大數(shù)據(jù)時(shí)代下北京市朝陽(yáng)區(qū)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施布局的可視化分析

摘 要：近年來(lái)，由于城市交通造成的環(huán)境問(wèn)題的日益突出，電動(dòng)汽車(chē)逐漸在各大城市中推廣并普及，而與之配套的充電基礎(chǔ)設(shè)施的地理規(guī)劃與布局必然直接關(guān)乎到電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。信息化時(shí)代的到來(lái)，大數(shù)據(jù)成為各行各業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，本文基于數(shù)據(jù)，以北京市朝陽(yáng)區(qū)的充電基礎(chǔ)設(shè)施分布為例，分析城市充電設(shè)施布局特征，并結(jié)合百度熱力圖，分析人口聚集度與充電設(shè)施分布的關(guān)聯(lián)性。本文還基于調(diào)查，對(duì)該區(qū)域各公共場(chǎng)所充電站的快充、慢充配比進(jìn)行分析。研究表明，充電設(shè)施聚集點(diǎn)多位于重要交通樞紐與大型商圈，與人口聚集度具有高度的相關(guān)性，充電站快、慢充配比具有一定合理性。最后根據(jù)現(xiàn)有布局特征，提出局部形成高密度的網(wǎng)絡(luò)布局、科學(xué)安排城區(qū)邊緣充電樁數(shù)目等建議，為其他城市在構(gòu)建充電設(shè)施網(wǎng)絡(luò)時(shí)提供參考。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);充電設(shè)施;核密度分析;北京朝陽(yáng)

第1章 引言

隨著社會(huì)交通體系的不斷完善，我國(guó)城市汽車(chē)的數(shù)量也不斷增長(zhǎng)，而隨之出現(xiàn)的能源與環(huán)境問(wèn)題也越加嚴(yán)峻。國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)曾在 2017 年《政府工作報(bào)告》明確作出指示要強(qiáng)化汽車(chē)尾氣處理，基本淘汰黃標(biāo)車(chē)，加快淘汰老舊機(jī)動(dòng)車(chē)，對(duì)高排放機(jī)動(dòng)車(chē)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)整治，鼓勵(lì)使用清潔能源汽車(chē)。近年來(lái)，新能源汽車(chē)發(fā)展勢(shì)如破竹，從新浪財(cái)經(jīng)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)可知，2019 年 1 到 4 月，新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成 36.76 萬(wàn)輛和 36 萬(wàn)輛，比上年同期分別增長(zhǎng) 58.47%和 59.79%。業(yè)內(nèi)人士看好新能源汽車(chē)行業(yè)前景，預(yù)計(jì) 5-6 月新能源車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)比增長(zhǎng)，繼續(xù)維持2019 年我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量 170 萬(wàn)輛的預(yù)測(cè)。

即使新能源汽車(chē)總體發(fā)展態(tài)勢(shì)向好，但其發(fā)展道路上也面臨著種種制約因素[1]。其中，充電基礎(chǔ)設(shè)施的配置是主要制約因素之一[2-3]。電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施是電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)與電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展密切相關(guān)。從國(guó)內(nèi)發(fā)展情況來(lái)看，我國(guó)充電設(shè)施建設(shè)主要參與者包括國(guó)家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司、普天海油、中石化、比亞迪等企業(yè)，近幾年來(lái)，我國(guó)已經(jīng)投產(chǎn)了一定數(shù)量的充電站與充電樁，國(guó)家電網(wǎng)公司等多家企業(yè)已經(jīng)與多數(shù)地方政府簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，充電站建設(shè)開(kāi)始呈現(xiàn)加速發(fā)展的勢(shì)頭[4]。目前，電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施存在的問(wèn)題主要圍繞利用率、標(biāo)準(zhǔn)體系、布局、技術(shù)、政策等方面。

電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施運(yùn)營(yíng)企業(yè)在使用全局網(wǎng)絡(luò)化模式運(yùn)營(yíng)后發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段存在的最大的問(wèn)題是：這樣的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)布局中如何選擇電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)的最優(yōu)地點(diǎn)、如何選擇電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)的最優(yōu)數(shù)量，才能使每個(gè)充電樁的利用率達(dá)到最高且最方便用戶使用[5]。因此，本文從研究充電基礎(chǔ)設(shè)施布局的角度出發(fā)，基于大數(shù)據(jù)的便捷性與準(zhǔn)確性，利用“充電吧”APP 以及百度熱力圖數(shù)據(jù)，將人口密度情況與充電基礎(chǔ)設(shè)施的聚集度相結(jié)合，以北京市朝陽(yáng)區(qū)為例，研究電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施布局特征，最后針對(duì)發(fā)展現(xiàn)狀，為今后發(fā)展、以及各地區(qū)充電基礎(chǔ)設(shè)施的布局構(gòu)建提供建議。

第2章 數(shù)據(jù)的獲取與處理

2.1 研究區(qū)域

北京市作為首都，其在我國(guó)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的道路起到先鋒作用，中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2018-2023年中國(guó)充電樁市場(chǎng)前景及投資機(jī)會(huì)研究報(bào)告》中顯示，截至2018年10月，北京市充電樁數(shù)量達(dá)到40241個(gè)，位居全國(guó)各省市排行的榜首。

朝陽(yáng)區(qū)是北京市人口最密集的區(qū)之一，也是北京市中心城區(qū)中面積最大的一個(gè)區(qū)，總面積達(dá)455.08平方公里，人口密度為7790人/千米。截至2017年末，朝陽(yáng)區(qū)城市道路總長(zhǎng)度1940.0 千米。其中快速路231.5千米，路網(wǎng)密度達(dá)到每平方千米4.1千米。其電動(dòng)汽車(chē)與充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與發(fā)展具有一定代表性。

圖1 研究區(qū)域圖

2.2 數(shù)據(jù)獲取

首先，我們從“充電吧”APP 中獲取北京市朝陽(yáng)區(qū)各充電站的地址，并且經(jīng)過(guò)篩選，去除多余以及無(wú)效的數(shù)據(jù)后，得到 524 個(gè)充電點(diǎn)的有效地址。其中包含快充1731個(gè)，慢充2928個(gè)。

利用百度熱力圖，對(duì)百度熱力圖進(jìn)行為期七天的數(shù)據(jù)采集，截取時(shí)段為8：00—20：00，時(shí)間間隔為4小時(shí)，共收集28張圖，以此綜合分析人口聚集分布，并將人口密度情況與充電基礎(chǔ)設(shè)施的聚集度相結(jié)合進(jìn)行分析。

2.3 數(shù)據(jù)處理及分析

2.3.1 充電基礎(chǔ)設(shè)施分布情況

（1）數(shù)據(jù)處理

首先，將收集到的524個(gè)充電點(diǎn)有效地址轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，方便進(jìn)一步處理。利用 Arc GIS 軟件，在 Arc catalog 中建立相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，將已轉(zhuǎn)換的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)導(dǎo)入 ArcMap 中處理。由于朝陽(yáng)區(qū)充電站建設(shè)較為成熟，分布較為密集，取 1500 米為搜索半徑[6]，進(jìn)行核密度分析。核密度分析是分析相應(yīng)指標(biāo)的建筑或街區(qū)具體空間分布規(guī)律的一種分析工具，能夠較為直接地反映出相應(yīng)指標(biāo)建筑或街區(qū)的核心集聚區(qū)以及相應(yīng)的空間影響范圍[7]。分析結(jié)果如圖：

如圖所示，顏色越深代表該處的充電基礎(chǔ)設(shè)施分布越密集，顏色越淺代表充電基礎(chǔ)設(shè)施分布越稀疏。我們根據(jù)圖中圖例漸變色的色階將其密度值的進(jìn)行劃分，6-8級(jí)為高密度，3-5級(jí)為中密度，0-2 級(jí)為低密度。

（2）設(shè)施分布空間特征分析

由圖中可看出朝陽(yáng)區(qū)西部（接近市中心區(qū)）充電點(diǎn)密度最高，充電點(diǎn)在西部整體呈現(xiàn)中高密度分布，中部主要呈現(xiàn)中密度，而朝陽(yáng)區(qū)東部、中北部、東北部西、南部充電點(diǎn)分布稀疏，屬于低密度。

充電點(diǎn)高密度區(qū)地處于朝陽(yáng)區(qū)與東城區(qū)的交匯處，接近附近的重要交通樞紐：

東城區(qū)的東直門(mén)與朝陽(yáng)門(mén)、朝陽(yáng)區(qū)的團(tuán)結(jié)湖，從該處的附近西南部看，充電點(diǎn)分布仍屬于高密度等級(jí)，此處有重要交通樞紐：呼家樓、金臺(tái)夕照、大望路、國(guó)貿(mào)、九龍山、雙井。均有地鐵線路經(jīng)過(guò)以上這些重要交通樞紐。在高密度區(qū)域中，遍布著數(shù)多大型商圈，如：三里屯、北京工人體育場(chǎng)、藍(lán)色港灣國(guó)際商區(qū)、北京喬福芳草地購(gòu)物中心、世貿(mào)天階等，除此之外，該區(qū)域中遍布大量辦公樓宇、居民小區(qū)。結(jié)合該區(qū)域交通道路網(wǎng)比對(duì)分析可得出，充電點(diǎn)沿著地鐵線路走向分布，在地鐵 6 號(hào)線與 10 號(hào)線的交匯處呼家樓、1 號(hào)線與 10 號(hào)線交匯處的國(guó)貿(mào)的形成兩個(gè)核心，聚集度隨著與核心區(qū)域的距離增大而逐漸遞減。

充電點(diǎn)分布中密度區(qū)位于朝陽(yáng)區(qū)中部、西北部。位于中部的中密度區(qū)域商圈分布沒(méi)有其西部商圈的密集程度高，但此處居民住宅小區(qū)占比大，周邊分布著朝陽(yáng)區(qū)各大公園、中型購(gòu)物廣場(chǎng)。位于西北部的兩個(gè)較大的中密度區(qū)，是以?shī)W林匹克森林公園和望京兩個(gè)地點(diǎn)為核心像四周擴(kuò)散。其中，奧林匹克森林公園是包含體育賽事、會(huì)展中心、科教文化、休閑購(gòu)物等多種功能在內(nèi)的綜合性市民公共活動(dòng)中心，望京西是大屯，南是 798 藝術(shù)區(qū)，北是來(lái)廣營(yíng)，東是環(huán)鐵，是重要的交通樞紐，同時(shí)擁有眾多小區(qū)、公寓樓、寫(xiě)字樓。我們還注意到，在圖中，朝陽(yáng)區(qū)的西北部邊緣，有小范圍充電點(diǎn)分布呈現(xiàn)中密度分布特征，該處接近亞洲最大住宅小區(qū)——天通苑。這一區(qū)域以及其南部與東南部的密度分布圖結(jié)合該區(qū)域交通道路圖看，其密度密集區(qū)域沿著城市交通道路分布。

充電點(diǎn)分布低密度區(qū)主要位于朝陽(yáng)區(qū)的東部、中北部、東北部、南部。充電點(diǎn)在上述幾個(gè)區(qū)域分布聚集程度低，且影響范圍小，聚集區(qū)域主要位于城市道路的交匯點(diǎn)，居民住宅區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等建筑的附近。越接近郊區(qū)，充電點(diǎn)的分布越分散，且無(wú)聚集效應(yīng)。

2.3.2 人口分布情況

（1）數(shù)據(jù)處理

我們從兩方面對(duì)人口分布進(jìn)行分析。首先，從時(shí)間、空間角度分析人口在該區(qū)的人口聚集分布特征，從而得到更加有效、全面的結(jié)果。

采集百度熱力圖（時(shí)段為 8：00—20：00，時(shí)間間隔為 4 小時(shí)，即截取 8：00、12：00、16：00、20：00 這四個(gè)時(shí)間點(diǎn)的熱力圖），共收集 28 張圖，將熱力圖進(jìn)行比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)在同一天內(nèi)的不同時(shí)間段人口的熱力分布存在較為顯著的變化，但基于本文研究的內(nèi)容，不必分析各個(gè)時(shí)空人口的精準(zhǔn)分布數(shù)據(jù)，只需對(duì)人口的集中程度、集中范圍進(jìn)行研究。由于工作日絕大多數(shù)人群的出行時(shí)間規(guī)律，我們選取5月20日（周一）四個(gè)時(shí)段為樣本，以空間、時(shí)間兩個(gè)維度對(duì)該區(qū)域的人口分布展開(kāi)分析。

（2）人口分布特征分析

從時(shí)間角度看，不同時(shí)段的人口聚集度存在較為顯著的差異。上午 8：00 人群密集度不大，午間 12：00 人口聚集程度明顯增大，下午 16：00 人群密集略微減小，而晚上 20：00 人口密集度達(dá)到四個(gè)觀測(cè)時(shí)間點(diǎn)中的最大的程度。由此可以推測(cè)，在平素的工作日里，上午 8：00 該區(qū)域通勤人士大多已離開(kāi)居住地，前往工作地;中午 12：00 城市的商圈已開(kāi)始接納外來(lái)人群，使城市活力上升;下午 16：00，小部分休閑娛樂(lè)的人群陸續(xù)離開(kāi);晚上 20：00，通勤人士晚歸，使城市熱力值達(dá)到觀測(cè)的四個(gè)時(shí)間點(diǎn)中的最大值。

從空間角度看，人口聚集的范圍在各個(gè)時(shí)間段幾乎一致。高熱地區(qū)主要位于大型商圈、住宅區(qū)、辦公樓以及重要的交通樞紐位置。人口聚集程度最高的區(qū)域位于朝陽(yáng)區(qū)西部（接近北京中心城區(qū)），該地有大型商圈三里屯、工人體育場(chǎng)、悠唐購(gòu)物中心等，以及重要的交通樞紐國(guó)貿(mào)、呼家樓等。次密集區(qū)位于朝陽(yáng)區(qū)的西北部與地鐵八通線沿線區(qū)域，朝陽(yáng)區(qū)西北部有奧林匹克公園、大型商圈望京，地鐵八通線線上有多個(gè)重要的交通街店，沿線兩側(cè)有大量的住宅區(qū)分布。除上述區(qū)域外，其余區(qū)域人口的聚集程度不高，分布呈松散狀態(tài)。

2.3.3 充電點(diǎn)與人口特征分析

結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)充電點(diǎn)的核密度分析與百度人口熱力分布情況看，電動(dòng)汽車(chē)充電點(diǎn)分布與人口密度分布特征有明顯的趨同性，充電點(diǎn)集聚度高的區(qū)域，其人口密度也相應(yīng)大。

盡管從整體來(lái)看，充電點(diǎn)的分布規(guī)律與人口空間分布的規(guī)律基本一致，但兩者分布仍存在差異性。從投影圖中可直觀看出，人口密度較小的區(qū)域也存在小部分充電樁“簇?fù)怼狈植?，而這些區(qū)域多是高速公路干道。

2.4 不同位置充電點(diǎn)快充與慢充配比研究

調(diào)查的數(shù)據(jù)顯示，朝陽(yáng)區(qū)現(xiàn)有充電站中包含 4104 個(gè)充電樁，快充數(shù)量 1491 個(gè)，慢充數(shù)量 2613 個(gè)。我們對(duì)各場(chǎng)所的快充與慢充數(shù)量做出統(tǒng)計(jì)表（如表 1），并將其繪制成柱形圖對(duì)比（如圖 4、5）。

根據(jù)對(duì)比與分析得出，在各個(gè)場(chǎng)所中，慢充的數(shù)量均多于快充，尤其是住宅區(qū)，快充數(shù)量與慢充數(shù)量的比值為 0.342342342，相當(dāng)于具備 1 個(gè)快充的同時(shí)，有 3 個(gè)慢充與之匹配;4S 店與酒店的快充、慢充配比相似，快慢充比值均接近與 0.5;景點(diǎn)與商務(wù)樓宇的快慢充比均在 0.6 以上，尤其是景點(diǎn)，快慢充比例達(dá)到 0.68。

由此，我們可以推測(cè)，快、慢充的配比與人口的流動(dòng)性有很大的聯(lián)系。快充情景一般為白天利用公用的大功率充電樁進(jìn)行快速補(bǔ)電，慢充情景一般為晚上利用居住地的小功率交流充電樁進(jìn)行補(bǔ)電。基于調(diào)查，我們也證實(shí)了充電基礎(chǔ)設(shè)施中朝陽(yáng)區(qū)快、慢充分配的合理性。

第3章 充電基礎(chǔ)設(shè)施布局建議

充電基礎(chǔ)設(shè)施在我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)推廣與發(fā)展中一直都占有舉足輕重的地位。作為一種較為新型的市場(chǎng)，充電樁具有良好的前景。目前國(guó)內(nèi)充電樁行業(yè)存在“重建設(shè)、輕運(yùn)營(yíng)”的現(xiàn)狀，導(dǎo)致充電樁分布存在不合理的現(xiàn)狀。針對(duì)該現(xiàn)狀，結(jié)合本文分析結(jié)果，企業(yè)在建設(shè)充電樁時(shí)，應(yīng)該充分考慮到北京的交通出行特征、商業(yè)布局特點(diǎn)、居民工作生活規(guī)律等，從而在北京合理布局充電樁。我們從三個(gè)角度提出建議，以期科學(xué)完善充電樁分布體系。

（1）局部形成高密度的網(wǎng)絡(luò)布局

充電樁作為市民的一種購(gòu)電終端。其設(shè)置目的在于方便市民生活，提高生活質(zhì)量。因此在人流量較大的區(qū)域，充電樁的使用頻率與使用總時(shí)長(zhǎng)會(huì)高于其他區(qū)域。例如，在重要交通樞紐、發(fā)行商圈、辦公樓宇、住宅小區(qū)等處的充電樁需求要明顯高于其他區(qū)域。

（2）科學(xué)安排城區(qū)邊緣充電樁數(shù)目

該區(qū)域通常人口數(shù)量與流動(dòng)量不多，對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的使用需求不高，絕大部分充電基礎(chǔ)設(shè)施成為擺設(shè)，浪費(fèi)公共資源。因此，針對(duì)城郊充電基礎(chǔ)設(shè)施的布局規(guī)劃中，政府以及相關(guān)企業(yè)充分考慮充電基礎(chǔ)設(shè)施的利用率，盡可能地避免出現(xiàn)僵尸樁和無(wú)效樁。

（3）合理優(yōu)化快充慢充數(shù)量配比

快充和慢充是相對(duì)概念，一般快充為大功率直流充電，半小時(shí)可以充滿電池80%容量，慢充指交流充電，充電過(guò)程需 6 小時(shí)-8 小時(shí)?？斐錁犊梢源笕萘砍潆?，因此充電時(shí)間短，但是其建設(shè)成本、相應(yīng)的工作和安裝成本較高，這也就直接導(dǎo)致了計(jì)量收費(fèi)也相對(duì)較高。合理優(yōu)化快充慢充數(shù)量配比，才能夠創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

第4章 結(jié)語(yǔ)

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，大數(shù)據(jù)無(wú)處不在，這也將為城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來(lái)積極有效的幫助?；谝苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的城市研究方法更加貼合實(shí)際情況，使研究更有說(shuō)服力，也相對(duì)便捷與準(zhǔn)確。在我們的研究中，我們利用了“充電吧”APP 以及百度熱力圖數(shù)據(jù)，并結(jié)合了人口密度情況與充電基礎(chǔ)設(shè)施的聚集度，能夠客觀并且直觀地體現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施的分布情況、布局特征。本文還利用數(shù)據(jù)對(duì)充電站中快、慢充配比進(jìn)行分析，證明其研究區(qū)域布局基礎(chǔ)設(shè)施的合理性。當(dāng)然，本研究的數(shù)據(jù)僅僅利用了電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施布局空間與時(shí)間的客觀情況，以及人口分布的客觀數(shù)據(jù)，未能夠充分考慮朝陽(yáng)區(qū)居民的主觀需求，這可能會(huì)對(duì)我們研究的準(zhǔn)確性造成一定的影響。

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作者簡(jiǎn)介：

周文杉（1998—），女，福建，高中，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），研究方向：信息管理，輿情分析，在讀。