基于用戶社交網(wǎng)絡(luò)的共享充電樁機(jī)制研究

高俊青　邵葉晨　卞陽

[提要] 隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的上升，充電樁出現(xiàn)地理位置分布不均勻、排位情況嚴(yán)重、油車占位和存在額外費(fèi)用等問題。有鑒于此，本文分析當(dāng)前電動(dòng)汽車充電模式中存在的問題，提出一種基于社交網(wǎng)絡(luò)推薦引擎的充電樁共享機(jī)制，通過構(gòu)建充電樁用戶社交網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算充電樁資源分布情況，結(jié)合實(shí)際情況整合信息資源，并推送給社區(qū)用戶，以完善社交網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而更好地實(shí)現(xiàn)充電樁設(shè)備的共享使用。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;共享充電樁;社交網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：F713.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

收錄日期：2019年4月23日

一、引言

日益嚴(yán)峻的能源問題不僅體現(xiàn)在人類對能源需求的不斷攀升和自然資源的過度使用，還制約著經(jīng)濟(jì)建設(shè)，給政府、企業(yè)和普通消費(fèi)者帶來新的挑戰(zhàn)。綠色低碳、高效利用能源是大勢所趨。電動(dòng)汽車依靠電力能源驅(qū)動(dòng)，在使用過程中不會(huì)像內(nèi)燃機(jī)汽車一樣產(chǎn)生尾氣污染。電動(dòng)機(jī)對于能源的使用效率也要高于內(nèi)燃機(jī)且電力能源可以通過火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、核能發(fā)電和太陽能發(fā)電等多種渠道獲得，運(yùn)輸便捷，對環(huán)境破壞小。在國家節(jié)能減排、低碳環(huán)保的倡導(dǎo)下，電動(dòng)汽車對于治理空氣污染，提高能源使用效率，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)有著重要意義。

隨著電池技術(shù)的進(jìn)步，電動(dòng)汽車制造業(yè)開始崛起。電動(dòng)汽車的能源較傳統(tǒng)汽車更為清潔，能有效減少溫室氣體排放。同時(shí)，電力能源經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，成本低廉，電動(dòng)汽車用戶無需擔(dān)憂日益上漲的油價(jià)，因此電動(dòng)汽車得到汽車消費(fèi)者的青睞。許多國家和地方政府紛紛推行節(jié)能減排補(bǔ)貼、綠色牌照批審、稅收抵免等激勵(lì)政策，鼓勵(lì)消費(fèi)者購買電動(dòng)汽車。

電動(dòng)汽車充電樁是為電動(dòng)汽車提供電力能源的基礎(chǔ)設(shè)施，一般安裝于專供電動(dòng)汽車充電的充電站、停車場或符合安裝條件的私人停車場所。根據(jù)所述性質(zhì)的不同，電動(dòng)汽車充電樁可以分為公共充電樁和私人充電樁。公共充電樁一般安裝于充電站、停車場等公共場所，供一般電動(dòng)用戶使用。私人充電樁一般安裝于符合安裝條件的私人停車場所，供充電樁所有者使用。公共充電樁設(shè)立于公共場所，供電動(dòng)用戶任意使用。充電樁能將電網(wǎng)中的電力輸出到電動(dòng)汽車的蓄電系統(tǒng)中，是目前電動(dòng)汽車獲取能源的主要途徑。限于當(dāng)前的技術(shù)，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程相對較小，充電頻率高，每次充電時(shí)長需要一至數(shù)小時(shí)不等。隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的上升，公共充電樁出現(xiàn)了地理位置分布不均勻、排位情況嚴(yán)重、油車占位和存在額外費(fèi)用（如停車費(fèi)）等問題。私人充電樁使用起來方便快捷，不會(huì)產(chǎn)生額外費(fèi)用，充電成本要低于公共充電樁。因此，有相當(dāng)一部分電動(dòng)汽車用戶選擇設(shè)立私人充電樁。但是，私人充電樁的安裝、維護(hù)成本較高。同時(shí)，作為充電樁所有者獨(dú)占的充電設(shè)備，私人充電樁的閑置率往往較高，容易造成資源的浪費(fèi)。這給電動(dòng)汽車車主帶來了不便，給充電樁經(jīng)營方造成了損失，還打擊了消費(fèi)者對電動(dòng)汽車的消費(fèi)熱情。掌握了大量的關(guān)于車主及其充電行為等信息的充電樁經(jīng)營方在電動(dòng)汽車能源消費(fèi)過程中，往往只作為充電設(shè)備提供者向消費(fèi)者提供服務(wù)，忽視了用戶構(gòu)建自組織社群的可能性與用戶社交網(wǎng)絡(luò)在信息共享和整合充電設(shè)備資源中能夠發(fā)揮的重要作用。

鑒于此，本文分析了當(dāng)前電動(dòng)汽車充電模式中存在的幾點(diǎn)問題，提出了一種基于社交網(wǎng)絡(luò)的充電樁共享機(jī)制，通過構(gòu)建充電樁用戶社交網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算充電樁資源的分布情況，結(jié)合實(shí)際情況整合信息資源，并推送給社區(qū)用戶，以完善社交網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而更好地實(shí)現(xiàn)充電樁設(shè)備的共享使用。

二、構(gòu)建電動(dòng)車用戶社交網(wǎng)絡(luò)的意義

21世紀(jì)以來，網(wǎng)絡(luò)科學(xué)越來越受到人們的重視。網(wǎng)絡(luò)科學(xué)能夠用來描述、分析自然界或人類社會(huì)中存在的各種系統(tǒng)，即將系統(tǒng)的各個(gè)組成部件表示為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將部件之間的關(guān)系表示為網(wǎng)絡(luò)的邊。

在私人充電樁的共享化過程中，實(shí)際存在著一個(gè)能夠傳遞共享充電樁信息的電動(dòng)車用戶社交網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，電動(dòng)車用戶作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，有“私人充電樁所有者（Owner）”和“一般用戶（Usr）”兩種節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽。私人充電樁所有者（Owner）向其他用戶提供充電樁設(shè)備，其他用戶選擇使用私人充電樁所有者（Owner）所提供的充電樁設(shè)備，由此產(chǎn)生了用戶之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，即網(wǎng)絡(luò)中的邊。

私人充電樁所有者（Owner）既要負(fù)責(zé)經(jīng)營管理共享充電樁，又要滿足自己的使用需求。單個(gè)共享充電樁承載量有限，只能滿足少量用戶的充電需求。在一個(gè)不完善的電動(dòng)車用戶社交網(wǎng)絡(luò)中，共享充電樁的信息傳遞情況較差，會(huì)產(chǎn)生私人充電樁所有者（Owner）無法找到一般用戶（Usr），大量一般用戶（Usr）集中使用少數(shù)共享充電樁的情況，因此對共享充電樁信息資源的整合利用尤其重要。整合共享充電樁信息資源的重點(diǎn)在于科學(xué)合理地建立、調(diào)控電動(dòng)車用戶社交網(wǎng)絡(luò)，完善社交網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高信息傳遞效率，使得共享充電機(jī)制的運(yùn)作更加有效，提高資源的利用率。

私人充電樁所有者將充電樁共享給一般用戶的過程如圖1所示。可知，在私人充電樁所有者Owner，一般用戶Usr和充電樁Charge的三元結(jié)構(gòu)中，Usr與Owner之間的“共享”關(guān)聯(lián)關(guān)系是三元結(jié)構(gòu)成立的重要前提。因此，對共享充電樁用戶社區(qū)進(jìn)行調(diào)控的重點(diǎn)在于Usr與Owner之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。（圖1）

網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究表明，客觀真實(shí)存在的網(wǎng)絡(luò)如社交網(wǎng)絡(luò)、通訊網(wǎng)絡(luò)等具有“小世界”和“無標(biāo)度”等特性。真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的小世界特性使得組成網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間平均路徑的距離相對較小。而無標(biāo)度特性使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)呈現(xiàn)冪率分布，少量節(jié)點(diǎn)占據(jù)極多的關(guān)聯(lián)關(guān)系，產(chǎn)生較高的異質(zhì)性，使得節(jié)點(diǎn)分布嚴(yán)重不均勻。小世界特性表明充電樁用戶社交網(wǎng)絡(luò)中，作為節(jié)點(diǎn)的用戶之間能夠通過較少的鏈接路徑產(chǎn)生關(guān)聯(lián)關(guān)系。但在無標(biāo)度特性的作用下，往往會(huì)產(chǎn)生大量一般用戶爭奪少量共享充電樁的現(xiàn)象。

共享充電社交網(wǎng)絡(luò)以充電設(shè)備共享平臺為依托，由私人充電樁所有者和一般用戶以及二者之間共享設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)成。私人充電樁所有者可以自主決定是否與其他用戶共享充電設(shè)備，一般用戶可以自主決定是否選擇使用私人充電樁所有者提供的共享設(shè)備，這使得共享充電社交網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生具有非常明顯的自組織特性。電動(dòng)用戶個(gè)人的選擇偏好、私人充電設(shè)備的地理環(huán)境和充電設(shè)備信息的獲取等因素都會(huì)直接對社交網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

實(shí)際上，只需對充電樁用戶社交網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行少量的干預(yù)，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中的少量鏈接，就能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)的性能。充電樁經(jīng)營方在長期的生產(chǎn)經(jīng)營過程中，積累掌握了大量的關(guān)于車主及其充電行為等數(shù)據(jù)，在建立、調(diào)控用戶社交網(wǎng)絡(luò)方面具有必然的優(yōu)勢。

為使社交網(wǎng)絡(luò)能夠發(fā)揮科學(xué)整合充電設(shè)備資源，指導(dǎo)用戶合理使用充電樁的功能，充電樁經(jīng)營者必須轉(zhuǎn)變經(jīng)營理念，重視社交網(wǎng)絡(luò)在信息共享和整合充電設(shè)備資源中的重要作用，利用日常生產(chǎn)經(jīng)營過程中積累的用戶充電行為信息，搭建共享充電用戶社交網(wǎng)絡(luò)平臺，建立基于用戶社交網(wǎng)絡(luò)的新型共享機(jī)制。

三、基于用戶社交網(wǎng)絡(luò)的充電樁共享機(jī)制

建立基于用戶社交網(wǎng)絡(luò)的新型共享機(jī)制，要求充電樁經(jīng)營者搭建用戶社交網(wǎng)絡(luò)平臺，在經(jīng)用戶授權(quán)許可的前提下，對充電樁用戶的基本信息、消費(fèi)記錄、移動(dòng)位置、支付方式和社交情況，以及支付、預(yù)約和消費(fèi)等日常操作數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)結(jié)合充電樁地理位置信息、電費(fèi)價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)、用戶消費(fèi)模式和用戶社群情況等信息，生成關(guān)于充電樁和用戶社群推送的分析結(jié)果，并反饋至共享充電用戶社交網(wǎng)絡(luò)平臺。用戶社交網(wǎng)絡(luò)平臺根據(jù)分析結(jié)果，將一般用戶和充電樁所有者的信息互相推送給雙方，將一般用戶和個(gè)人充電樁所有者納入社交網(wǎng)絡(luò)，指導(dǎo)私人充電樁所有者和一般用戶共享使用充電樁。由此完善了用戶社交網(wǎng)絡(luò)，提高了充電樁的利用率，解決了充電樁分布不均勻、車主找樁難等不利問題。

具體為，在t0時(shí)刻初始狀態(tài)下，部分電動(dòng)用戶搭建起私人充電樁，成為私人充電樁所有者，即網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)簽為Owner的節(jié)點(diǎn)，其所搭建的充電樁為網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)簽為Charger的節(jié)點(diǎn)。其他未搭建私人充電樁的用戶作為一般用戶，即網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)簽為Usr的節(jié)點(diǎn)。在這一狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)簽為Charger的節(jié)點(diǎn)只與其對應(yīng)的標(biāo)簽為Owner的節(jié)點(diǎn)鏈接，標(biāo)簽為Usr的節(jié)點(diǎn)均為孤立節(jié)點(diǎn)，私人充電樁所有者不與其他電動(dòng)用戶共享充電設(shè)備。此時(shí)，充電樁用戶未建立能夠有效傳遞信息，共享充電樁資源的社交網(wǎng)絡(luò)。（圖2）

進(jìn)入t1時(shí)刻狀態(tài)，一定數(shù)量的私人充電樁所有者開始與一般用戶共享充電設(shè)備。私人共享充電設(shè)備的電費(fèi)低于公共充電設(shè)備，并且不會(huì)產(chǎn)生停車費(fèi)等其他費(fèi)用，因此一般用戶樂于使用私人共享充電設(shè)備。私人充電樁所有者將充電設(shè)備共享給一般用戶，形成了Usr-Owner關(guān)聯(lián)關(guān)系，即網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)Usr與節(jié)點(diǎn)Owner之間的邊。

t1時(shí)刻的社交網(wǎng)絡(luò)中，Owner1，Owner2和Owner3將充電設(shè)備共享給一般用戶Usr1，Usr2，...，Usr9。較多的一般用戶選擇使用Owner1的充電設(shè)備，使得節(jié)點(diǎn)Owner1擁有較高的度值，而Owner3充電設(shè)備的利用率相對較低。Owner4和Owner5選擇獨(dú)占充電設(shè)備，一般用戶Usr10并不加入共享社區(qū)。這表示與私人充電樁所有者Owner1共享充電樁的一般用戶較多，需排位輪流使用充電樁;與私人充電樁所有者Owner3共享充電樁的一般用戶較少，充電樁空閑時(shí)間多;同時(shí)，一般用戶Usr10和私人充電樁所有者Owner4、Owner5未能加入網(wǎng)絡(luò)，資源分配并不合理。這樣的自組織社交網(wǎng)絡(luò)不能充分發(fā)揮共享充電設(shè)備的優(yōu)勢，需要外界力量的干涉來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。（圖3）

t2時(shí)刻，在共享社區(qū)平臺推送信息下，Owner4和Owner5開放了私人充電設(shè)備，加入了共享社交網(wǎng)絡(luò)。一般用戶在充分獲取信息的前提下，選擇使用相對較為空閑的Owner3、Owner4和Owner5處的充電設(shè)備。相對于此前時(shí)刻，t2時(shí)刻下，更多的用戶參與到共享社交網(wǎng)絡(luò)中，充電設(shè)備的分配利用更加合理。（圖4）

四、結(jié)論及展望

共享充電樁作為當(dāng)前共享理念下的一個(gè)典型案例，將私人充電樁改造成共享充電樁既能減緩當(dāng)前公共充電樁數(shù)量不足、分布不均勻等情況，又能提高私人充電樁的使用率，方便電動(dòng)汽車用戶出行，給私人充電樁所有者和充電設(shè)備經(jīng)營方帶來一定的經(jīng)濟(jì)利益，是解決目前電動(dòng)汽車充電難題，提升電動(dòng)汽車用戶充電體驗(yàn)的一次創(chuàng)新嘗試。

本文所提出的基于用戶社交網(wǎng)絡(luò)的共享充電機(jī)制能夠整合充電樁用戶社交網(wǎng)絡(luò)，為電動(dòng)汽車車主提供了一個(gè)充電資源信息交流平臺，依靠充電樁運(yùn)營方的推送輔助將充電資源信息傳遞給大量原本孤立的電動(dòng)汽車車主。借此，電動(dòng)汽車車主能夠以自組織的形式形成用戶社群，輕松獲取關(guān)于充電樁和用戶社群的信息，制定合理的充電計(jì)劃，合理有序地使用充電樁。擁有個(gè)人充電樁的車主可以與其他車主構(gòu)建共享充電社群，制定充電計(jì)劃，輕松實(shí)現(xiàn)共享充電。既彌補(bǔ)了當(dāng)前充電樁分布不均勻的不足，提高了充電樁的利用率，又降低了車主獲取信息的難度，還給車主和充電樁經(jīng)營方創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)利益。

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