大數(shù)據(jù)時代下北京市朝陽區(qū)電動汽車充電基礎設施布局的可視化分析

摘 要：近年來，由于城市交通造成的環(huán)境問題的日益突出，電動汽車逐漸在各大城市中推廣并普及，而與之配套的充電基礎設施的地理規(guī)劃與布局必然直接關乎到電動汽車的發(fā)展。信息化時代的到來，大數(shù)據(jù)成為各行各業(yè)發(fā)展的風向標，本文基于數(shù)據(jù)，以北京市朝陽區(qū)的充電基礎設施分布為例，分析城市充電設施布局特征，并結合百度熱力圖，分析人口聚集度與充電設施分布的關聯(lián)性。本文還基于調查，對該區(qū)域各公共場所充電站的快充、慢充配比進行分析。研究表明，充電設施聚集點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)絡布局、科學安排城區(qū)邊緣充電樁數(shù)目等建議，為其他城市在構建充電設施網(wǎng)絡時提供參考。

關鍵詞：電動汽車;充電設施;核密度分析;北京朝陽

第1章 引言

隨著社會交通體系的不斷完善，我國城市汽車的數(shù)量也不斷增長，而隨之出現(xiàn)的能源與環(huán)境問題也越加嚴峻。國務院總理李克強曾在 2017 年《政府工作報告》明確作出指示要強化汽車尾氣處理，基本淘汰黃標車，加快淘汰老舊機動車，對高排放機動車進行專項整治，鼓勵使用清潔能源汽車。近年來，新能源汽車發(fā)展勢如破竹，從新浪財經(jīng)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)可知，2019 年 1 到 4 月，新能源汽車產(chǎn)銷分別完成 36.76 萬輛和 36 萬輛，比上年同期分別增長 58.47%和 59.79%。業(yè)內人士看好新能源汽車行業(yè)前景，預計 5-6 月新能源車產(chǎn)銷量能夠實現(xiàn)環(huán)比增長，繼續(xù)維持2019 年我國新能源汽車產(chǎn)銷量 170 萬輛的預測。

即使新能源汽車總體發(fā)展態(tài)勢向好，但其發(fā)展道路上也面臨著種種制約因素[1]。其中，充電基礎設施的配置是主要制約因素之一[2-3]。電動汽車充電設施是電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)與電動汽車的發(fā)展密切相關。從國內發(fā)展情況來看，我國充電設施建設主要參與者包括國家電網(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，我國已經(jīng)投產(chǎn)了一定數(shù)量的充電站與充電樁，國家電網(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，充電站建設開始呈現(xiàn)加速發(fā)展的勢頭[4]。目前，電動汽車充電基礎設施存在的問題主要圍繞利用率、標準體系、布局、技術、政策等方面。

電動汽車充電設施運營企業(yè)在使用全局網(wǎng)絡化模式運營后發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段存在的最大的問題是：這樣的服務網(wǎng)絡在建設布局中如何選擇電動汽車充電設施建設的最優(yōu)地點、如何選擇電動汽車充電設施建設的最優(yōu)數(shù)量，才能使每個充電樁的利用率達到最高且最方便用戶使用[5]。因此，本文從研究充電基礎設施布局的角度出發(fā)，基于大數(shù)據(jù)的便捷性與準確性，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設施的聚集度相結合，以北京市朝陽區(qū)為例，研究電動汽車充電基礎設施布局特征，最后針對發(fā)展現(xiàn)狀，為今后發(fā)展、以及各地區(qū)充電基礎設施的布局構建提供建議。

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，其在我國發(fā)展電動汽車的道路起到先鋒作用，中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2018-2023年中國充電樁市場前景及投資機會研究報告》中顯示，截至2018年10月，北京市充電樁數(shù)量達到40241個，位居全國各省市排行的榜首。

朝陽區(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)中面積最大的一個區(qū)，總面積達455.08平方公里，人口密度為7790人/千米。截至2017年末，朝陽區(qū)城市道路總長度1940.0 千米。其中快速路231.5千米，路網(wǎng)密度達到每平方千米4.1千米。其電動汽車與充電基礎設施的建設與發(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 中獲取北京市朝陽區(qū)各充電站的地址，并且經(jīng)過篩選，去除多余以及無效的數(shù)據(jù)后，得到 524 個充電點的有效地址。其中包含快充1731個，慢充2928個。

利用百度熱力圖，對百度熱力圖進行為期七天的數(shù)據(jù)采集，截取時段為8：00—20：00，時間間隔為4小時，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設施的聚集度相結合進行分析。

2.3 數(shù)據(jù)處理及分析

2.3.1 充電基礎設施分布情況

（1）數(shù)據(jù)處理

首先，將收集到的524個充電點有效地址轉換為相應的經(jīng)緯度坐標，方便進一步處理。利用 Arc GIS 軟件，在 Arc catalog 中建立相應的空間數(shù)據(jù)庫，將已轉換的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)導入 ArcMap 中處理。由于朝陽區(qū)充電站建設較為成熟，分布較為密集，取 1500 米為搜索半徑[6]，進行核密度分析。核密度分析是分析相應指標的建筑或街區(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指標建筑或街區(qū)的核心集聚區(qū)以及相應的空間影響范圍[7]。分析結果如圖：

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

（2）設施分布空間特征分析

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

充電點高密度區(qū)地處于朝陽區(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)的東直門與朝陽門、朝陽區(qū)的團結湖，從該處的附近西南部看，充電點分布仍屬于高密度等級，此處有重要交通樞紐：呼家樓、金臺夕照、大望路、國貿、九龍山、雙井。均有地鐵線路經(jīng)過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、藍色港灣國際商區(qū)、北京喬福芳草地購物中心、世貿天階等，除此之外，該區(qū)域中遍布大量辦公樓宇、居民小區(qū)。結合該區(qū)域交通道路網(wǎng)比對分析可得出，充電點沿著地鐵線路走向分布，在地鐵 6 號線與 10 號線的交匯處呼家樓、1 號線與 10 號線交匯處的國貿的形成兩個核心，聚集度隨著與核心區(qū)域的距離增大而逐漸遞減。

充電點分布中密度區(qū)位于朝陽區(qū)中部、西北部。位于中部的中密度區(qū)域商圈分布沒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，周邊分布著朝陽區(qū)各大公園、中型購物廣場。位于西北部的兩個較大的中密度區(qū)，是以奧林匹克森林公園和望京兩個地點為核心像四周擴散。其中，奧林匹克森林公園是包含體育賽事、會展中心、科教文化、休閑購物等多種功能在內的綜合性市民公共活動中心，望京西是大屯，南是 798 藝術區(qū)，北是來廣營，東是環(huán)鐵，是重要的交通樞紐，同時擁有眾多小區(qū)、公寓樓、寫字樓。我們還注意到，在圖中，朝陽區(qū)的西北部邊緣，有小范圍充電點分布呈現(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。

充電點分布低密度區(qū)主要位于朝陽區(qū)的東部、中北部、東北部、南部。充電點在上述幾個區(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，居民住宅區(qū)、學校、醫(yī)院等建筑的附近。越接近郊區(qū)，充電點的分布越分散，且無聚集效應。

2.3.2 人口分布情況

（1）數(shù)據(jù)處理

我們從兩方面對人口分布進行分析。首先，從時間、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、全面的結果。

采集百度熱力圖（時段為 8：00—20：00，時間間隔為 4 小時，即截取 8：00、12：00、16：00、20：00 這四個時間點的熱力圖），共收集 28 張圖，將熱力圖進行比對分析，發(fā)現(xiàn)在同一天內的不同時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容，不必分析各個時空人口的精準分布數(shù)據(jù)，只需對人口的集中程度、集中范圍進行研究。由于工作日絕大多數(shù)人群的出行時間規(guī)律，我們選取5月20日（周一）四個時段為樣本，以空間、時間兩個維度對該區(qū)域的人口分布展開分析。

（2）人口分布特征分析

從時間角度看，不同時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 人口密集度達到四個觀測時間點中的最大的程度。由此可以推測，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居住地，前往工作地;中午 12：00 城市的商圈已開始接納外來人群，使城市活力上升;下午 16：00，小部分休閑娛樂的人群陸續(xù)離開;晚上 20：00，通勤人士晚歸，使城市熱力值達到觀測的四個時間點中的最大值。

從空間角度看，人口聚集的范圍在各個時間段幾乎一致。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、悠唐購物中心等，以及重要的交通樞紐國貿、呼家樓等。次密集區(qū)位于朝陽區(qū)的西北部與地鐵八通線沿線區(qū)域，朝陽區(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重要的交通街店，沿線兩側有大量的住宅區(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 充電點與人口特征分析

結合電動汽車充電點的核密度分析與百度人口熱力分布情況看，電動汽車充電點分布與人口密度分布特征有明顯的趨同性，充電點集聚度高的區(qū)域，其人口密度也相應大。

盡管從整體來看，充電點的分布規(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“簇擁”分布，而這些區(qū)域多是高速公路干道。

2.4 不同位置充電點快充與慢充配比研究

調查的數(shù)據(jù)顯示，朝陽區(qū)現(xiàn)有充電站中包含 4104 個充電樁，快充數(shù)量 1491 個，慢充數(shù)量 2613 個。我們對各場所的快充與慢充數(shù)量做出統(tǒng)計表（如表 1），并將其繪制成柱形圖對比（如圖 4、5）。

根據(jù)對比與分析得出，在各個場所中，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，相當于具備 1 個快充的同時，有 3 個慢充與之匹配;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;景點與商務樓宇的快慢充比均在 0.6 以上，尤其是景點，快慢充比例達到 0.68。

由此，我們可以推測，快、慢充的配比與人口的流動性有很大的聯(lián)系。快充情景一般為白天利用公用的大功率充電樁進行快速補電，慢充情景一般為晚上利用居住地的小功率交流充電樁進行補電。基于調查，我們也證實了充電基礎設施中朝陽區(qū)快、慢充分配的合理性。

第3章 充電基礎設施布局建議

充電基礎設施在我國電動汽車推廣與發(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，充電樁具有良好的前景。目前國內充電樁行業(yè)存在“重建設、輕運營”的現(xiàn)狀，導致充電樁分布存在不合理的現(xiàn)狀。針對該現(xiàn)狀，結合本文分析結果，企業(yè)在建設充電樁時，應該充分考慮到北京的交通出行特征、商業(yè)布局特點、居民工作生活規(guī)律等，從而在北京合理布局充電樁。我們從三個角度提出建議，以期科學完善充電樁分布體系。

（1）局部形成高密度的網(wǎng)絡布局

充電樁作為市民的一種購電終端。其設置目的在于方便市民生活，提高生活質量。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長會高于其他區(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)量與流動量不多，對充電基礎設施的使用需求不高，絕大部分充電基礎設施成為擺設，浪費公共資源。因此，針對城郊充電基礎設施的布局規(guī)劃中，政府以及相關企業(yè)充分考慮充電基礎設施的利用率，盡可能地避免出現(xiàn)僵尸樁和無效樁。

（3）合理優(yōu)化快充慢充數(shù)量配比

快充和慢充是相對概念，一般快充為大功率直流充電，半小時可以充滿電池80%容量，慢充指交流充電，充電過程需 6 小時-8 小時。快充樁可以大容量充電，因此充電時間短，但是其建設成本、相應的工作和安裝成本較高，這也就直接導致了計量收費也相對較高。合理優(yōu)化快充慢充數(shù)量配比，才能夠創(chuàng)造更多經(jīng)濟社會效益。

第4章 結語

在移動互聯(lián)網(wǎng)時代，大數(shù)據(jù)無處不在，這也將為城市的基礎設施建設帶來積極有效的幫助。基于移動互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的城市研究方法更加貼合實際情況，使研究更有說服力，也相對便捷與準確。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)，并結合了人口密度情況與充電基礎設施的聚集度，能夠客觀并且直觀地體現(xiàn)電動汽車充電基礎設施的分布情況、布局特征。本文還利用數(shù)據(jù)對充電站中快、慢充配比進行分析，證明其研究區(qū)域布局基礎設施的合理性。當然，本研究的數(shù)據(jù)僅僅利用了電動汽車充電基礎設施布局空間與時間的客觀情況，以及人口分布的客觀數(shù)據(jù)，未能夠充分考慮朝陽區(qū)居民的主觀需求，這可能會對我們研究的準確性造成一定的影響。

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作者簡介：

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