基于ArcGIS的共享單車停車密集問題解決策略

韓夢凱 拜蓋宇

摘 要 針對城市部分區(qū)域共享單車投放量大且停放無序現(xiàn)象，提出借助ArcGIS位置分配分析中最小化設(shè)施點(diǎn)模型分析停車點(diǎn)選址的方法。該方法基于已有共享單車停車分布與道路網(wǎng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建城市道路網(wǎng)模型，實(shí)現(xiàn)停車點(diǎn)的最優(yōu)化選址。實(shí)踐結(jié)論表明，該方法能夠有效模擬共享單車找車與停車情況，并得出共享單車停車密集分布以及擬修建停車點(diǎn)的位置分布，在此基礎(chǔ)上擬探討停車位設(shè)計(jì)解決方案。

關(guān)鍵詞 共享單車；停車點(diǎn)選址；位置分配分析；道路網(wǎng)模型；ArcGIS

中圖分類號 TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）224-0160-02

近兩年來共享單車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。截至2017年底，全球共有190多萬共享單車在使用中，1？173個城市設(shè)有共享單車系統(tǒng)。我國是擁有共享單車數(shù)量最多的國家，僅北京就有超過50萬輛共享單車，但其調(diào)度與公眾需求難以完全匹配[ 1 ]。共享單車最主要的使用需求時段是在上下班高峰期，以滿足公共交通的最后一公里的騎行需求。然而，由于使用時間的趨同性，單車往往聚集在某些特定場所，其使用頻率大為降低。當(dāng)前的共享單車系統(tǒng)問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面。1）停車點(diǎn)分布不均，投放量不合理。部分區(qū)域投放量過多，使用效率低下；閑置單車占用大量公共空間，造成資源浪費(fèi)；部分區(qū)域很難找到共享單車，人們的出行需求難以滿足。停車點(diǎn)的選址問題是共享單車系統(tǒng)迫切需要解決的問題。2）隨意停放問題日趨嚴(yán)重。占用人行步道、公共空間等比比皆是，即使部分地區(qū)劃定了停放區(qū)域，用戶亂停亂放情況仍較為普遍。基于此，作者嘗試采用ArcGIS中的位置分配分析方法，探究利用最小化設(shè)施點(diǎn)模型解決停車點(diǎn)選址問題，同時進(jìn)一步探究停車點(diǎn)的設(shè)計(jì)與后期運(yùn)營的解決方案。

1 數(shù)據(jù)獲取與清洗

1.1 數(shù)據(jù)獲取

論文采用的數(shù)據(jù)來源于2017年10月31日西安市三環(huán)以內(nèi)的摩拜單車停車數(shù)據(jù)和道路網(wǎng)數(shù)據(jù)。摩拜單車停車數(shù)據(jù)的采集借助網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)，模擬摩拜單車App查找周邊共享單車功能，記錄當(dāng)前點(diǎn)周邊單車數(shù)量以及各個單車的坐標(biāo)信息，并將單車位置呈現(xiàn)在地圖上[ 2 ]。道路網(wǎng)數(shù)據(jù)來源于OSM（Open？ Street？Map），利用QGIS軟件將研究范圍內(nèi)的道路網(wǎng)數(shù)據(jù)抓取下來。

1.2 數(shù)據(jù)清洗

對以上獲取的原始共享單車停車數(shù)據(jù)和道路網(wǎng)數(shù)據(jù)做數(shù)據(jù)清洗工作，為下一步數(shù)據(jù)分析做準(zhǔn)備。共享單車現(xiàn)有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含單車坐標(biāo)、采集時間、單車ID、單車類型、與手機(jī)App之間的距離等信息，為保證數(shù)據(jù)的唯一性，僅保留單車坐標(biāo)、ID、時間三類核心信息。經(jīng)處理，共享單車可用數(shù)據(jù)占原始數(shù)據(jù)的94.5%。為完善道路網(wǎng)數(shù)據(jù)，作者僅保留研究范圍內(nèi)的主干路、次干路以及支路，并將其余數(shù)據(jù)一并清除。再通過ArcGIS中的打斷命令將道路數(shù)據(jù)在道路交叉口處打斷，從而建立道路網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系。經(jīng)處理得到有效數(shù)據(jù)10？697條，有效道路總長度達(dá)2？212.1km，占原始數(shù)據(jù)的65.2%。

2 現(xiàn)有數(shù)據(jù)的初步分析

在構(gòu)建位置分配分析前，對研究區(qū)域構(gòu)建單元大小為100m的正方形網(wǎng)格，并統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格內(nèi)每個單元的單車數(shù)量，并以此做共享單車分布可視化處理。如圖1所示，在西安三環(huán)以內(nèi)，中部單車分布較少，南北部分布較密集。單車停放密集區(qū)多位于北部靠近北三環(huán)與南部大學(xué)城附近，共享單車分布密度與北部新區(qū)建設(shè)聯(lián)系較為緊密，西北部城市建設(shè)遲緩，建設(shè)面積與城市活力不足，在共享單車密度上直接反映為西北部單車分布較少而東北部偏多；南部單車密度較高的地區(qū)呈線狀分布，其共享單車密度最高位置多位于大學(xué)城附近。

3 道路網(wǎng)模型構(gòu)建

在GIS網(wǎng)絡(luò)分析中，位置分配分析中的最小化設(shè)施點(diǎn)模型主要作用于求解在滿足基本需求的前提下，從可能的候選位置中選擇最小數(shù)量的設(shè)施點(diǎn)。該研究中，此工具旨在將所有的共享單車分配到附近停車點(diǎn)的方法來解決此問題[ 3 ]。具體做法是，使用最小化設(shè)施點(diǎn)數(shù)模型工具將共享單車作為請求點(diǎn)，再將研究區(qū)域網(wǎng)格化，每隔200m建立一個備選點(diǎn)，共計(jì)1？842個，最后導(dǎo)入經(jīng)過篩選清洗的道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并設(shè)定單車在一級道路上的騎行速度為15km/h，二級道路為12km/h，支路為10km/h，以此建立道路網(wǎng)絡(luò)的位置分配分析模型。

4 停車點(diǎn)的優(yōu)化選址

位置分配分析模型搭建完成后，利用位置分配分析中的最小化設(shè)施點(diǎn)求解停車點(diǎn)位置分配結(jié)果。在求解過程中，設(shè)時間成本為5分鐘，通過數(shù)據(jù)分析將合理停車點(diǎn)選擇出來。經(jīng)統(tǒng)計(jì)共有347？250個有效請求點(diǎn)，最終得出的停車點(diǎn)為386個。基于現(xiàn)有請求點(diǎn)與設(shè)施點(diǎn)結(jié)果，借助此道路網(wǎng)模型做服務(wù)區(qū)分析。得到結(jié)論如圖2所示，根據(jù)時間長短，將服務(wù)區(qū)劃分為1分鐘可達(dá)區(qū)域、3分鐘可達(dá)區(qū)域和5分鐘可達(dá)區(qū)域三個階段，并構(gòu)建了3個階段的緩沖區(qū)，由停車點(diǎn)服務(wù)區(qū)分析可見，道路結(jié)構(gòu)中的絕大部分都在服務(wù)區(qū)范圍中。對每一個停車點(diǎn)所能接納的請求點(diǎn)個數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。部分停車點(diǎn)的單車存放壓力較大，除去最大值和最小值，絕大部分的停車點(diǎn)的存放輛在1？000輛上下浮動。在停車點(diǎn)的存放量設(shè)置上，推薦值為1？000輛，此數(shù)值可滿足普遍區(qū)域停放需求。

以上結(jié)果顯示，主城區(qū)共享單車停車點(diǎn)覆蓋率與需求量較大，使用者尋找停車點(diǎn)的距離較大。經(jīng)選址優(yōu)化后，情況有較大的改善，基于已選設(shè)施點(diǎn)的服務(wù)區(qū)分析也證實(shí)，現(xiàn)有的已選386個點(diǎn)能夠有效覆蓋大部分城市道路，可有效解決找車停車距離遠(yuǎn)的問題。在合理分配的情況下，所有找車方案的時間成本都大大降低。不過，部分設(shè)施點(diǎn)的單車存放壓力較大。對停車點(diǎn)的規(guī)模及存放容量提出了挑戰(zhàn)。

5 停車區(qū)位設(shè)計(jì)擬合與運(yùn)營方案探究

停車區(qū)位設(shè)計(jì)擬合。根據(jù)分析作者給出以下幾個設(shè)計(jì)建議。

1）在實(shí)際布局過程中，可根據(jù)以上研究數(shù)據(jù)并與實(shí)際情況相結(jié)合，依照服務(wù)區(qū)分析的3個等級，確定該區(qū)域停車級別，在5分鐘可達(dá)區(qū)域級別設(shè)置20輛每個停車點(diǎn)，并根據(jù)該范圍單車需求量均勻分布在道路兩側(cè)；在3分鐘可達(dá)區(qū)域，設(shè)置40輛每點(diǎn)，或兩個點(diǎn)串聯(lián)設(shè)置。在5分鐘可達(dá)區(qū)域，設(shè)置200輛每點(diǎn)，根據(jù)其設(shè)施點(diǎn)的影響范圍進(jìn)行綜合布置，使其總量達(dá)到此區(qū)域的停放需求。2）在停車密集的地方設(shè)置停車場站（1分鐘可達(dá)區(qū)域），宜設(shè)置專門的停車服務(wù)設(shè)施并與站點(diǎn)同時配套基礎(chǔ)設(shè)施。此站點(diǎn)應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，避免對步行街道產(chǎn)生干擾，其規(guī)模不宜超過300輛。可以一站多點(diǎn)設(shè)置。根據(jù)現(xiàn)場周邊情況彈性設(shè)置，滿足需求的同時，盡量減少對行人以及車輛交通的干擾[ 4 ]。3）在停車量較稀疏的地方可以不設(shè)站點(diǎn)（介于1～3分鐘可達(dá)區(qū)域），但必須規(guī)劃設(shè)置獨(dú)立于人行道之外的停車帶，并應(yīng)與步行道相鄰，以便市民使用。可以在兩行道樹之間直接設(shè)置停車帶，但需要留有空余，以便人行通過。4）在極少出現(xiàn)停車的地方（介于3～5分鐘可達(dá)區(qū)域），以條文規(guī)章的方法進(jìn)行引導(dǎo)和管理，多用網(wǎng)絡(luò)督導(dǎo)以及規(guī)劃標(biāo)識的方法進(jìn)行管理。從而在保留隨騎隨停優(yōu)點(diǎn)的同時減少運(yùn)營成本。

6 結(jié)論

該研究以西安市三環(huán)以內(nèi)為研究范圍，采用ArcGIS中的位置分配分析，提出了利用最小化設(shè)施點(diǎn)模型解決停車點(diǎn)選址問題的方法，為之后的停車位布局提供了依據(jù)。同時，在對共享單車使用人群進(jìn)行問卷調(diào)查的基礎(chǔ)上，針對已有設(shè)施問題進(jìn)一步探究了停車位設(shè)計(jì)的解決方案，并提出了優(yōu)化建議。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧力凡，謝永紅，黃鼎曦.基于騎行時空數(shù)據(jù)的共享單車設(shè)施規(guī)劃研究[J].規(guī)劃師，2017，33（10）：82-88.

[2]曾澤宇，黃昕蕾，張紅潔.基于網(wǎng)絡(luò)爬蟲與TOPSIS算法解決共享單車投放問題研究——以成都理工大學(xué)校區(qū)范圍為例[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018，26（18）：33.

[3]白楊，劉穩(wěn).基于GIS位置分配模型的公交站點(diǎn)布局優(yōu)化研究——以武漢市南湖片區(qū)為例[J].城市公共交通，2017（10）：26-31.

[4]李振宇，尹志芳，廖凱，等.北京居民自行車出行意愿調(diào)查與發(fā)展對策[J].交通運(yùn)輸研究，2016，2（3）：14-22.