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中国公共电动汽车充电服务的空间可达性研究

期刊:ISPRS International Journal of Geo-InformationDOI:10.3390/ijgi12120478

本文作者为Yu Chen、Yuehong Chen和Yuqi Lu,分别来自南京师范大学地理科学学院、江苏省地理信息资源开发与应用协同创新中心以及河海大学水文水资源学院。该研究发表于 *ISPRS International Journal of Geo-Information*,文章于2023年9月2日投稿,2023年11月23日被接收,2023年11月25日正式发表,收录于该期刊2023年第12卷第478号。

本文是一篇关于中国公共电动汽车充电服务空间可达性的原创研究。随着全球变暖问题日益严峻,中国政府提出了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标,而交通部门的电动化转型被视为实现上述目标的关键路径之一。电动汽车的推广虽然在中国增长迅速,但充电基础设施不足、充电便利性差等问题仍然是制约电动汽车进一步普及的重要障碍。现有关于公共电动汽车充电服务可达性的研究多集中于单个城市内部,采用人口数据作为需求代理变量,且缺少全国尺度的系统分析。针对这一研究空白,本文提出了一个适用于大尺度研究的可达性测量框架,以城市为基本空间单元,以电动汽车保有量作为真实需求,利用高斯两步移动搜索法(Gaussian Two-Step Floating Catchment Area,G2SFCA)测度中国各城市公共电动汽车充电服务的空间可达性,并进一步分析其空间格局与空间公平性。

在数据方面,研究使用了三套数据集。第一套是中国大陆城市级行政边界数据,作为可达性计算的基本空间单元;由于部分省份中多个城市共用同一车牌号段,研究将具有相同车牌号段的城市合并为单一分析单元,以便与电动汽车保有量数据匹配。第二套数据来自充电吧平台,包含32704个公共充电站和328709个充电桩,作为充电服务供给数据。第三套数据为2021年各城市电动汽车保有量数据,作为充电服务需求数据。在方法上,研究采用G2SFCA方法计算空间可达性。该方法分为两步:第一步以每个充电站为中心,在设定的空间阻抗阈值范围内搜索所有需求点,利用高斯衰减函数赋予不同距离需求点不同权重,计算每个充电站的供需比;第二步以每个需求城市为中心,搜索阈值范围内的所有充电站,将各充电站的供需比按距离衰减权重加权求和,得到该城市的空间可达性得分。本研究将空间阻抗阈值设为20公里,采用欧氏距离而非实际出行距离,原因是本研究聚焦全国尺度的城市级可达性,而电动汽车保有量数据的最细粒度即为城市级别。此外,研究还计算了每千辆电动汽车拥有的充电站数量,作为非空间可达性指标,并将其与空间可达性进行对比。在空间格局分析中,研究采用全局和局部莫兰指数(Moran’s I)识别可达性的空间集聚特征;在空间公平性分析中,采用基尼系数(Gini Index)评估不同区域及全国整体可达性的不平等程度。

研究结果显示,中国公共电动汽车充电站的空间分布高度集中于胡焕庸线东南侧,尤其在京津冀、长三角和珠三角三大城市群最为密集。从区域看,东部地区充电站数量最多,占全国充电站总数的69.10%,充电桩占66.31%;中部地区次之,充电站占28.99%,充电桩占32.61%;西部地区最少,分别仅占1.91%和1.08%。然而,充电站数量分布与空间可达性分布并不完全一致。空间可达性较高的城市主要分布在中部地区,如湖南、湖北和陕西等省份;东部沿海地区虽然充电站密度高,但多数城市的空间可达性仅为中等或低水平,甚至部分城市为极低水平。西部地区由于电动汽车保有量低,也出现了若干可达性较高或极高的城市。从统计指标看,中部地区的平均可达性最高,东部地区次之,西部地区最低;而变异系数显示西部地区的可达性差异最大,中部次之,东部最小。在全国346个城市中,极低和低可达性城市分别占46%和33%,高和极高可达性城市仅占7%。空间公平性分析表明,全国及三大区域的可达性基尼系数均超过0.4,部分区域超过0.6,表明充电服务可达性存在显著不平等。其中,西部地区的空间不公平性最高,中部地区次之,东部地区最低。非空间可达性的不公平程度略高于空间可达性。

研究还比较了非空间可达性与空间可达性的差异,发现非空间可达性更贴近经济发展水平的空间格局,但由于未考虑空间阻抗,可能高估了东部地区的充电便利性。本文提出的测量框架利用电动汽车保有量作为真实需求,比使用人口数据更能准确反映充电服务的实际供需关系。该框架为全国尺度的充电服务可达性评估提供了可行方法。基于研究发现,作者提出了区域差异化的政策建议:东部地区应加强充电站建设并优化现有充电站布局,以匹配快速增长的电动汽车保有量;中部地区可在保持充电服务可达性优势的基础上,进一步推动电动汽车普及;西部地区虽然可达性水平尚可,但电动汽车数量偏低,低温气候可能影响电动汽车续航性能,相关政策可适当调整。此外,各区域未来政策制定应重点关注充电服务可达性的空间公平性问题,以减少区域间和区域内部的不平等。

本研究的亮点在于:首次在全国尺度上以城市为单元、以电动汽车真实保有量作为需求,系统测度了公共电动汽车充电服务的空间可达性,并对比了非空间与空间可达性的差异;采用G2SFCA方法有效处理了距离衰减效应,克服了传统两步移动搜索法二分阻抗的缺陷;研究结果揭示了中国充电基础设施“数量分布”与“服务可达性”之间的空间错位,为优化全国充电站布局提供了实证依据。研究也存在一定局限,例如仅使用城市级数据,未能分析更精细尺度的可达性;未来可结合更细粒度的电动汽车保有量数据开展县级或格网尺度的研究。总体而言,本文为中国实现碳达峰与碳中和目标下的充电基础设施规划提供了重要参考。

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