大数据时代下北京市朝阳区电动汽车充电基础设施布局的可视化分析

摘 要：近年来，由于城市交通造成的环境问题的日益突出，电动汽车逐渐在各大城市中推广并普及，而与之配套的充电基础设施的地理规划与布局必然直接关乎到电动汽车的发展。信息化时代的到来，大数据成为各行各业发展的风向标，本文基于数据，以北京市朝阳区的充电基础设施分布为例，分析城市充电设施布局特征，并结合百度热力图，分析人口聚集度与充电设施分布的关联性。本文还基于调查，对该区域各公共场所充电站的快充、慢充配比进行分析。研究表明，充电设施聚集点多位于重要交通枢纽与大型商圈，与人口聚集度具有高度的相关性，充电站快、慢充配比具有一定合理性。最后根据现有布局特征，提出局部形成高密度的网络布局、科学安排城区边缘充电桩数目等建议，为其他城市在构建充电设施网络时提供参考。

关键词：电动汽车;充电设施;核密度分析;北京朝阳

第1章 引言

隨着社会交通体系的不断完善，我国城市汽车的数量也不断增长，而随之出现的能源与环境问题也越加严峻。国务院总理李克强曾在 2017 年《政府工作报告》明确作出指示要强化汽车尾气处理，基本淘汰黄标车，加快淘汰老旧机动车，对高排放机动车进行专项整治，鼓励使用清洁能源汽车。近年来，新能源汽车发展势如破竹，从新浪财经网上的数据可知，2019 年 1 到 4 月，新能源汽车产销分别完成 36.76 万辆和 36 万辆，比上年同期分别增长 58.47%和 59.79%。业内人士看好新能源汽车行业前景，预计 5-6 月新能源车产销量能够实现环比增长，继续维持2019 年我国新能源汽车产销量 170 万辆的预测。

即使新能源汽车总体发展态势向好，但其发展道路上也面临着种种制约因素[1]。其中，充电基础设施的配置是主要制约因素之一[2-3]。电动汽车充电设施是电动汽车产业链中的重要环节与电动汽车的发展密切相关。从国内发展情况来看，我国充电设施建设主要参与者包括国家电网公司、南方电网公司、普天海油、中石化、比亚迪等企业，近几年来，我国已经投产了一定数量的充电站与充电桩，国家电网公司等多家企业已经与多数地方政府签订了战略合作协议，充电站建设开始呈现加速发展的势头[4]。目前，电动汽车充电基础设施存在的问题主要围绕利用率、标准体系、布局、技术、政策等方面。

电动汽车充电设施运营企业在使用全局网络化模式运营后发现现阶段存在的最大的问题是：这样的服务网络在建设布局中如何选择电动汽车充电设施建设的最优地点、如何选择电动汽车充电设施建设的最优数量，才能使每个充电桩的利用率达到最高且最方便用户使用[5]。因此，本文从研究充电基础设施布局的角度出发，基于大数据的便捷性与准确性，利用“充电吧”APP 以及百度热力图数据，将人口密度情况与充电基础设施的聚集度相结合，以北京市朝阳区为例，研究电动汽车充电基础设施布局特征，最后针对发展现状，为今后发展、以及各地区充电基础设施的布局构建提供建议。

第2章 数据的获取与处理

2.1 研究区域

北京市作为首都，其在我国发展电动汽车的道路起到先锋作用，中商产业研究院发布的《2018-2023年中国充电桩市场前景及投资机会研究报告》中显示，截至2018年10月，北京市充电桩数量达到40241个，位居全国各省市排行的榜首。

朝阳区是北京市人口最密集的区之一，也是北京市中心城区中面积最大的一个区，总面积达455.08平方公里，人口密度为7790人/千米。截至2017年末，朝阳区城市道路总长度1940.0 千米。其中快速路231.5千米，路网密度达到每平方千米4.1千米。其电动汽车与充电基础设施的建设与发展具有一定代表性。

图1 研究区域图

2.2 数据获取

首先，我们从“充电吧”APP 中获取北京市朝阳区各充电站的地址，并且经过筛选，去除多余以及无效的数据后，得到 524 个充电点的有效地址。其中包含快充1731个，慢充2928个。

利用百度热力图，对百度热力图进行为期七天的数据采集，截取时段为8：00—20：00，时间间隔为4小时，共收集28张图，以此综合分析人口聚集分布，并将人口密度情况与充电基础设施的聚集度相结合进行分析。

2.3 数据处理及分析

2.3.1 充电基础设施分布情况

（1）数据处理

首先，将收集到的524个充电点有效地址转换为相应的经纬度坐标，方便进一步处理。利用 Arc GIS 软件，在 Arc catalog 中建立相应的空间数据库，将已转换的经纬度数据导入 ArcMap 中处理。由于朝阳区充电站建设较为成熟，分布较为密集，取 1500 米为搜索半径[6]，进行核密度分析。核密度分析是分析相应指标的建筑或街区具体空间分布规律的一种分析工具，能够较为直接地反映出相应指标建筑或街区的核心集聚区以及相应的空间影响范围[7]。分析结果如图：

如图所示，颜色越深代表该处的充电基础设施分布越密集，颜色越浅代表充电基础设施分布越稀疏。我们根据图中图例渐变色的色阶将其密度值的进行划分，6-8级为高密度，3-5级为中密度，0-2 级为低密度。

（2）设施分布空间特征分析

由图中可看出朝阳区西部（接近市中心区）充电点密度最高，充电点在西部整体呈现中高密度分布，中部主要呈现中密度，而朝阳区东部、中北部、东北部西、南部充电点分布稀疏，属于低密度。

充电点高密度区地处于朝阳区与东城区的交汇处，接近附近的重要交通枢纽：

东城区的东直门与朝阳门、朝阳区的团结湖，从该处的附近西南部看，充电点分布仍属于高密度等级，此处有重要交通枢纽：呼家楼、金台夕照、大望路、国贸、九龙山、双井。均有地铁线路经过以上这些重要交通枢纽。在高密度区域中，遍布着数多大型商圈，如：三里屯、北京工人体育场、蓝色港湾国际商区、北京乔福芳草地购物中心、世贸天阶等，除此之外，该区域中遍布大量办公楼宇、居民小区。结合该区域交通道路网比对分析可得出，充电点沿着地铁线路走向分布，在地铁 6 号线与 10 号线的交汇处呼家楼、1 号线与 10 号线交汇处的国贸的形成两个核心，聚集度随着与核心区域的距离增大而逐渐递减。

充电点分布中密度区位于朝阳区中部、西北部。位于中部的中密度区域商圈分布没有其西部商圈的密集程度高，但此处居民住宅小区占比大，周边分布着朝阳区各大公园、中型购物广场。位于西北部的两个较大的中密度区，是以奥林匹克森林公园和望京两个地点为核心像四周扩散。其中，奥林匹克森林公园是包含体育赛事、会展中心、科教文化、休闲购物等多种功能在内的综合性市民公共活动中心，望京西是大屯，南是 798 艺术区，北是来广营，东是环铁，是重要的交通枢纽，同时拥有众多小区、公寓楼、写字楼。我们还注意到，在图中，朝阳区的西北部边缘，有小范围充电点分布呈现中密度分布特征，该处接近亚洲最大住宅小区——天通苑。这一区域以及其南部与东南部的密度分布图结合该区域交通道路图看，其密度密集区域沿着城市交通道路分布。

充电点分布低密度区主要位于朝陽区的东部、中北部、东北部、南部。充电点在上述几个区域分布聚集程度低，且影响范围小，聚集区域主要位于城市道路的交汇点，居民住宅区、学校、医院等建筑的附近。越接近郊区，充电点的分布越分散，且无聚集效应。

2.3.2 人口分布情况

（1）数据处理

我们从两方面对人口分布进行分析。首先，从时间、空间角度分析人口在该区的人口聚集分布特征，从而得到更加有效、全面的结果。

采集百度热力图（时段为 8：00—20：00，时间间隔为 4 小时，即截取 8：00、12：00、16：00、20：00 这四个时间点的热力图），共收集 28 张图，将热力图进行比对分析，发现在同一天内的不同时间段人口的热力分布存在较为显著的变化，但基于本文研究的内容，不必分析各个时空人口的精准分布数据，只需对人口的集中程度、集中范围进行研究。由于工作日绝大多数人群的出行时间规律，我们选取5月20日（周一）四个时段为样本，以空间、时间两个维度对该区域的人口分布展开分析。

（2）人口分布特征分析

从时间角度看，不同时段的人口聚集度存在较为显著的差异。上午 8：00 人群密集度不大，午间 12：00 人口聚集程度明显增大，下午 16：00 人群密集略微减小，而晚上 20：00 人口密集度达到四个观测时间点中的最大的程度。由此可以推测，在平素的工作日里，上午 8：00 该区域通勤人士大多已离开居住地，前往工作地;中午 12：00 城市的商圈已开始接纳外来人群，使城市活力上升;下午 16：00，小部分休闲娱乐的人群陆续离开;晚上 20：00，通勤人士晚归，使城市热力值达到观测的四个时间点中的最大值。

从空间角度看，人口聚集的范围在各个时间段几乎一致。高热地区主要位于大型商圈、住宅区、办公楼以及重要的交通枢纽位置。人口聚集程度最高的区域位于朝阳区西部（接近北京中心城区），该地有大型商圈三里屯、工人体育场、悠唐购物中心等，以及重要的交通枢纽国贸、呼家楼等。次密集区位于朝阳区的西北部与地铁八通线沿线区域，朝阳区西北部有奥林匹克公园、大型商圈望京，地铁八通线线上有多个重要的交通街店，沿线两侧有大量的住宅区分布。除上述区域外，其余区域人口的聚集程度不高，分布呈松散状态。

2.3.3 充电点与人口特征分析

结合电动汽车充电点的核密度分析与百度人口热力分布情况看，电动汽车充电点分布与人口密度分布特征有明显的趋同性，充电点集聚度高的区域，其人口密度也相应大。

尽管从整体来看，充电点的分布规律与人口空间分布的规律基本一致，但两者分布仍存在差异性。从投影图中可直观看出，人口密度较小的区域也存在小部分充电桩“簇拥”分布，而这些区域多是高速公路干道。

2.4 不同位置充电点快充与慢充配比研究

调查的数据显示，朝阳区现有充电站中包含 4104 个充电桩，快充数量 1491 个，慢充数量 2613 个。我们对各场所的快充与慢充数量做出统计表（如表 1），并将其绘制成柱形图对比（如图 4、5）。

根据对比与分析得出，在各个场所中，慢充的数量均多于快充，尤其是住宅区，快充数量与慢充数量的比值为 0.342342342，相当于具备 1 个快充的同时，有 3 个慢充与之匹配;4S 店与酒店的快充、慢充配比相似，快慢充比值均接近与 0.5;景点与商务楼宇的快慢充比均在 0.6 以上，尤其是景点，快慢充比例达到 0.68。

由此，我们可以推测，快、慢充的配比与人口的流动性有很大的联系。快充情景一般为白天利用公用的大功率充电桩进行快速补电，慢充情景一般为晚上利用居住地的小功率交流充电桩进行补电。基于调查，我们也证实了充电基础设施中朝阳区快、慢充分配的合理性。

第3章 充电基础设施布局建议

充电基础设施在我国电动汽车推广与发展中一直都占有举足轻重的地位。作为一种较为新型的市场，充电桩具有良好的前景。目前国内充电桩行业存在“重建设、轻运营”的现状，导致充电桩分布存在不合理的现状。针对该现状，结合本文分析结果，企业在建设充电桩时，应该充分考虑到北京的交通出行特征、商业布局特点、居民工作生活规律等，从而在北京合理布局充电桩。我们从三个角度提出建议，以期科学完善充电桩分布体系。

（1）局部形成高密度的网络布局

充电桩作为市民的一种购电终端。其设置目的在于方便市民生活，提高生活质量。因此在人流量较大的区域，充电桩的使用频率与使用总时长会高于其他区域。例如，在重要交通枢纽、发行商圈、办公楼宇、住宅小区等处的充电桩需求要明显高于其他区域。

（2）科学安排城区边缘充电桩数目

该区域通常人口数量与流动量不多，对充电基础设施的使用需求不高，绝大部分充电基础设施成为摆设，浪费公共资源。因此，针对城郊充电基础设施的布局规划中，政府以及相关企业充分考虑充电基础设施的利用率，尽可能地避免出现僵尸桩和无效桩。

（3）合理优化快充慢充数量配比

快充和慢充是相对概念，一般快充为大功率直流充电，半小时可以充满电池80%容量，慢充指交流充电，充电过程需 6 小时-8 小时。快充桩可以大容量充电，因此充电时间短，但是其建设成本、相应的工作和安装成本较高，这也就直接导致了计量收费也相对较高。合理优化快充慢充数量配比，才能够创造更多经济社会效益。

第4章 结语

在移动互联网时代，大数据无处不在，这也将为城市的基础设施建设带来积极有效的帮助。基于移动互联网大数据的城市研究方法更加贴合实际情况，使研究更有说服力，也相对便捷与准确。在我们的研究中，我们利用了“充电吧”APP 以及百度热力图数据，并结合了人口密度情况与充电基础设施的聚集度，能够客观并且直观地体现电动汽车充电基础设施的分布情况、布局特征。本文还利用数据对充电站中快、慢充配比进行分析，证明其研究区域布局基础设施的合理性。当然，本研究的数据仅仅利用了电动汽车充电基础设施布局空间与时间的客观情况，以及人口分布的客观数据，未能够充分考虑朝阳区居民的主观需求，这可能会对我们研究的准确性造成一定的影响。

参考文献

[1]田诗慧.基于间接网络的电动汽车充电桩点位布局研究[D].北京交通大学，2017.

[2]贾斯佳，袁竞峰.电动汽车基础设施选址定容研究——以南京市河西新城为例[J].科技管理研究，2018，38（01）：223-232.

[3]左晓露，郑锐，施文.基于需求扩张效应的电动汽车充电设施投资策略研究[J].科技管理研究，2017，37（02）：207-214.

[4]李立理，张义斌，周原冰，葛旭波.我国发展电动汽车充电基础设施若干问题分析[J].能源技术经济，2011，23（01）：6-10

[5]王文涛，许献元.基于复杂网络理论的电动汽车充电设施布局合理性研究[J].技术经济，2017，36（07）：97-109.

[6]王仕卿.基于新能源拓展利用的电动汽车充电设施规划布局研究——以北京市为例[A].廊坊市应用经济学会.对接京津——改革开放 协同发展论文集[C].廊坊市应用经济学会：廊坊市应用经济学会，2018：8.

[7]史北祥，杨俊宴.基于 GIS 平台的大尺度空间形态分析方法——以特大城市中心区高度、密度和强度为例[J].国际城市规划，2019，34（02）：111-117.

作者简介：

周文杉（1998—），女，福建，高中，中国地质大学（北京），研究方向：信息管理，輿情分析，在读。