基于摩拜開放數(shù)據(jù)的上海市共享單車騎行特征分析*

呂雄鷹 潘海嘯 LYU Xiongying, PAN Haixiao

0 引言

隨著全球氣候變化，城市交通擁堵加劇，各大城市對于節(jié)能減排、緩解交通擁堵、提高空氣質(zhì)量的發(fā)展訴求不斷加強(qiáng)，短期內(nèi)傳統(tǒng)的公共交通服務(wù)品質(zhì)提升較為有限，自行車因其節(jié)能、環(huán)保、靈活、高效等優(yōu)勢重新回到了城市生活和交通出行中，在移動互聯(lián)和共享經(jīng)濟(jì)的雙重驅(qū)動下，公共自行車和共享單車將有助于人們認(rèn)識自行車在未來城市交通中的作用。自行車交通適應(yīng)于高密度城市環(huán)境的出行需求，有助于緩解城市交通“最后一公里”出行難題，提供了軌道交通接駁的出行選擇。但同時，無樁式共享單車（以下簡稱“共享單車”）作為城市交通參與方，大量涌上街頭、占用城市公共空間，給現(xiàn)有道路空間資源的分配模式和運(yùn)行管理都帶來極大挑戰(zhàn)。

共享單車自2016年4月開始在上海投放推廣，高峰時上海市運(yùn)營的共享單車規(guī)模約120萬輛。共享單車在迅猛發(fā)展、方便市民出行的同時，也帶來了如“亂投放、亂停放、亂騎行”等諸多問題。正如一些研究所指出的，經(jīng)營模式會對共享自行車的服務(wù)產(chǎn)生很大影響[1]。2017年12月，數(shù)家共享單車企業(yè)陸續(xù)宣布破產(chǎn)，這些企業(yè)的共享單車成為廢棄車輛無人回收，堆放在城市公共空間，面臨成為城市垃圾的風(fēng)險[2]。從城市規(guī)劃的角度來看，共享單車使用規(guī)范化的關(guān)鍵是空間資源的優(yōu)化配置[3]。

圖1 人均日騎行次數(shù)（有騎行的用戶）

圖2 人均騎行距離累計分布表

本文利用SODA上海開放數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用大賽提供的摩拜單車數(shù)據(jù)，對共享單車騎行軌跡特征進(jìn)行識別，旨在分析共享單車的騎行需求及時空分布特征，為規(guī)范共享單車騎行和停放管理提供量化支撐，促進(jìn)上海市騎行交通的有序理性回歸，引導(dǎo)城市交通實現(xiàn)低碳綠色可持續(xù)發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)選取

上海作為首批共享單車投放城市，共享單車的用戶群數(shù)量和使用習(xí)慣較為穩(wěn)定。根據(jù)2017年9月底的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在滬運(yùn)營共享單車企業(yè)包括摩拜、OFO、永安行等共13家，共享單車總量達(dá)115萬，注冊用戶超過500萬。其中，摩拜單車投放總量約67萬輛，占比58%，基于摩拜單車使用數(shù)據(jù)挖掘分析騎行交通出行特征，具有一定的代表性。

1.1 數(shù)據(jù)特征

本文研究數(shù)據(jù)主要來源于2016年SODA上海開放數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用大賽以及百度地圖API網(wǎng)絡(luò)開放數(shù)據(jù)[4]。其中，共享單車用戶使用數(shù)據(jù)全樣本涵蓋了上海市約30.6萬輛摩拜單車和1.7萬用戶在2016年8月1日至2016年8月30日的使用情況，數(shù)據(jù)屬性包括訂單ID、用戶ID、單車ID、單車騎行過程中的軌跡點，單車使用起始時間和使用結(jié)束時間（精確到分鐘），單車騎行起點和騎行終點（精確到百米），等等。該數(shù)據(jù)是基于用戶完全自發(fā)的騎行行為，可以較客觀地反映上海市居民的騎行行為特征和空間需求。

1.2 數(shù)據(jù)處理步驟

面向騎行特征分析的摩拜單車使用數(shù)據(jù)處理流程包括3個步驟。（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理：利用Python及其數(shù)據(jù)分析軟件包，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、清洗，選取符合要求、有效的數(shù)據(jù)子集。（2）對數(shù)據(jù)子集進(jìn)行時間序列分析和空間聚類分析，從時空兩個維度分析用戶的使用特征。（3）利用ArcGIS空間分析工具，對軌道站點、公交站點、公共活動中心等典型要素周邊的早晚高峰摩拜單車需求量進(jìn)行對比分析，識別騎行交通熱點、交通走廊和交通供需矛盾區(qū)。

2 騎行交通時空特征

2.1 總體特征

（1）騎行總量

根據(jù)2016年8月數(shù)據(jù)統(tǒng)計，摩拜單車日均騎行用戶數(shù)約0.96萬人，約占同期注冊用戶量的56.7%，即有超過半數(shù)的注冊用戶習(xí)慣于使用摩拜單車出行。當(dāng)月的日均騎行總量為3.29萬次，車輛日均騎行次數(shù)為1.35次/輛，參考美國公共自行車的日周轉(zhuǎn)率，以及每天1輛公共自行車被使用5次左右的盈虧點[5]，仍有較大差距，表明在投放初期，企業(yè)仍依靠擴(kuò)張單車數(shù)量來獲得用戶群，單個車輛的日均使用效率還有待提升。

從用戶群騎行摩拜單車的頻率分布來看，人均日騎行次數(shù)為1.9次/日。從一周的日均騎行次數(shù)來看，工作日騎行次數(shù)比周末高，其中周四人均騎行次數(shù)最高，為2.12次/人（圖1）。這與工作日使用單車作為通勤工具出行比例較高有關(guān)。

（2）騎行距離

從騎行距離來看，平均單次騎行距離約1.84 km，約82%的騎行出行距離在3.5 km以內(nèi)，其中短距離出行即2 km以內(nèi)的出行占比約46.7%，1 km以內(nèi)的出行占比約16.7%（圖2）。這也充分反映了共享單車在城市交通的“最后幾公里”都發(fā)揮著重要作用。

（3）騎行時耗

從騎行時耗來看，平均單次騎行時間約14.8 min，約76%的騎行出行時間都在20 min以內(nèi)，其中出行時間6—8 min占比最高，約28%（圖3）。

（4）騎行速度

從騎行速度來看，平均騎行速度在8.6 km/h，約80%的騎行者騎行速度在22 km/h以內(nèi)，其中速度為8—10 km/h的騎行者占比最大約為72%（圖4）。一般來說騎行速度除與騎行者的個人體能有關(guān)外，與地區(qū)的非機(jī)動車道路網(wǎng)密度、交叉口間距和路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)等要素有關(guān)。

圖3 人均騎行時耗累計分布表

圖5 一周騎行用戶需求時間分布曲線

圖4 人均騎行速度累計分布

圖6 一日內(nèi)騎行交通需求分布（騎行次數(shù)）

2.2 時間特征

2.2.1 周——工作日和周末特征

天氣因素對自行車出行影響較大，為減少天氣狀況對研究結(jié)果的影響，本研究選取天氣狀況以多云、晴天、空氣質(zhì)量較好的一周作為騎行交通行為分析的特定分析周期，具體選取日期為2016年8月14日（周日）至2016年8月20日（周六），對每天的騎行量進(jìn)行統(tǒng)計，得到一周內(nèi)騎行用戶需求的時間分布曲線（圖5）。

從一周內(nèi)摩拜騎行用戶的時間分布特征來看，工作日用戶總量比周末大，這表明騎行交通在很大程度上服務(wù)于通勤交通。其中工作日呈現(xiàn)了明顯的騎行早晚高峰，早高峰持續(xù)時間短，騎行量增長較為迅速；晚高峰持續(xù)時間長，騎行量增長較為平緩。此外還出現(xiàn)了局部午高峰，這與部分用戶中午就近就餐和外出辦事有一定的吻合性。而周末騎行交通以非通勤交通為主，時段分布較為均衡，沒有明顯的早晚高峰現(xiàn)象。周末的高峰通常聚集在傍晚，多以休憩、娛樂休閑型交通為主。從一周內(nèi)的騎行交通時空分布特征來看，共享單車用戶最大的需求量主要集中在工作日的晚高峰，是共享單車的使用峰值。

2.2.2 日——不同時段分布特征

為了更精確分析高峰日高峰時段的騎行交通需求特征，確定共享單車的最大需求量，從而制定合理的投放總量，本研究選取了所獲取數(shù)據(jù)當(dāng)中騎行次數(shù)最大的8月31日進(jìn)行全時段分析。按照每15 min記錄的騎行數(shù)據(jù)，進(jìn)行全天24 h分時段統(tǒng)計，分析結(jié)果表明當(dāng)日騎行高峰時段發(fā)生在18∶00左右，騎行次數(shù)約856次/15 min，早高峰發(fā)生在8∶15左右，騎行次數(shù)約694次/15 min。結(jié)合騎行次數(shù)的增長率特征，本研究將騎行早高峰時段確定為7∶00—9∶00，晚高峰時段確定為17∶00—19∶00，這兩個時段的騎行次數(shù)分別占到總量的16%和21%，是騎行交通需求量最大的時段，也是對騎行設(shè)施供需承載力考驗的重要時段（圖6）。

2.3 空間特征

騎行交通的空間分布特征直觀上反映了共享單車停放設(shè)施的空間需求，是停車設(shè)施規(guī)劃的重要依據(jù)。將2016年8月16日早高峰小時（8∶00—9∶00）騎行起終點進(jìn)行空間可視化，分析顯示，早高峰時段的騎行交通多以軌道交通站點為目的地即D點，晚高峰時段騎行交通的起點（O點）多集聚在軌道交通站點周邊，在中外環(huán)之間表現(xiàn)尤為明顯，基本形成了以軌道站點為中心向外遞減的熱力圖。同時也反映了共享單車作為軌道交通的重要接駁方式，一定程度上擴(kuò)大了軌道交通站點的服務(wù)范圍，從傳統(tǒng)的步行5 min覆蓋站點周邊約600 m的區(qū)域可輻射到騎行5 min約1 500 m的覆蓋區(qū)域（圖7）。

2.3.1 騎行交通熱點分布

（1）騎行交通早晚高峰多發(fā)生在城市公共活動中心

將上述2016年8月16日全天的單車借還日總頻次分布按照每小時特征記錄，并基于百度地圖API獲取的網(wǎng)絡(luò)開放數(shù)據(jù)，可獲取摩拜單車在空間上的活躍程度分布特征（圖8）。

松江和楊浦是騎行早高峰發(fā)生最早的區(qū)域，與該區(qū)域大學(xué)較為集中、學(xué)生出行較早有關(guān)，其中松江區(qū)23%的用戶集中在7∶00—7∶30之間出行。晚高峰則呈現(xiàn)向中心城集聚的特征，出行晚高峰出現(xiàn)最晚的區(qū)域是閔行區(qū)，該區(qū)域20%的用戶選擇在17∶00—17∶30出行，作為中外環(huán)間的主要區(qū)域，閔行區(qū)集中著大量上海本地居民，出行高峰多集中在傍晚及晚飯前后。而夜間20∶00以后，騎行活動最為集中的區(qū)域主要分布在楊浦區(qū)大學(xué)路、徐家匯、田子坊等地方。這些區(qū)域也是商辦最為集中的地區(qū)，吸引人們參加豐富多樣的夜間活動。

圖7 2016年8月16日早高峰騎行D點（左）和晚高峰騎行O點（右）分布熱力圖

圖8 摩拜單車在0—24小時內(nèi)每小時平均借還次數(shù)

圖9 摩拜單車日均停放量（左）與早高峰終點（D點）（右）集聚熱力圖

（2）超過半數(shù)以上的共享單車停放在軌道交通站點周邊500 m范圍內(nèi)

根據(jù)借還日總頻次分布圖可以看出，軌道站點周邊、商業(yè)辦公區(qū)、居住區(qū)是共享單車停放和使用頻次最為集中的區(qū)域。據(jù)統(tǒng)計[6]，在地鐵站點周邊500 m的區(qū)域范圍內(nèi)，共享單車的停放占全上?？偼７劈c位的51%。在許多地鐵熱門站點，如8號線的市光路站，3號線的大柏樹站、江灣鎮(zhèn)站及殷高西路站，早晚高峰期間，這些地鐵站的用車需求和停車量將大幅提升（圖9）。

共享單車成為軌道交通“最后一公里”接駁的有效出行方式，因此早晚高峰地鐵站周邊成為共享單車停放的重災(zāi)區(qū)，往往是單車無處可停，還會占據(jù)原本不寬的人行道，帶來諸多通行和安全隱患。隨著共享單車的增加，很多人因為共享單車的出現(xiàn)而開始騎行出行，導(dǎo)致一些熱點區(qū)域（如商場、地鐵站）原有的人行道被大量共享單車占用，甚至大量堆積，這也是自行車停放面臨的新問題。

2.3.2 騎行交通走廊分布

通過對騎行交通定位數(shù)據(jù)的軌跡分析，按照2016年8月全月平均日騎行交通量途經(jīng)道路的軌跡分析，統(tǒng)計摩拜騎行交通走廊如圖10，分析騎行交通需求最為集中的路徑。從圖中分析可知，騎行交通廊道主要集中于內(nèi)環(huán)內(nèi)地區(qū)，且主要分布在非機(jī)動車通行條件較好的干路上，如政立路、曲陽路和中原路等；部分居住小區(qū)及商辦集中地區(qū)的支路上騎行交通也較為集中，如赤峰路、東寶興路和紀(jì)念路等。根據(jù)上海市交通委統(tǒng)計數(shù)據(jù)，上海市禁非道路共177 km，其中中心城范圍106 km（圖10）。通過騎行交通廊道分布和禁非道路的對比分析，有助于了解騎行交通需求的空間分布，進(jìn)一步評估和完善禁非道路的設(shè)置，為有條件恢復(fù)非機(jī)動車通行的道路調(diào)整方案提供決策依據(jù)。

2.3.3 騎行交通停放供需分布

通過對上海市各區(qū)非機(jī)動車通行道路的摸排和調(diào)查，中心城可停放的非機(jī)動車停放路段長度約458 km，可停放的非機(jī)動車總量約為115萬輛，其中共享單車停放數(shù)量約占停放總量的50%[7]。以交通小區(qū)為單位，梳理了除保證正常通行的人行道寬度外，扣除道路交叉口沿線不可停車的路段，分區(qū)域統(tǒng)計可停放非機(jī)動車的道路長度，并測算可停放的非機(jī)動車數(shù)量（表1）。

圖10 摩拜騎行交通走廊和上海市禁止非機(jī)動車通行圖

圖11 摩拜單車早高峰停放需求與供給比值分析圖

表1 中心城各區(qū)停放設(shè)施長度和容量測算[7]

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)摩拜開放數(shù)據(jù)統(tǒng)計各交通小區(qū)的共享單車停放量，計算分區(qū)域?qū)嶋H停放量與可供停車量的比值，定義為區(qū)域風(fēng)險指數(shù)（圖11）。當(dāng)共享單車停放總量超過可停車設(shè)施總量時為預(yù)警值，以此識別停車矛盾最為集中的區(qū)域，并作為共享單車調(diào)度的重點關(guān)注區(qū)域。借助停車供需風(fēng)險指數(shù)分析，可以避免由于單車供應(yīng)不足造成用戶無車可騎或由于還車數(shù)量過于集中造成車輛無處可停等問題。

早高峰停放矛盾最為突出的區(qū)域主要集中在居住小區(qū)的軌道站點周邊，如8號線的市光路站和翔殷路站，3號線的殷高西路站、江灣鎮(zhèn)站和大柏樹站，7號線的大場鎮(zhèn)站和行知路站等區(qū)域。

基于摩拜開放數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，我們可以發(fā)現(xiàn)：

（1）共享單車是作為短距離出行的重要工具。上海市域范圍內(nèi)的共享單車平均出行距離為1.84 km，約82%的騎行出行距離在3.5 km以內(nèi)，共享單車不僅有助于緩解城市交通“最后一公里”出行難題，也說明上海城市規(guī)劃管理的成效，大量的短距離出行有利于城市的可持續(xù)發(fā)展。

（2）共享單車成為公共交通接駁的有效手段。從出行目的上看，約70%的共享單車出行接駁軌道交通和公共汽車[7]，摩拜單車出行彌補(bǔ)了公交站點80%以上的服務(wù)盲區(qū)，此外約51%的共享單車停放在軌道交通站點周邊500 m范圍內(nèi)。

（3）共享單車的投放管理亟待加強(qiáng)。上海市中心城部分區(qū)域如黃浦區(qū)投放總量過大，占用人行道停車較為突出，造成行人通行不便，亟待采取有效的措施加強(qiáng)管理。

3 發(fā)展建議

共享單車在城市綜合交通系統(tǒng)中發(fā)揮了積極作用，同時也對城市交通運(yùn)行和管理提出了較大考驗。共享單車目前存在的問題主要集中在“騎行”和“停放”兩個方面，因此優(yōu)化空間資源配置是規(guī)范化共享單車使用的關(guān)鍵。

3.1 明確騎行交通發(fā)展定位

《上海市城市總體規(guī)劃（2017—2035年）》（以下簡稱“上海2035”）中提出建設(shè)卓越的全球城市，在面臨人口增長和資源環(huán)境雙重約束下，上海積極探索睿智發(fā)展的轉(zhuǎn)型路徑，更加注重綠色可持續(xù)發(fā)展。上海2035在城市交通系統(tǒng)方面提出適應(yīng)綠色交通的要求和城市生活方式的轉(zhuǎn)變，優(yōu)化步行和自行車交通系統(tǒng)。騎行交通作為環(huán)保、綠色、低碳交通的典范，其“門到門”的高機(jī)動性能滿足了城區(qū)大量中短距離出行[8]。我們在發(fā)展共享單車的同時也要鼓勵個體的非機(jī)動化交通方式。特別是對大量有固定模式出行的短距離交通，人們使用自己的自行車也可以減少對共享單車需求的壓力。

3.2 完善騎行使用環(huán)境并加強(qiáng)管理

完善騎行空間環(huán)境應(yīng)同步優(yōu)化非機(jī)動車通道規(guī)劃和規(guī)范非機(jī)動車停放設(shè)施，在做到有路可行的基礎(chǔ)上，確保合理數(shù)量的非機(jī)動車有地可停，在騎行和停放兩個方面合理配置非機(jī)動車空間資源。

道路資源是各類交通方式共同使用的空間，除了保障行人通行，還要保障非機(jī)動車通行和機(jī)動車通行[9]。在高密度城市環(huán)境中提倡5D發(fā)展模式[10]，把方便步行和自行車使用環(huán)境的建設(shè)放在重要地位。對上海的禁非道路進(jìn)行重新評估，不斷完善上海市中心城自行車通道網(wǎng)絡(luò)。

規(guī)范共享單車的停放，確保非機(jī)動車的安全停放，同時要加強(qiáng)約束用戶有序停放并加強(qiáng)單車企業(yè)的運(yùn)營管理，緩解亂停放問題。

非機(jī)動車停放的重點區(qū)，對已建地區(qū)根據(jù)周邊情況挖掘設(shè)施潛力。特別是對在建和規(guī)劃軌道交通站點，將結(jié)合建設(shè)方案在有條件的站點周邊設(shè)置非機(jī)動車停放點，盡可能做到同步規(guī)劃、同步設(shè)計、同步實施、同步使用。

3.3 提升交通和城市規(guī)劃的智能化水平

共享單車是移動互聯(lián)網(wǎng)和城市交通出行的有效結(jié)合，是一種典型的自下而上的智慧城市創(chuàng)新[11]，移動互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和智能手機(jī)和GPS定位，將人的出行活動和位置空間信息也進(jìn)行了共享，有助于進(jìn)一步提升智能交通管理水平。

通過共享單車出行與公共交通的接駁熱點區(qū)域識別，有助于進(jìn)一步完善城市公共交通網(wǎng)絡(luò)和站點規(guī)劃[12]。借還車位置信息反饋用戶生活軌跡，有助于完善城市公共服務(wù)設(shè)施布局。共享單車可作為智慧城市數(shù)據(jù)感知終端載體，為智慧街道或智慧城市提供數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)語

基于上海市2016年SODA設(shè)計挑戰(zhàn)賽中提供的摩拜單車開放數(shù)據(jù)，利用Python數(shù)據(jù)分析包、ArcGIS等數(shù)據(jù)分析工具，研究了共享單車出行的時空特征，旨在發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域不同時段共享單車的騎行需求及時空分布特征，從城市規(guī)劃的角度，提出了規(guī)范引導(dǎo)上海市共享單車停車設(shè)施規(guī)劃、優(yōu)化非機(jī)動車通道布局、完善騎行空間環(huán)境設(shè)置等發(fā)展建議。

由于受到騎行數(shù)據(jù)時間段的局限性，本文的騎行交通時空分布特征僅選取了特定的月份，對于共享單車不同時段和月份的差異性并未體現(xiàn)。在今后的研究中應(yīng)進(jìn)一步結(jié)合城市用地布局和交通出行特征及管理機(jī)制開展工作，促進(jìn)上海市騎行交通的有序理性回歸。

經(jīng)濟(jì)條件方面，場地宜選址在丘陵溝谷中，占用土地以荒地為宜，附近200 m以內(nèi)有運(yùn)輸?shù)缆?，距運(yùn)輸站距離小于10 km的區(qū)域，不宜選址在林地、耕地和交通閉塞區(qū)域。

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