城市电动汽车充电站规划

韩一鸣　康健强　曹建莉

摘 要：利用层次分析法建立数学模型，对电动汽车拥有总量、人均GDP、单个充电站的成本和充电站服务半径这四个影响充电站数量的主要因素赋予优先级，运用MATLAB求得特征根，得到不同影响因素权重。具体以长春市为例，计算相关参数，得到长春市应建设的充电站数量。使用ArcMap创建泰森多边形，在地图上得到长春市充电站建设的参考位置。关键词：EV;层次分析;泰森多边形（维诺图）;ArcMap中图分类号：U491.8  文献标识码：B  文章编号：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

电动汽车以电代油，可以达到“零排放”，对环境友好。因此，近年来我国电动汽车市場迅速发展，其产销量逐年增长且速度越来越快，但目前我国仍存在电动汽车充电站数量不足、充电站规划不合理等问题。

长春市的电动汽车产业正在发展，2016年长春市有新能源汽车大约440辆[1]，充电站数量极少，亟待规划与建设。本文运用层次权重决策分析方法——层次分析法确定长春市充电站数量，基于泰森多边形确定长春市电动汽车充电站的具体选址，为长春市电动汽车充电站规划提供借鉴。

1 研究内容与研究方法

1.1 研究内容

运用层次分析法、基于ArcMap泰森多边形确定长春市电动汽车充电站的数量及对充电站位置进行规划。

1.2 研究方法

1.2.1 层次分析法

层次分析法（AHP）是一种通过将定性分析与定量分析相结合的方式来处理多目标的复杂问题的决策分析法[2]。因为充电站的建设数量是一个多目标决策问题，与电动汽车拥有总量、人均GDP、单个充电站的成本充电站服务半径有关。因此通过将充电站建造数量分解为多个准则，计算每一层次所有因素对于充电站建设数量相对重要性的权值，计算得到电动汽车充电站的数量。

1.2.2 泰森多边形

泰森多边形又叫做Voronoi图，最初用来计算平均降雨量。随着科学技术的发展和学科的交叉融合，现在的应用范围非常广泛。张清然[3]等应用在园林景观中，王明华[4]等将其应用于无线传感网络，葛奔[5]等则应用于公交站点的局部优化等等。它具有如下的特性：

（1）每个多边形内仅含有一个控制点;

（2）多边形内的点到相应的控制点之间的实际路径最短;

（3）多边形边上的点到其两边的控制点的实际途程相等。

通过建立这样的多边形网，平面地理空间就被划分成了若干个不同的区域，每个区域内有且仅有一个控制点。对于平面地理空间中的任意一点，可以很容易地知道哪个控制点离它的实际路径最短[6]。

2 案例分析

2.1 确定长春市电动汽车充电站数量

2.1.1 建立递阶层次结构

对电动汽车拥有总量、人均GDP、单个充电站的成本和充电站服务半径这四个影响充电站数量的主要因素建立递阶层次结构如图1所示。

2.2 基于泰森多边形的充电站选址

根据车主指南网站的统计，截至2019年，长春市共有1个公共电动汽车充电站，配有5个充电桩，价格每小时0.6元，如图2，图3所示。

使用ArcMap创建泰森多边形，多边形内的点即为电动汽车充电站的备选位置。这样可以尽可能的减少时间的浪费，提高车主充电的效率。步骤如下：

（1）下载长春市的交通、建筑等地图叠加作为底图。

（2）根据长春市的交通、人流等情况在交通便利、人流密集、经济发达、地势平坦的位置大致挑出电动汽车充电站的备选点。

（3）利用ArcMap空间分析工具对备选点图层做泰森多边形，如图4所示。

（4）将各图层叠加，调整图层顺序，呈现出规划内容。

从图中可以看出备选点在人流密集、经济发达区域的站点密度大，偏离市中心的区域站点分布稀疏，这符合常理。

从长春市人民广场附近的充电站泰森多边形可以清晰的看出，站点到各节点的距离均最近。这个站点可以服务多边形覆盖的一整片区域。

3 结语

以长春市为研究对象，首先筛选出四个对充电站数量影响最大的因素，设置优先级，构造判断矩阵，运用MATLAB求得特征根，计算出影响长春市充电站数量的权重，得到相关参数计算出长春市电动汽车充电站的数量。基于泰森多边形对充电站选址进行规划，使用ArcMap创建泰森多边形，在地图上得到长春市充电站建设的具体位置。

优点是确定充电站数量时将复杂问题分解，把多目标问题转换为单目标问题，利用较少数据解决复杂问题;基于ArcMap空间分析进行充电站选址，方法方便快捷。

缺点是层次分析法在确定权重等步骤中含有较大主观因素，影响结果准确性;Voronoi图中的边是直线段，只是控制点到直线段的距离最短，实际中受各种因素影响较多。如道路的弯曲程度，建设充电站是否影响交通的便利等等。

參考文献

[1] 长春市发改委.长春市电动汽车充电基础设施发展规划[Z].2018- 05-10.

[2] 吴君民，贾卉.基于层次分析法的智能垃圾分类回收效益影响因素研究[J].价值工程，2020，39（01）：85-89.

[3] 张清然，李彦慧.自然分形——泰森多边形在园林景观中的应用[J].现代园艺，2019（08）：131-132.

[4] 王明华，欧然.无线传感网络可信信息覆盖泰森多边形区域划分算法研究[J].南华大学学报（自然科学版），2019，33（05）：46-53.

[5] 葛奔，蔡琳，王富.基于泰森多边形服务分区的常规公交站点布局优化[J].武汉工程大学学报，2018，40（06）：668-672.

[6] 郭建忠，陈涛，彭维等.基于最短路径的扩展泰森多边形建立[J].测绘学院学报，2003（03）：223-225.

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

[8] 毛薇，谢莉莉.基于ArcGIS空间分析技术的电动汽车充电站选址渐进优化布局研究[J].物流技术，2019，38（06）：56-60.