一車具有相關性的數據，在計算中這些相關的數據不會異常。如果相鄰兩個樣本不是同一車的數據，那么按照上述函數計算必定會產生異常數據，可以發(fā)現異常數據的時間差是異常大的或者是負值，那么我們進行數據篩選，將這些異常數據刪掉。第一步數據處理的結果如圖3：

第二步數據整合。我們將1-15段路的全時段數據放在同一表格中，將16-30段路的全時段數據放在另一個表格中。這樣做的原因僅僅因為30段路的數據過于龐大，一個上限為100萬行的WPS表格無法儲存。整合后的數據為了之后進行數據統(tǒng)計做準備。

第三步數據統(tǒng)計。利用數據透視表對數據信息統(tǒng)計。行標簽選為時段，列標簽選為路段，值選為平均速度。圖4節(jié)選自生成的透視表中11月22日19點全路段的平均速度信息。本文就以這一時段的數據建立循環(huán)工況。

另一方面，還需要統(tǒng)計這一時段1-30每段路上的車輛，然后篩選出每段都出現的車輛（相對于某一條目標路段）。每段都出現同一輛車說明該車沿我們所選路段在行駛，我們選擇該車，數據更具連續(xù)性。這樣的車輛其實不在少數，所以我們需要從中選擇更接近平均速度的車輛，作為這段時間的工況。篩選同一車輛的操作為：目標路段選為第一列，其他路段與第一段路對照，則選中第一列和第二列>條件格式>突出顯示單元格規(guī)則>重復項>確定。篩選結果如圖5，例如圖中車輛：jupjviyl3zjtbpmy0iporokrtzp8Juu出現在了1-10段路中，說明該車沿著我們所選的1-10號路行駛，可以考慮該車的速度信息作為該段路上的工況。

所選路段很長，很難找到有一輛車完全按照我們所選路段行駛，所以我們選擇多輛較長沿著所選路段的車輛拼接起來，形成整段路的循環(huán)工況。最終我們建立的循環(huán)工況如圖6所示。長時間速度為0的點可能通過路口，也可能在等在乘客。

5 誤差分析

建立循環(huán)工況之后，計算得到循環(huán)工況與同時間段所有車輛的速度平均值、標準差和加速度平均值，通過對比，平均值誤差為12.29%，標準差的誤差為1.47%，加速度誤差為1.08%。對比結果如表3所示。

6 結論

本文首先利用ArcMap軟件對成都滴滴車的原始運營數據進行匹配和采集，得到合適的數據樣本集，然后對數據進行篩選和整合，得到循環(huán)工況。誤差分析表明，本文建立循環(huán)工況的方法能真實反映實際運行情況，得到的循環(huán)工況可應用于其它仿真驗證，循環(huán)工況的建立方法具有一定的普適性。

參考文獻：

[1]蔡鳳田.汽車節(jié)能與環(huán)保實用技術[M].北京：人民交通出版社，1999.

[2]陳全世等. 先進電動電動汽車技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013.

[3]劉鵬.西安市XX線路公交行駛工況構建及混合動力公交動力系統(tǒng)參數匹配研究[D].長安大學，2017.

[4]吳其偉，呂林，鎖國濤.城市公交車發(fā)動機循環(huán)工況的試驗研究與建立[J].內燃機工程，2006（03）：73-76.

[5]秦云，王麗佳.農用車發(fā)動機排放特性分析及循環(huán)工況建立[J].農機化研究，2020，42（10）：264-268.

[6]葉毅銘，張大禹，衛(wèi)龍龍，魏洪貴.純電動汽車城市循環(huán)工況構建方法研究[J].汽車實用技術，2019（23）：8-11+14.