城市電動汽車充電站規劃

韓一鳴　康健強　曹建莉

摘 要：利用層次分析法建立數學模型，對電動汽車擁有總量、人均GDP、單個充電站的成本和充電站服務半徑這四個影響充電站數量的主要因素賦予優先級，運用MATLAB求得特征根，得到不同影響因素權重。具體以長春市為例，計算相關參數，得到長春市應建設的充電站數量。使用ArcMap創建泰森多邊形，在地圖上得到長春市充電站建設的參考位置。關鍵詞：EV;層次分析;泰森多邊形（維諾圖）;ArcMap中圖分類號：U491.8 ?文獻標識碼：B ?文章編號：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

電動汽車以電代油，可以達到“零排放”，對環境友好。因此，近年來我國電動汽車市場迅速發展，其產銷量逐年增長且速度越來越快，但目前我國仍存在電動汽車充電站數量不足、充電站規劃不合理等問題。

長春市的電動汽車產業正在發展，2016年長春市有新能源汽車大約440輛[1]，充電站數量極少，亟待規劃與建設。本文運用層次權重決策分析方法——層次分析法確定長春市充電站數量，基于泰森多邊形確定長春市電動汽車充電站的具體選址，為長春市電動汽車充電站規劃提供借鑒。

1 研究內容與研究方法

1.1 研究內容

運用層次分析法、基于ArcMap泰森多邊形確定長春市電動汽車充電站的數量及對充電站位置進行規劃。

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合的方式來處理多目標的復雜問題的決策分析法[2]。因為充電站的建設數量是一個多目標決策問題，與電動汽車擁有總量、人均GDP、單個充電站的成本充電站服務半徑有關。因此通過將充電站建造數量分解為多個準則，計算每一層次所有因素對于充電站建設數量相對重要性的權值，計算得到電動汽車充電站的數量。

1.2.2 泰森多邊形

泰森多邊形又叫做Voronoi圖，最初用來計算平均降雨量。隨著科學技術的發展和學科的交叉融合，現在的應用范圍非常廣泛。張清然[3]等應用在園林景觀中，王明華[4]等將其應用于無線傳感網絡，葛奔[5]等則應用于公交站點的局部優化等等。它具有如下的特性：

（1）每個多邊形內僅含有一個控制點;

（2）多邊形內的點到相應的控制點之間的實際路徑最短;

（3）多邊形邊上的點到其兩邊的控制點的實際途程相等。

通過建立這樣的多邊形網，平面地理空間就被劃分成了若干個不同的區域，每個區域內有且僅有一個控制點。對于平面地理空間中的任意一點，可以很容易地知道哪個控制點離它的實際路徑最短[6]。

2 案例分析

2.1 確定長春市電動汽車充電站數量

2.1.1 建立遞階層次結構

對電動汽車擁有總量、人均GDP、單個充電站的成本和充電站服務半徑這四個影響充電站數量的主要因素建立遞階層次結構如圖1所示。

2.2 基于泰森多邊形的充電站選址

根據車主指南網站的統計，截至2019年，長春市共有1個公共電動汽車充電站，配有5個充電樁，價格每小時0.6元，如圖2，圖3所示。

使用ArcMap創建泰森多邊形，多邊形內的點即為電動汽車充電站的備選位置。這樣可以盡可能的減少時間的浪費，提高車主充電的效率。步驟如下：

（1）下載長春市的交通、建筑等地圖疊加作為底圖。

（2）根據長春市的交通、人流等情況在交通便利、人流密集、經濟發達、地勢平坦的位置大致挑出電動汽車充電站的備選點。

（3）利用ArcMap空間分析工具對備選點圖層做泰森多邊形，如圖4所示。

（4）將各圖層疊加，調整圖層順序，呈現出規劃內容。

從圖中可以看出備選點在人流密集、經濟發達區域的站點密度大，偏離市中心的區域站點分布稀疏，這符合常理。

從長春市人民廣場附近的充電站泰森多邊形可以清晰的看出，站點到各節點的距離均最近。這個站點可以服務多邊形覆蓋的一整片區域。

3 結語

以長春市為研究對象，首先篩選出四個對充電站數量影響最大的因素，設置優先級，構造判斷矩陣，運用MATLAB求得特征根，計算出影響長春市充電站數量的權重，得到相關參數計算出長春市電動汽車充電站的數量。基于泰森多邊形對充電站選址進行規劃，使用ArcMap創建泰森多邊形，在地圖上得到長春市充電站建設的具體位置。

優點是確定充電站數量時將復雜問題分解，把多目標問題轉換為單目標問題，利用較少數據解決復雜問題;基于ArcMap空間分析進行充電站選址，方法方便快捷。

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

參考文獻

[1] 長春市發改委.長春市電動汽車充電基礎設施發展規劃[Z].2018- 05-10.

[2] 吳君民，賈卉.基于層次分析法的智能垃圾分類回收效益影響因素研究[J].價值工程，2020，39（01）：85-89.

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

[4] 王明華，歐然.無線傳感網絡可信信息覆蓋泰森多邊形區域劃分算法研究[J].南華大學學報（自然科學版），2019，33（05）：46-53.

[5] 葛奔，蔡琳，王富.基于泰森多邊形服務分區的常規公交站點布局優化[J].武漢工程大學學報，2018，40（06）：668-672.

[6] 郭建忠，陳濤，彭維等.基于最短路徑的擴展泰森多邊形建立[J].測繪學院學報，2003（03）：223-225.

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

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