基于用戶社交網(wǎng)絡的共享充電樁機制研究

高俊青　邵葉晨　卞陽

[提要] 隨著電動汽車數(shù)量的上升，充電樁出現(xiàn)地理位置分布不均勻、排位情況嚴重、油車占位和存在額外費用等問題。有鑒于此，本文分析當前電動汽車充電模式中存在的問題，提出一種基于社交網(wǎng)絡推薦引擎的充電樁共享機制，通過構建充電樁用戶社交網(wǎng)絡，計算充電樁資源分布情況，結合實際情況整合信息資源，并推送給社區(qū)用戶，以完善社交網(wǎng)絡的拓撲結構，從而更好地實現(xiàn)充電樁設備的共享使用。

關鍵詞：電動汽車;共享充電樁;社交網(wǎng)絡

中圖分類號：F713.5 文獻標識碼：A

收錄日期：2019年4月23日

一、引言

日益嚴峻的能源問題不僅體現(xiàn)在人類對能源需求的不斷攀升和自然資源的過度使用，還制約著經(jīng)濟建設，給政府、企業(yè)和普通消費者帶來新的挑戰(zhàn)。綠色低碳、高效利用能源是大勢所趨。電動汽車依靠電力能源驅動，在使用過程中不會像內燃機汽車一樣產生尾氣污染。電動機對于能源的使用效率也要高于內燃機且電力能源可以通過火力發(fā)電、水力發(fā)電、風能發(fā)電、核能發(fā)電和太陽能發(fā)電等多種渠道獲得，運輸便捷，對環(huán)境破壞小。在國家節(jié)能減排、低碳環(huán)保的倡導下，電動汽車對于治理空氣污染，提高能源使用效率，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟有著重要意義。

隨著電池技術的進步，電動汽車制造業(yè)開始崛起。電動汽車的能源較傳統(tǒng)汽車更為清潔，能有效減少溫室氣體排放。同時，電力能源經(jīng)濟實惠，成本低廉，電動汽車用戶無需擔憂日益上漲的油價，因此電動汽車得到汽車消費者的青睞。許多國家和地方政府紛紛推行節(jié)能減排補貼、綠色牌照批審、稅收抵免等激勵政策，鼓勵消費者購買電動汽車。

電動汽車充電樁是為電動汽車提供電力能源的基礎設施，一般安裝于專供電動汽車充電的充電站、停車場或符合安裝條件的私人停車場所。根據(jù)所述性質的不同，電動汽車充電樁可以分為公共充電樁和私人充電樁。公共充電樁一般安裝于充電站、停車場等公共場所，供一般電動用戶使用。私人充電樁一般安裝于符合安裝條件的私人停車場所，供充電樁所有者使用。公共充電樁設立于公共場所，供電動用戶任意使用。充電樁能將電網(wǎng)中的電力輸出到電動汽車的蓄電系統(tǒng)中，是目前電動汽車獲取能源的主要途徑。限于當前的技術，電動汽車的續(xù)航里程相對較小，充電頻率高，每次充電時長需要一至數(shù)小時不等。隨著電動汽車數(shù)量的上升，公共充電樁出現(xiàn)了地理位置分布不均勻、排位情況嚴重、油車占位和存在額外費用（如停車費）等問題。私人充電樁使用起來方便快捷，不會產生額外費用，充電成本要低于公共充電樁。因此，有相當一部分電動汽車用戶選擇設立私人充電樁。但是，私人充電樁的安裝、維護成本較高。同時，作為充電樁所有者獨占的充電設備，私人充電樁的閑置率往往較高，容易造成資源的浪費。這給電動汽車車主帶來了不便，給充電樁經(jīng)營方造成了損失，還打擊了消費者對電動汽車的消費熱情。掌握了大量的關于車主及其充電行為等信息的充電樁經(jīng)營方在電動汽車能源消費過程中，往往只作為充電設備提供者向消費者提供服務，忽視了用戶構建自組織社群的可能性與用戶社交網(wǎng)絡在信息共享和整合充電設備資源中能夠發(fā)揮的重要作用。

鑒于此，本文分析了當前電動汽車充電模式中存在的幾點問題，提出了一種基于社交網(wǎng)絡的充電樁共享機制，通過構建充電樁用戶社交網(wǎng)絡，計算充電樁資源的分布情況，結合實際情況整合信息資源，并推送給社區(qū)用戶，以完善社交網(wǎng)絡的拓撲結構，從而更好地實現(xiàn)充電樁設備的共享使用。

二、構建電動車用戶社交網(wǎng)絡的意義

21世紀以來，網(wǎng)絡科學越來越受到人們的重視。網(wǎng)絡科學能夠用來描述、分析自然界或人類社會中存在的各種系統(tǒng)，即將系統(tǒng)的各個組成部件表示為網(wǎng)絡節(jié)點，將部件之間的關系表示為網(wǎng)絡的邊。

在私人充電樁的共享化過程中，實際存在著一個能夠傳遞共享充電樁信息的電動車用戶社交網(wǎng)絡。在這個網(wǎng)絡中，電動車用戶作為網(wǎng)絡節(jié)點，有“私人充電樁所有者（Owner）”和“一般用戶（Usr）”兩種節(jié)點標簽。私人充電樁所有者（Owner）向其他用戶提供充電樁設備，其他用戶選擇使用私人充電樁所有者（Owner）所提供的充電樁設備，由此產生了用戶之間的關聯(lián)關系，即網(wǎng)絡中的邊。

私人充電樁所有者（Owner）既要負責經(jīng)營管理共享充電樁，又要滿足自己的使用需求。單個共享充電樁承載量有限，只能滿足少量用戶的充電需求。在一個不完善的電動車用戶社交網(wǎng)絡中，共享充電樁的信息傳遞情況較差，會產生私人充電樁所有者（Owner）無法找到一般用戶（Usr），大量一般用戶（Usr）集中使用少數(shù)共享充電樁的情況，因此對共享充電樁信息資源的整合利用尤其重要。整合共享充電樁信息資源的重點在于科學合理地建立、調控電動車用戶社交網(wǎng)絡，完善社交網(wǎng)絡拓撲結構，提高信息傳遞效率，使得共享充電機制的運作更加有效，提高資源的利用率。

私人充電樁所有者將充電樁共享給一般用戶的過程如圖1所示?？芍谒饺顺潆姌端姓逴wner，一般用戶Usr和充電樁Charge的三元結構中，Usr與Owner之間的“共享”關聯(lián)關系是三元結構成立的重要前提。因此，對共享充電樁用戶社區(qū)進行調控的重點在于Usr與Owner之間的關聯(lián)關系。（圖1）

網(wǎng)絡科學研究表明，客觀真實存在的網(wǎng)絡如社交網(wǎng)絡、通訊網(wǎng)絡等具有“小世界”和“無標度”等特性。真實網(wǎng)絡的小世界特性使得組成網(wǎng)絡的節(jié)點之間平均路徑的距離相對較小。而無標度特性使得網(wǎng)絡節(jié)點的度數(shù)呈現(xiàn)冪率分布，少量節(jié)點占據(jù)極多的關聯(lián)關系，產生較高的異質性，使得節(jié)點分布嚴重不均勻。小世界特性表明充電樁用戶社交網(wǎng)絡中，作為節(jié)點的用戶之間能夠通過較少的鏈接路徑產生關聯(lián)關系。但在無標度特性的作用下，往往會產生大量一般用戶爭奪少量共享充電樁的現(xiàn)象。

共享充電社交網(wǎng)絡以充電設備共享平臺為依托，由私人充電樁所有者和一般用戶以及二者之間共享設備的關聯(lián)關系構成。私人充電樁所有者可以自主決定是否與其他用戶共享充電設備，一般用戶可以自主決定是否選擇使用私人充電樁所有者提供的共享設備，這使得共享充電社交網(wǎng)絡產生具有非常明顯的自組織特性。電動用戶個人的選擇偏好、私人充電設備的地理環(huán)境和充電設備信息的獲取等因素都會直接對社交網(wǎng)絡的拓撲結構產生影響。

實際上，只需對充電樁用戶社交網(wǎng)絡進行少量的干預，調整網(wǎng)絡中的少量鏈接，就能夠有效提升網(wǎng)絡的性能。充電樁經(jīng)營方在長期的生產經(jīng)營過程中，積累掌握了大量的關于車主及其充電行為等數(shù)據(jù)，在建立、調控用戶社交網(wǎng)絡方面具有必然的優(yōu)勢。

為使社交網(wǎng)絡能夠發(fā)揮科學整合充電設備資源，指導用戶合理使用充電樁的功能，充電樁經(jīng)營者必須轉變經(jīng)營理念，重視社交網(wǎng)絡在信息共享和整合充電設備資源中的重要作用，利用日常生產經(jīng)營過程中積累的用戶充電行為信息，搭建共享充電用戶社交網(wǎng)絡平臺，建立基于用戶社交網(wǎng)絡的新型共享機制。

三、基于用戶社交網(wǎng)絡的充電樁共享機制

建立基于用戶社交網(wǎng)絡的新型共享機制，要求充電樁經(jīng)營者搭建用戶社交網(wǎng)絡平臺，在經(jīng)用戶授權許可的前提下，對充電樁用戶的基本信息、消費記錄、移動位置、支付方式和社交情況，以及支付、預約和消費等日常操作數(shù)據(jù)進行分析。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)結合充電樁地理位置信息、電費價格標準、用戶消費模式和用戶社群情況等信息，生成關于充電樁和用戶社群推送的分析結果，并反饋至共享充電用戶社交網(wǎng)絡平臺。用戶社交網(wǎng)絡平臺根據(jù)分析結果，將一般用戶和充電樁所有者的信息互相推送給雙方，將一般用戶和個人充電樁所有者納入社交網(wǎng)絡，指導私人充電樁所有者和一般用戶共享使用充電樁。由此完善了用戶社交網(wǎng)絡，提高了充電樁的利用率，解決了充電樁分布不均勻、車主找樁難等不利問題。

具體為，在t0時刻初始狀態(tài)下，部分電動用戶搭建起私人充電樁，成為私人充電樁所有者，即網(wǎng)絡中標簽為Owner的節(jié)點，其所搭建的充電樁為網(wǎng)絡中標簽為Charger的節(jié)點。其他未搭建私人充電樁的用戶作為一般用戶，即網(wǎng)絡中標簽為Usr的節(jié)點。在這一狀態(tài)下，網(wǎng)絡中標簽為Charger的節(jié)點只與其對應的標簽為Owner的節(jié)點鏈接，標簽為Usr的節(jié)點均為孤立節(jié)點，私人充電樁所有者不與其他電動用戶共享充電設備。此時，充電樁用戶未建立能夠有效傳遞信息，共享充電樁資源的社交網(wǎng)絡。（圖2）

進入t1時刻狀態(tài)，一定數(shù)量的私人充電樁所有者開始與一般用戶共享充電設備。私人共享充電設備的電費低于公共充電設備，并且不會產生停車費等其他費用，因此一般用戶樂于使用私人共享充電設備。私人充電樁所有者將充電設備共享給一般用戶，形成了Usr-Owner關聯(lián)關系，即網(wǎng)絡中節(jié)點Usr與節(jié)點Owner之間的邊。

t1時刻的社交網(wǎng)絡中，Owner1，Owner2和Owner3將充電設備共享給一般用戶Usr1，Usr2，...，Usr9。較多的一般用戶選擇使用Owner1的充電設備，使得節(jié)點Owner1擁有較高的度值，而Owner3充電設備的利用率相對較低。Owner4和Owner5選擇獨占充電設備，一般用戶Usr10并不加入共享社區(qū)。這表示與私人充電樁所有者Owner1共享充電樁的一般用戶較多，需排位輪流使用充電樁;與私人充電樁所有者Owner3共享充電樁的一般用戶較少，充電樁空閑時間多;同時，一般用戶Usr10和私人充電樁所有者Owner4、Owner5未能加入網(wǎng)絡，資源分配并不合理。這樣的自組織社交網(wǎng)絡不能充分發(fā)揮共享充電設備的優(yōu)勢，需要外界力量的干涉來調整網(wǎng)絡的拓撲結構。（圖3）

t2時刻，在共享社區(qū)平臺推送信息下，Owner4和Owner5開放了私人充電設備，加入了共享社交網(wǎng)絡。一般用戶在充分獲取信息的前提下，選擇使用相對較為空閑的Owner3、Owner4和Owner5處的充電設備。相對于此前時刻，t2時刻下，更多的用戶參與到共享社交網(wǎng)絡中，充電設備的分配利用更加合理。（圖4）

四、結論及展望

共享充電樁作為當前共享理念下的一個典型案例，將私人充電樁改造成共享充電樁既能減緩當前公共充電樁數(shù)量不足、分布不均勻等情況，又能提高私人充電樁的使用率，方便電動汽車用戶出行，給私人充電樁所有者和充電設備經(jīng)營方帶來一定的經(jīng)濟利益，是解決目前電動汽車充電難題，提升電動汽車用戶充電體驗的一次創(chuàng)新嘗試。

本文所提出的基于用戶社交網(wǎng)絡的共享充電機制能夠整合充電樁用戶社交網(wǎng)絡，為電動汽車車主提供了一個充電資源信息交流平臺，依靠充電樁運營方的推送輔助將充電資源信息傳遞給大量原本孤立的電動汽車車主。借此，電動汽車車主能夠以自組織的形式形成用戶社群，輕松獲取關于充電樁和用戶社群的信息，制定合理的充電計劃，合理有序地使用充電樁。擁有個人充電樁的車主可以與其他車主構建共享充電社群，制定充電計劃，輕松實現(xiàn)共享充電。既彌補了當前充電樁分布不均勻的不足，提高了充電樁的利用率，又降低了車主獲取信息的難度，還給車主和充電樁經(jīng)營方創(chuàng)造了經(jīng)濟利益。

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