城市電動(dòng)汽車充電站規(guī)劃

韓一鳴　康健強(qiáng)　曹建莉

摘 要：利用層次分析法建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)電動(dòng)汽車擁有總量、人均GDP、單個(gè)充電站的成本和充電站服務(wù)半徑這四個(gè)影響充電站數(shù)量的主要因素賦予優(yōu)先級(jí)，運(yùn)用MATLAB求得特征根，得到不同影響因素權(quán)重。具體以長(zhǎng)春市為例，計(jì)算相關(guān)參數(shù)，得到長(zhǎng)春市應(yīng)建設(shè)的充電站數(shù)量。使用ArcMap創(chuàng)建泰森多邊形，在地圖上得到長(zhǎng)春市充電站建設(shè)的參考位置。關(guān)鍵詞：EV;層次分析;泰森多邊形（維諾圖）;ArcMap中圖分類號(hào)：U491.8 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）08-04-03

Abstract：?Establish a mathematical model using the analytic hierarchy process， give priority to the four main factors that affect the number of charging stations， including the total number of electric vehicles， GDP per capita， and the cost of a single charging station. The characteristic root was obtained by using MATLAB， and the weights of different influencing factors were obtained. Taking Changchun City as an example， the relevant parameters are calculated to obtain the number of charging stations that should be built in Changchun City. Use ArcMap to create Tyson polygons， and get the reference location of Changchun charging station on the map.Keywords： EV; AHP; Tyson Polygon （Voronoi diagram）; ArcMapCLC NO.： U491.8??Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）08-04-03

引言

電動(dòng)汽車以電代油，可以達(dá)到“零排放”，對(duì)環(huán)境友好。因此，近年來我國(guó)電動(dòng)汽車市場(chǎng)迅速發(fā)展，其產(chǎn)銷量逐年增長(zhǎng)且速度越來越快，但目前我國(guó)仍存在電動(dòng)汽車充電站數(shù)量不足、充電站規(guī)劃不合理等問題。

長(zhǎng)春市的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)正在發(fā)展，2016年長(zhǎng)春市有新能源汽車大約440輛[1]，充電站數(shù)量極少，亟待規(guī)劃與建設(shè)。本文運(yùn)用層次權(quán)重決策分析方法——層次分析法確定長(zhǎng)春市充電站數(shù)量，基于泰森多邊形確定長(zhǎng)春市電動(dòng)汽車充電站的具體選址，為長(zhǎng)春市電動(dòng)汽車充電站規(guī)劃提供借鑒。

1 研究?jī)?nèi)容與研究方法

1.1 研究?jī)?nèi)容

運(yùn)用層次分析法、基于ArcMap泰森多邊形確定長(zhǎng)春市電動(dòng)汽車充電站的數(shù)量及對(duì)充電站位置進(jìn)行規(guī)劃。

1.2 研究方法

1.2.1 層次分析法

層次分析法（AHP）是一種通過將定性分析與定量分析相結(jié)合的方式來處理多目標(biāo)的復(fù)雜問題的決策分析法[2]。因?yàn)槌潆娬镜慕ㄔO(shè)數(shù)量是一個(gè)多目標(biāo)決策問題，與電動(dòng)汽車擁有總量、人均GDP、單個(gè)充電站的成本充電站服務(wù)半徑有關(guān)。因此通過將充電站建造數(shù)量分解為多個(gè)準(zhǔn)則，計(jì)算每一層次所有因素對(duì)于充電站建設(shè)數(shù)量相對(duì)重要性的權(quán)值，計(jì)算得到電動(dòng)汽車充電站的數(shù)量。

1.2.2 泰森多邊形

泰森多邊形又叫做Voronoi圖，最初用來計(jì)算平均降雨量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和學(xué)科的交叉融合，現(xiàn)在的應(yīng)用范圍非常廣泛。張清然[3]等應(yīng)用在園林景觀中，王明華[4]等將其應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)，葛奔[5]等則應(yīng)用于公交站點(diǎn)的局部?jī)?yōu)化等等。它具有如下的特性：

（1）每個(gè)多邊形內(nèi)僅含有一個(gè)控制點(diǎn);

（2）多邊形內(nèi)的點(diǎn)到相應(yīng)的控制點(diǎn)之間的實(shí)際路徑最短;

（3）多邊形邊上的點(diǎn)到其兩邊的控制點(diǎn)的實(shí)際途程相等。

通過建立這樣的多邊形網(wǎng)，平面地理空間就被劃分成了若干個(gè)不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)有且僅有一個(gè)控制點(diǎn)。對(duì)于平面地理空間中的任意一點(diǎn)，可以很容易地知道哪個(gè)控制點(diǎn)離它的實(shí)際路徑最短[6]。

2 案例分析

2.1 確定長(zhǎng)春市電動(dòng)汽車充電站數(shù)量

2.1.1 建立遞階層次結(jié)構(gòu)

對(duì)電動(dòng)汽車擁有總量、人均GDP、單個(gè)充電站的成本和充電站服務(wù)半徑這四個(gè)影響充電站數(shù)量的主要因素建立遞階層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 基于泰森多邊形的充電站選址

根據(jù)車主指南網(wǎng)站的統(tǒng)計(jì)，截至2019年，長(zhǎng)春市共有1個(gè)公共電動(dòng)汽車充電站，配有5個(gè)充電樁，價(jià)格每小時(shí)0.6元，如圖2，圖3所示。

使用ArcMap創(chuàng)建泰森多邊形，多邊形內(nèi)的點(diǎn)即為電動(dòng)汽車充電站的備選位置。這樣可以盡可能的減少時(shí)間的浪費(fèi)，提高車主充電的效率。步驟如下：

（1）下載長(zhǎng)春市的交通、建筑等地圖疊加作為底圖。

（2）根據(jù)長(zhǎng)春市的交通、人流等情況在交通便利、人流密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、地勢(shì)平坦的位置大致挑出電動(dòng)汽車充電站的備選點(diǎn)。

（3）利用ArcMap空間分析工具對(duì)備選點(diǎn)圖層做泰森多邊形，如圖4所示。

（4）將各圖層疊加，調(diào)整圖層順序，呈現(xiàn)出規(guī)劃內(nèi)容。

從圖中可以看出備選點(diǎn)在人流密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域的站點(diǎn)密度大，偏離市中心的區(qū)域站點(diǎn)分布稀疏，這符合常理。

從長(zhǎng)春市人民廣場(chǎng)附近的充電站泰森多邊形可以清晰的看出，站點(diǎn)到各節(jié)點(diǎn)的距離均最近。這個(gè)站點(diǎn)可以服務(wù)多邊形覆蓋的一整片區(qū)域。

3 結(jié)語

以長(zhǎng)春市為研究對(duì)象，首先篩選出四個(gè)對(duì)充電站數(shù)量影響最大的因素，設(shè)置優(yōu)先級(jí)，構(gòu)造判斷矩陣，運(yùn)用MATLAB求得特征根，計(jì)算出影響長(zhǎng)春市充電站數(shù)量的權(quán)重，得到相關(guān)參數(shù)計(jì)算出長(zhǎng)春市電動(dòng)汽車充電站的數(shù)量?；谔┥噙呅螌?duì)充電站選址進(jìn)行規(guī)劃，使用ArcMap創(chuàng)建泰森多邊形，在地圖上得到長(zhǎng)春市充電站建設(shè)的具體位置。

優(yōu)點(diǎn)是確定充電站數(shù)量時(shí)將復(fù)雜問題分解，把多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)問題，利用較少數(shù)據(jù)解決復(fù)雜問題;基于ArcMap空間分析進(jìn)行充電站選址，方法方便快捷。

缺點(diǎn)是層次分析法在確定權(quán)重等步驟中含有較大主觀因素，影響結(jié)果準(zhǔn)確性;Voronoi圖中的邊是直線段，只是控制點(diǎn)到直線段的距離最短，實(shí)際中受各種因素影響較多。如道路的彎曲程度，建設(shè)充電站是否影響交通的便利等等。

參考文獻(xiàn)

[1] 長(zhǎng)春市發(fā)改委.長(zhǎng)春市電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展規(guī)劃[Z].2018- 05-10.

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[3] 張清然，李彥慧.自然分形——泰森多邊形在園林景觀中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代園藝，2019（08）：131-132.

[4] 王明華，歐然.無線傳感網(wǎng)絡(luò)可信信息覆蓋泰森多邊形區(qū)域劃分算法研究[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，33（05）：46-53.

[5] 葛奔，蔡琳，王富.基于泰森多邊形服務(wù)分區(qū)的常規(guī)公交站點(diǎn)布局優(yōu)化[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，40（06）：668-672.

[6] 郭建忠，陳濤，彭維等.基于最短路徑的擴(kuò)展泰森多邊形建立[J].測(cè)繪學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（03）：223-225.

[7]?https：//www.pcauto.com.cn/cxxj/1883/18839976.htm.

[8] 毛薇，謝莉莉.基于ArcGIS空間分析技術(shù)的電動(dòng)汽車充電站選址漸進(jìn)優(yōu)化布局研究[J].物流技術(shù)，2019，38（06）：56-60.