基于POI數(shù)據(jù)的新能源汽車充電站空間布局研究

摘要：為合理分配充電站資源，滿足日益增長的新能源汽車充電需求，使用鄭州市主城區(qū)POI數(shù)據(jù)，利用ArcGIS空間統(tǒng)計工具，采用核密度估計、準差橢圓分析、空間可達性分析，探究鄭州市主城區(qū)汽車充電站空間布局的基本特征。研究結果表明：鄭州市主城區(qū)新能源汽車充電站分布不均勻，整體呈現(xiàn)東南-西北方向分布；主城區(qū)充電站分布有由內向外擴張趨勢；主城區(qū)超過80%的地區(qū)能滿足2 km內有公共充電基礎設施。

關鍵詞：POI；新能源汽車充電站；鄭州市；空間布局

中圖分類號：U469.7 收稿日期：2024-05-07

DOI：1019999/jcnki1004-0226202407002

1 前言

新能源汽車作為國家支持的戰(zhàn)略新興產業(yè)近年來發(fā)展迅速，銷量持續(xù)位居世界第一[1]。隨著技術水平的不斷提高，新能源汽車不斷向智能化、信息化方向發(fā)展[2]，使得新能源汽車適用的場景逐漸變廣，為城市的發(fā)展提供巨大便利。同時，相較于使用不可再生資源的傳統(tǒng)汽油汽車，新能源汽車對環(huán)境的污染更少，更有助于城市的可持續(xù)發(fā)展[3]。

從“十三五”開始鄭州市大力發(fā)展新能源產業(yè)，增大新能源基礎設施投入，建設了大量的新能源汽車充電站。在“十四五”規(guī)劃中鄭州市同樣提出要繼續(xù)大力發(fā)展新能源汽車產業(yè)，并指出如果充電站等新能源基礎設施體系得不到完善，將阻礙新能源汽車的發(fā)展。2023年鄭州市新能源汽車產量約為32萬輛，增長超過3倍，新能源汽車對充電站的需求與日俱增。同年我國電力系統(tǒng)出現(xiàn)歷史性的突破，可再生能源發(fā)電量占比首次超過50%[4]，電力系統(tǒng)的不斷完善為新能源汽車的發(fā)展提供了強力的物質基礎。充電站的建設和管理越來越重要，如何高效的利用充電設施并合理規(guī)劃充電站的布局是目前新能源汽車發(fā)展面臨的重要問題之一。

2 研究區(qū)域與研究方法

21 研究區(qū)域概況

鄭州市是河南省省會、國家中心城市。2023年全市GDP為136 178億元，省內第一，中部地區(qū)第三，經(jīng)濟條件優(yōu)越。隴海、京廣兩大鐵路干線在此交匯，是重要的鐵路運輸樞紐，地理位置突出，交通便利。近年來，鄭州市大力支持新能源汽車產業(yè)發(fā)展，吸引了包括比亞迪、上汽、一汽等在內的諸多知名企業(yè)，新能源汽車產業(yè)項目簽約額超過千億，號召打造“新能源汽車之城”，力爭持續(xù)推動戰(zhàn)略性新興產業(yè)集群融合發(fā)展。本文研究區(qū)域為鄭州市主城區(qū)（金水區(qū)、中原區(qū)、二七區(qū)、管城回族區(qū)、惠濟區(qū)）。

22 數(shù)據(jù)來源

POI數(shù)據(jù)來源于高德地圖開放平臺，包括2020—2023年4個年份鄭州市主城區(qū)內汽車服務相關數(shù)據(jù)，其中涵蓋充電站名稱、經(jīng)緯坐標等信息。通過數(shù)據(jù)篩查、坐標校準、實地查驗分別得到4個年份的鄭州市主城區(qū)充電站數(shù)量，如圖1所示，2020—2023年主城區(qū)新能源汽車充電站數(shù)量穩(wěn)步提升。

23 研究方法

231 核密度估計

核密度估計分析方法用來計算地理單元的空間自相關屬性值，能夠根據(jù)城市設施點的空間分布情況找到相應的熱點，根據(jù)這些熱點建立定量化的計算模型和表達模型[5]。計算公式為：

[fx=i=1n1h2kx-cih] （1）

式中，[fx]為空間位置[x]處的核密度計算函數(shù)；[h]為距離衰減閾值；n為與位置s的距離小于或等于[h]的要素點數(shù)；[k]函數(shù)為空間權重函數(shù)。[fx]值越大說明充電站空間分布的密度越高。

232 標準差橢圓分析

標準差橢圓分析方法通過繪制標準差橢圓，表達出地理要素在空間上的分布趨勢。通過分別計算空間數(shù)據(jù)在x和y方向上的標準距離，并由橢圓圓心作為起點對x、y坐標的標準差進行計算，從而定義橢圓的軸，并繪制得到標準差橢圓[6]。

a.橢圓圓心。

[SDEx=xi-X2n，SDEy=yi-Y2n] （2）

b.橢圓軸線方向。

[tanθ=A+BC] （3）

[A=x2t-y2t] （4）

[B=x2t-y2t2+4xtyt2] （5）

[C=2xtyt] （6）

c.橢圓軸長。

[σx=2xtcosθ-ytsinθ2n] （7）

[σy=2xtsinθ-ytcosθ2n] （8）

式中，xt和yt為地理要素的空間坐標；[X]和[Y]分別為算術平均中心；SDEx和SDEy為標準差橢圓的圓心；[xt]和[yt]為平均中心和x、y坐標的差。

233 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析方法是指一定范圍內的地理要素根據(jù)固定的距離條件建立特定寬度的多邊形區(qū)域，常用來確定一定范圍內地理要素的影響范圍，公式如下：

[P=X/dx，a≤R] （9）

式中，P為a要素以R為半徑建立的緩沖區(qū)；d為歐式距離，是研究區(qū)域內離a要素的距離d小于等于R的區(qū)域合集。

3 充電站空間布局分析

31 核密度分析

根據(jù)鄭州市主城區(qū)內的新能源汽車充電站POI數(shù)據(jù)，采用核密度估計法進行空間分析，分別繪制出2020—2023年的核密度分布圖，如圖2所示。從整體上看，鄭州市主城區(qū)的充電樁分布集聚現(xiàn)象明顯，越靠近邊界集聚現(xiàn)象越弱，充電站分布越稀疏。5個轄區(qū)中，金水區(qū)作為鄭州市政治經(jīng)濟中心，人口最多、交通便利核密度分布歷年中都是最高；管城回族區(qū)、中原區(qū)和二七sGHL5MyVzeGIDYYg9njEFg==區(qū)，核密度分布次之；惠濟區(qū)北臨黃河，人口最少、路網(wǎng)稀疏核密度分布最小。鄭州市主城區(qū)內的新能源汽車充電站分布不均勻。

從局部上看，2020—2023年，5個轄區(qū)的集聚區(qū)均有擴大趨勢，集聚現(xiàn)象強弱變化略有不同。2020—2022年，金水區(qū)西部和管城回族區(qū)西部的集聚現(xiàn)象逐漸減弱，到2023年再次變強。這說明，2020—2022年金水區(qū)西部和管城回族區(qū)西部的充電站分布逐漸均勻；2023年，隨著新能源汽車數(shù)量的大幅增長，金水區(qū)西部和管城回族區(qū)西部的充電需求進一步增加，這些地區(qū)增設新的充電站又表現(xiàn)出集聚現(xiàn)象。2020—2023年中原區(qū)東部、二七區(qū)北部和惠濟區(qū)中部集聚現(xiàn)象逐年明顯。這說明，在4年的時間里，5個轄區(qū)相鄰地區(qū)的新能源汽車充電站數(shù)量有顯著提升，使得金水區(qū)西部和管城回族區(qū)西部原來的集聚區(qū)域不再明顯，主城區(qū)充電站分布有由中心向四周擴張的趨勢。

32 標準差橢圓分析

根據(jù)鄭州市主城區(qū)內的新能源汽車充電站POI數(shù)據(jù)，分別對2020—2023年進行標準差橢圓分析并作圖，如圖2所示。4個年份的橢圓長軸方向接近，均指向東南和西北，說明主城區(qū)充電站分布呈現(xiàn)“東南-西北”方向分布。其中，2020年的橢圓扁率最大，主城區(qū)內新能源汽車充電站空間分布方向最為明顯，主要集中在東南方向和西北方向。其余3個年份橢圓扁率相近且相較2020年扁率相對較小。說明2020—2023年鄭州市主城區(qū)內新能源汽車充電站的建設分布逐漸均勻，主城區(qū)東北和西南方向充電站數(shù)量有所增加。

33 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析用來衡量鄭州市主城區(qū)新能源汽車充電站的可達性。根據(jù)《河南省電動汽車充電基礎設施建設三年行動方案（2023—2025年）》中強調的“城市核心區(qū)公共充電基礎設施服務半徑小于2 km”，以2 km為緩沖區(qū)半徑，對2020—2023年的主城區(qū)充電站POI數(shù)據(jù)進行分析，如圖3所示。4年間，鄭州市主城區(qū)新能源汽車充電站緩沖區(qū)面積逐年增加且變化明顯。

2020年，主城區(qū)新能源汽車充電站緩沖區(qū)面積占主城區(qū)總面積5459%。其中，金水區(qū)內緩沖區(qū)面積占其行政區(qū)總面積的6979%、管城回族區(qū)為6038%、二七區(qū)為4247%、中原區(qū)為6406%、惠濟區(qū)為3376%。金水區(qū)新能源汽車充電站可達性最好，惠濟區(qū)最差。

2021年，主城區(qū)新能源汽車充電站緩沖區(qū)面積占主城區(qū)總面積7092%。其中，金水區(qū)內的緩沖區(qū)面積占其行政區(qū)總面積的8231%、管城回族區(qū)為8277%、二七區(qū)為6634%、中原區(qū)為8387%、惠濟區(qū)為3896%。中原區(qū)新能源汽車充電站可達性最好，惠濟區(qū)最差。

2022年，主城區(qū)新能源汽車充電站緩沖區(qū)面積占主城區(qū)總面積7889%。其中，金水區(qū)內的緩沖區(qū)面積占其行政區(qū)總面積的8709%、管城回族區(qū)為8632%、二七區(qū)為7891%、中原區(qū)為8891%、惠濟區(qū)為5503%。中原區(qū)新能源汽車充電站可達性最好，惠濟區(qū)最差。

2023年，主城區(qū)新能源汽車充電站緩沖區(qū)面積占主城區(qū)總面積8442%。其中，金水區(qū)內緩沖區(qū)面積占其行政區(qū)總面積的9343%、管城回族區(qū)為8678%、二七區(qū)為7922%、中原區(qū)為9495%、惠濟區(qū)為6739%。中原區(qū)新能源汽車充電站可達性最好，惠濟區(qū)最差。

總結發(fā)現(xiàn)，2020—2023年，鄭州市主城區(qū)新能源汽車充電站可達范圍增長趨勢逐漸放緩。5個轄區(qū)中，二七區(qū)充電站可達范圍增長最為明顯；中原區(qū)可達范圍占比最高，可達性最好；惠濟區(qū)可達范圍占比一直最小，充電站數(shù)量也最少。

4 結語

a.主城區(qū)內充電站分布不均勻，越靠近邊界充電站越少；b.主城區(qū)新能源汽車充電站分布有由內向外擴張趨勢；c.充電站在主城區(qū)東南和西北方向集中分布，至2023年這種現(xiàn)象逐漸減弱，主城區(qū)充電站分布逐漸均勻；d.鄭州市主城區(qū)新能源汽車充電站可達性改善明顯，至2023年，主城區(qū)超過80%的地區(qū)都能滿足2 km內有公共充電基礎設施；e.惠濟區(qū)存在明顯的短板，無論是數(shù)量還是可達性均為最低。

參考文獻：

[1]姚蘭2023年新能源汽車產銷規(guī)模均超900萬輛[J]汽車縱橫，2024（2）：106-107

[2]吳亞平淺談在新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃下計量技術的發(fā)展方向[J]儀器儀表標準化與計量，2024（1）：26-27

[3]魏曉芳，呂飛，張宇峰，等健康城市導向下新能源汽車充電樁的空間布局研究[J]城市建筑，2023，20（5）：54-61

[4]許金華提升電力系統(tǒng)效率助力能源央企在新賽道拓展新空間[J]中國石化，2024（2）：36-38

[5]禹文豪，艾廷華，楊敏，等利用核密度與空間自相關進行城市設施興趣點分布熱點探測[J]武漢大學學報（信息科學版），2016，41（2）：221-227

[6]梁雄飛，胡淑娟基于空間計量分析的經(jīng)濟型酒店布局——以廣東省深圳市為例[J]開發(fā)研究，2016（5）：138-142

作者簡介：

歐陽兆奇，男，1993年生，助教，研究方向為計算機技術應用。