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基于gis和depthmap的宁洱县新能源汽车充电设施布点研究

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发表时间:2023-01-12 10:19来源:云南省城乡规划设计研究院网址:http://www.ynghy.cn


在我国可持续性发展的科学发展观不断的实践和探索,政策层面的扶持下,未来新能源汽车在我国的数量将会不断提高,同时二三线城市也将越来越普及,与之配套的新能源汽车充电设施也应随之完善,新能源充电设施专项规划也将越来越多。面对这样的背景下,充电桩规划的科学布点则是这一类型规划中的重点,用以支撑规划中站点的布设,实现新能源汽车充电设施的集约化,本文通过对宁洱县新能源汽车充电设施专项规划,在depthmap和Aecgis分析的帮助下,实现在充电设施专项规划中关于站点布设的理性抉择,并以量化的方式进行规划评价,阐述了在该类专项规划中理性模型的运用和作用。在新能源充电设施专项规划成为趋势的同时,借助空间句法模型和arcgis分析在规划过程中的理性抉择将是未来规划科学性的一个有效途径。

作者:李彦辰   陈亮

项目情况概述

停车设施规划范围为33.55平方公里,包含北部老城区和南部新城,北至323国道瑞临线,西至天壁山,南至太达村,东至昆磨高速公路。

技术创新

通过depthmap辅助规划设施点布点,再结合aicgis软件对规划成果验证与评价,实现规划的科学抉择和理性规划。

技术路线

结合空间句法depthmap分析结果得出主要站点的分布路段,叠加主要的商业片区、旅游服务片区、学校、企业、工业园区、迴龙寺和政府机关等等兴趣点以及宁洱县停车场专项规划中现状停车场位置和规划建设停车场位置。结合depthmap分析结果和充电桩预测结果,确定新能源汽车充电桩设施的主要布点位置、站点桩数分级、直交流分类和专用公用服务站点分类。

1:技术路线(来源:作者自绘)


Depthmap模型建立与分析研究

Depthmap是建立于空间句法理论的分析软件,通过建立相应的基础模型应用于城市空间分析,理论基础来源于比尔·希利尔的《空间是机器》中关于空间组构的阐述,即复杂系统中任意一关系取决于与之相关的其他所有关系,并不局限于空间本身,而是完整的城市系统中各空间之间的联系。本次研究基础数据来源于“宁洱县城市总体规划(2015—2030)”路网提取宁洱县道路,以dxf文件形式导入depthmap建立空间句法axial map轴线模型。在轴线模型建立后Node Count验证路网是连通的,证明模型可用开始模型分析解读。(1)整合度分析整合度用以反映宁洱道路系统中某一路段与其他路段之间的聚集或离散程度,衡量路段吸引达到交通的能力,越接近红色表示整合度越高,越接近蓝色表示整合度越低,整合度越高的地方道路可达性越高.整合度越高的路段,可达性高,中心性越强,活力越强,越容易聚集车流或者人流,形成城市中的活力核心,而活力核心也将通过相邻道路空间的联系,将其活力辐射到整个系统内。城市活力核心是一个城市主要人群集聚和商业服务等行为发生的主要场所空间,商业服务人群对充电桩需求的活动行为是以短时间停放并充电为主,充电行为以短时间快充为主,针对这一特征,站点的布设考虑更多的面向快充,即直流电充电。

图2:路网整合度分析(来源:作者自绘)


由分析结果可见,在全局整合度下(见图2左),宁洱县道路整合度最高的路段位于滨河路、天壁路、县政府、水湾公园和其相邻路段,我们可以理解为这些路段及相邻区域是宁洱县县城中的主要城市核心,城市主要活动的发生地,拥有最多的城市活动。在局部整合度下,道路系统中局部整合度最高的地区同样是位于滨河路和天壁路,不同的是又增加了墨思公路及相邻路段,这是宁洱县的北部新城区主要道路,并且连接北部村庄和磨黑镇。局部整合度(见图2右),我们可以理解为这是存在于宁洱县城区小尺度上的一个吸引点,即足够吸引人车流或者活动发生点,从拓扑结构上看这些路段与周边的句法测度值相吻合,可视为小区域范围内的火力点或者步行车达性较好的部分,除了增强充电桩站点在整体系统中的服务水平外,满足人群在到达某一站点充电后发生其他活动的可能性。


由此,在宁洱县充电设施的布局规划中,这些全局整合度高的区域结合主要设施点和兴趣点布设桩数及规模较大的一级充电桩站点,以满足整体道路系统下充电设施围绕高整合度路段的服务水平。布局整合度高的区域可结合布置二级和三级充电桩站点,增强小区域内的服务覆盖水平。

(2)选择度分析


选择度是指在系统中道路元素作为不同节点之间最短拓扑距离的频率,选择度高的路段是整个系统中作为出行最短路径,用以反映宁洱道路系统中某一路段空间被穿行的可能性,和作为最短路径时衡量路段被人们选择的可能性,越接近红色表示选择度越高,越接近蓝色表示选择度越低,选择度越高的路段则更有可能被人们选择。我们可以理解为这些被更多选择的路段在道路系统中会拥有更多的人或车流穿行,即本身拥有较大的车流量。这些路段在规划中的考虑在被更多人群选择路劲时,仍能拥有较好容纳能力和对充电行为的满足,对于充电行为同样是以以短时间停放并充电为主,充电行为以短时间快充为主,针对这一特征,站点的布设考虑更多的面向快充,即直流电充电。

图3:路网选择度分析(来源:作者自绘)


由分析结果可见,滨河路、墨思公路、水湾公园西南路段、东山路及相邻路段和连接北部工业园区的215国道拥有全局最高的全局选择度(见图3左),作为整体路网中任意两点之间的最短路径频率最高的路段,车流经过行为发生的可能性最大。局部选择度(见图3右)最高的区域也是集中于滨河路和天壁路,其次是穿行北部新城区的墨思公路部分路段、东山路及相邻路段,其选择度结果与整合度结果对应符合。在这些路段,考虑更多的交通行为是短期内停放并发生活动行为,对此,这些路段的新能源汽车充电桩发生充电行为多考虑为短时间内的充电行为。

(3)深度值分析


用以反映宁洱道路系统中某一路段在整个路网系统中的拓扑深度,即某一路段达到其他路段所需经过的最小拓扑步数,越接近红色表示深度值越高,越接近蓝色表示深度值越低,深度值越低表示道路空间的整合度越高。

图4:路网平均深度值分析(来源:作者自绘)

由分析结果可见,从全局平均深度值(见图4左)结果来看除了部分城市边缘区路段外,整体深度值相近,即整体系统中路段所需经过的拓扑步数相近,但从局部平均深度值(见图4右)结果来看龙潭路、东山路和水湾公园相邻路段深度值更高,拓扑数值相对最大,即小区域范围内这些路段到达系统内其他路段所需经过的路段也更多。

Gis验证与对比分析

(1)路网可达性分析

路网可达性分析基础数据基于“宁洱县城市总体规划(2015—2030)”路网提取宁洱县道路,分析方法基于Arcgis软件中OD成本分析,利用现状路网在Arcgis中建立网络数据集并拓扑验证“无悬挂点,无自重叠,无自相交,无相交和内部接触”正确后,进行后续数据分析。在以上交通网络中建立OD成本,其中车行速度取值来源于主要道路限速为40km/h,步行速度取值为成年人平均步行速度为75m/min。以网络数据集的交通路网中任意节点到另一个任意节点的时间成本作为交通可达性参考。

图5:基于OD时间成本的路网可达性分析(来源:作者自绘)

通过服务区计算得到基于OD时间成本的道路交通可达性(见图5),由于计算路径数量较多,存在不同路径重叠影响分析结果,故而通过克里金插值法(见图5左下角小图)将分析结果可视化,可见在宁洱县路网系统的可达性较好的区域集中于中心城区,内部区域可达性OD时间成本区间为15分钟内,各路段在此时间成本区间范围内可达性差距较小。北部新城区、工业园区、宁洱高铁站、温泉小镇和团结小镇相较于老城区交通可达性相对较差,整体路网时间成本≤25分钟,但是该区域除北部新城区外服务人群多为旅游人群和工业区从事货运人群,北部新城区则主要为本地居民,应设立次级站点,服务于该片区居民的日常生活使用,这一结果也与depthmap分析结果相同。

(2)服务范围对比分析

步行可达性分析基于步行速度,对每个规划充电桩设施点5-10-15分钟可达到范围进行区分,得到服务人群在停放车辆并离开充电桩后15分钟内步行的可到达范围(见图6)。分析结果可见规划充电设施步行范围可基本全覆盖宁洱县中心城区及主要兴趣点(商业片区、旅游服务片区、学校、企业、工业园区、迴龙寺和政府机关等)。

车行可达性分析基于车行速度,对每个规划充电桩设施点5-10-15分钟可达到范围进行区分,得到服务人群到宁洱县城区通过车行达到每个充电桩在15分钟内的可到达范围(见图7)。分析结果可见规划充电设施可基本全覆盖宁洱县总体规划范围,且时间成本值基本在5分钟以内,仅小部分区域(天壁山城郊休闲公园)时间成本为15分钟以内。


将现状充电设施和规划充电设施进行同一交通网络数据集下的分析结果可计算其服务覆盖水平可达性(见表3、表4),其中城市规划区和中心城区用地范围和面积数据来源于“宁洱县城市总体规划(2015—2030)”.通过规划前后服务覆盖水平可得出,本次规划主要解决了对于到达充电通过步行方式暂时离开并发生活动行为人群对于到达后短时间快速充电的需求(实现这一途径主要通过增加新能源汽车充电设施覆盖率的提升)。中心城区的5/10/15分钟覆盖率增加分别为14.28%、22.23%和31.29%,城市规划区范围5/10/15分钟覆盖率增加分别为11.33%、35.97%、85.07%。

图6:步行服务范围可达性(来源:作者自绘)

图7:车行服务范围可达性(来源:作者自绘)

对于车行后长时间停放发生充电行为的人群充电需求的提升方式则是通过对相应现状条件(用地条件、变压器条件)限制下增加停车场充电桩桩数和快慢充配比(交流直流电)实现服务水平的提升。

表3:宁洱县规划充电设施服务步行可达性覆盖水平提升统计表(数据来源:作者自绘)

表4:宁洱县规划充电设施服务车行可达性覆盖水平提升统计表(数据来源:作者自绘)


小结


在规划编制过程中,通过depthmap中模型的整合度、选择度和深度值分析,科学的抉择站点的分布和站点充电设施交直流电选择,这一类活力核心面向人群以发生商业服务活动等短时间快速充电行为为主,即布设充电设施时应补充增强直流电充电桩来满足快速充电的需求。对于包括县政府、图书馆、环卫站和客运站等兴趣点,充电设施应面向长时间停放并发生长时间充电行为,充电桩桩数选择以交流电选择为主。对于规划编制结果评价时通过arcgis建立网络数据集中的OD成本模型来衡量充电桩可服务范围,可针对不同的充电行为模式(包括工作和回家等行为的长时间停放并长时间慢速充电和商业服务等行为时的短时间停放并快速充电后步行至兴趣点)抉择充电设施在规划布点时的交直流电设施。同时也可以用于评价规划前后的服务覆盖率的评价与对比,是未来面向这一类规划时有效帮助理性抉择的方式与途径。

部分规划成果展示



编辑制作:云南省城乡规划设计研究院
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