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        基于GIS的昆明市區(qū)共享單車運(yùn)維資源分配研究

        2022-10-31 12:00:42秦紅富談樹成施旖奇金小海
        地理空間信息 2022年10期
        關(guān)鍵詞:高值昆明單車

        秦紅富,談樹成*,施旖奇,王 超,金小海

        (1.云南大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,云南 昆明 650500)

        目前昆明市區(qū)的共享單車運(yùn)維調(diào)度主要是依靠人工,運(yùn)維資源空間分配的合理性將直接影響共享單車的空間分布[1-5]。因此,運(yùn)用GIS方法對(duì)昆明市區(qū)共享單車進(jìn)行空間分布特征分析和共享單車運(yùn)維資源分配研究[6-14],為昆明市區(qū)共享單車運(yùn)維調(diào)度管理提供技術(shù)支撐。

        1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)來源

        1.1 研究區(qū)域

        昆明市中心城區(qū)包括五華區(qū)、官渡區(qū)、盤龍區(qū)、度假區(qū)、高新區(qū)、西山區(qū)、經(jīng)開區(qū)、呈貢區(qū)等8個(gè)區(qū),本文的研究區(qū)域(圖1)主要包括高新區(qū)、度假區(qū)、五華區(qū)以南、呈貢區(qū)以北等,面積合計(jì)311.36 km2,位于昆明市區(qū)的中心區(qū)域。

        圖1 研究區(qū)位置

        1.2 數(shù)據(jù)來源

        本文的主要數(shù)據(jù)來源于2018年8月—2020年8月,昆明市第三方考核評(píng)估機(jī)構(gòu)實(shí)地考核數(shù)據(jù),經(jīng)初步預(yù)處理后共計(jì)10 641條數(shù)據(jù),涉及問題車輛25 101輛。第三方考核評(píng)估機(jī)構(gòu)對(duì)共享單車的考核主要涉及車輛性能是否良好,是否按要求上牌,是否違規(guī)停放,超范圍停放等問題。實(shí)地考核數(shù)據(jù)主要包含考核時(shí)間,問題點(diǎn)經(jīng)緯度,各類問題車輛的數(shù)量等信息??傮w而言,第三方考核評(píng)估采集的數(shù)據(jù)都是共享單車問題數(shù)據(jù)(以下簡(jiǎn)稱問題點(diǎn)數(shù)據(jù)),所涉及的車輛均需要調(diào)度或者回收,所以將各項(xiàng)問題對(duì)應(yīng)的車輛數(shù)求和,即可得到該點(diǎn)需要運(yùn)維調(diào)度的車輛數(shù)?;诖耍狙芯繉⒅饕捎么藬?shù)據(jù)進(jìn)行分析,其他運(yùn)維資源分布數(shù)據(jù)來源于各運(yùn)營企業(yè),路網(wǎng)數(shù)據(jù)及行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來源于OpenStreetMap,研究區(qū)矢量來源于各企業(yè)運(yùn)營區(qū)范圍矢量化。

        1.3 研究思路

        基于第三方野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),通過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)昆明市共享單車運(yùn)營過程當(dāng)中存在的主要問題;再基于昆明市行政區(qū)劃和道路路網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)利用核密度分析、聚類和異常值分析、疊置分析等GIS方法,對(duì)昆明市區(qū)共享單車問題進(jìn)行系統(tǒng)的診斷分析,并得出共享單車問題的空間分布特征;最后根據(jù)問題的空間分布和綜合診斷分析的結(jié)果,得出適合昆明市區(qū)運(yùn)維資源空間布局優(yōu)化的科學(xué)性建議。為各共享單車企業(yè)的運(yùn)維調(diào)度提供決策支持,以期為昆明市政府開展共享單車運(yùn)維服務(wù)管理工作,以及其他學(xué)者開展相關(guān)研究提供參考。

        2 研究方法

        2.1 聚類和異常值分析

        聚類和異常值分析是一種基于Z得分和置信度的聚類分析方法,該方法通過計(jì)算要素Z得分來確定聚類類型。Z值越高,聚類程度就越高。Z得分接近零,則表示研究區(qū)域內(nèi)不存在明顯的聚類。Z得分為正表示高值的聚類,Z得分為負(fù)表示低值的聚類。在ArcGIS10.7中,要素的Z得分是一個(gè)較高的正值,表示周圍的要素?fù)碛邢嗨浦担敵鲆仡愔械腃OType字段將具有顯著統(tǒng)計(jì)性的高值聚類表示為HH,將具有統(tǒng)計(jì)顯著性的低值聚類表示為L(zhǎng)L,高值要素四周圍繞低值要素表示為HL,低值要素四周圍繞高值要素表示為L(zhǎng)H。要素的Z得分是一個(gè)較低的負(fù)值,表示一個(gè)具有統(tǒng)計(jì)顯著性的空間異常值[17]。

        2.2 核密度分析

        每個(gè)點(diǎn)上方均覆蓋著一個(gè)平滑曲面,在點(diǎn)所在位置處表面值最高,隨著與點(diǎn)的距離增大,表面值逐漸減小,在與點(diǎn)的距離等于搜索半徑的位置處表面值為零,允許使用圓形鄰域,在其領(lǐng)域曲面與平面所圍成的空間的體積等于此點(diǎn)的Population值,將此字段值指定為NONE則體積為1。每個(gè)像元的密度為該像元位置中心及所在鄰域內(nèi)像元值之和。核密度分析主要用于計(jì)算要素在其周圍領(lǐng)域中的密度,本文采用點(diǎn)要素的核密度分析,對(duì)研究區(qū)共享單車問題數(shù)據(jù)進(jìn)行核密度分析,得出昆明市共享單車問題的空間分布特征。

        3 昆明市區(qū)共享單車運(yùn)維資源分配分析

        3.1 共享單車問題統(tǒng)計(jì)分析

        第三方考核評(píng)估機(jī)構(gòu)在對(duì)昆明市進(jìn)行野外考核時(shí),主要針對(duì)車輛的質(zhì)量管理、投放、停放、運(yùn)維、調(diào)度管理等方面進(jìn)行考核??己诉^程中將需調(diào)度或維修的問題細(xì)分為車輛性能是否良好,車身是否整潔,是否按要求上牌,是否違規(guī)停放,超范圍停放等13類問題。通過對(duì)預(yù)處理后的10 641條野外數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)描述,可得各類問題的占比情況(表1)。

        表1 問題占比統(tǒng)計(jì)表

        通過表1可知,在25 101輛問題車輛中,亂停亂放情況所占的比例最大為60.98%;其次是車身張貼小廣告占比18.62%;性能不完好和允許停放區(qū)域違規(guī)停放情況各占比10.28%和10.12%。

        3.2 共享單車問題空間分布特征分析

        運(yùn)用ArcGIS10.7中的核密度分析工具,基于預(yù)處理后昆明市區(qū)2018年8月—2020年8月的共享單車問題點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行核密度分析,得出共享單車在昆明市區(qū)象元大小為1 m的核密度圖(圖2左)。接著采用線密度分析工具,基于道路矢量數(shù)據(jù)以車道數(shù)為權(quán)重,生成初始密度成果,格式為柵格數(shù)據(jù);使用柵格轉(zhuǎn)面工具,將柵格單元轉(zhuǎn)為矢量面單元,再使用相交工具與道路矢量求交集;采用自然間斷法將路網(wǎng)分為4個(gè)級(jí)別:I、II、III、IV(Ⅰ表示路網(wǎng)密度最低,Ⅳ表示路網(wǎng)密度最高),得出研究區(qū)道路路網(wǎng)密度分級(jí)圖(圖2右)。

        圖2 問題熱點(diǎn)與路網(wǎng)密度空間分布圖

        根據(jù)問題熱點(diǎn)圖和路網(wǎng)密度分級(jí)圖,可以得出昆明市區(qū)的共享單車問題點(diǎn)分布具有以下特征:

        1)交通路網(wǎng)越密集的地方,越容易成為熱點(diǎn)區(qū)。

        2)西山區(qū)、官渡區(qū)以南核密度值較低,問題車輛相對(duì)較少。

        3)經(jīng)開區(qū)、呈貢區(qū)核密度值整體較低,沒有明顯問題熱點(diǎn)區(qū),問題車輛數(shù)較少。

        采用重分類工具基于自然間斷法將核密度分析的結(jié)果分為4類,分別記為I、II、III、IV;IV類代表共享單車問題最嚴(yán)重區(qū)域,I類代表共享單車問題相對(duì)較少區(qū)域,分類結(jié)果(圖4);再根據(jù)分類的結(jié)果可得各類區(qū)域涉及的問題車輛數(shù)及其占比(表2)。

        表2 自然間斷法分類結(jié)果

        由表2可知,IV類問題區(qū)域即問題最嚴(yán)重區(qū)域共涉及問題車輛7 579輛,占總問題車輛數(shù)的30.19%,主要分布于高新區(qū)、度假區(qū)、五華區(qū)盤龍區(qū)以南、西山區(qū)官渡區(qū)以北;Ⅰ類問題區(qū)域是問題最不嚴(yán)重區(qū)域,分布區(qū)面積占運(yùn)維區(qū)面積最大,但是涉及問題車輛數(shù)最少為2 335輛。結(jié)合圖3可知昆明市區(qū)大部分問題車輛主要集中于五華區(qū)、盤龍區(qū)、西山區(qū)、官渡區(qū)4個(gè)區(qū)的交匯處(市中心),存在問題的區(qū)域共享單車問題點(diǎn)的分布呈現(xiàn)從中心向四周逐漸減少的趨勢(shì);經(jīng)開區(qū)和呈貢區(qū)共享單車問題點(diǎn)分布較少;市中心和高新區(qū)、度假區(qū)共享單車問題點(diǎn)分布最為密集,最容易成為問題熱點(diǎn)區(qū)域。

        圖3 問題熱點(diǎn)空間分布圖

        3.3 運(yùn)維資源分配分析

        根據(jù)以上研究可知,由于昆明市區(qū)問題點(diǎn)空間分布的特殊性,傳統(tǒng)的運(yùn)維調(diào)度資源分配方法不適用于昆明市區(qū)。本研究將基于共享單車問題點(diǎn)數(shù)據(jù)采用聚類和異常值分析法將問題點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析,擬采用聚類結(jié)果來對(duì)運(yùn)維資源進(jìn)行優(yōu)化,即聚高值聚類區(qū)和高值異常聚類區(qū)個(gè)數(shù)的多少?zèng)Q定運(yùn)維資源的多少。

        首先采用ArcGIS10.7生成研究區(qū)100 m×100 m的規(guī)則格網(wǎng)(圖4)

        圖4 100 m×100 m格網(wǎng)示意圖

        從圖4中落入每個(gè)格網(wǎng)單元的共享單車問題點(diǎn)數(shù),將生成的規(guī)則網(wǎng)格由線文件轉(zhuǎn)為面文件,與問題點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間聯(lián)合,得到空間聯(lián)合后的面圖層,然后對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類和異常值分析,領(lǐng)域搜索閾值采用默認(rèn)值為101.19 m,得出昆明市區(qū)共享單車聚類結(jié)果(表3)。

        表3 聚類結(jié)果按統(tǒng)計(jì)表

        由表3可知高值聚類區(qū)和高值異常聚類區(qū)占總問題車輛數(shù)的69.01%,高值聚類區(qū)表明該區(qū)域是共享單車問題最嚴(yán)重的區(qū)域。通過分析,發(fā)現(xiàn)高值聚類區(qū)絕大部分位于路網(wǎng)密集,人流量大的區(qū)域,這些區(qū)域占問題車輛數(shù)的47.62%,高值異常區(qū)周圍大都是地鐵站、大型商場(chǎng)市場(chǎng)周邊等。這些區(qū)域占問題車輛數(shù)的21.39%,其他區(qū)域占問題車輛數(shù)的30.99%。分別用各區(qū)的行政界線對(duì)聚類的結(jié)果進(jìn)行裁剪,可得昆明市8個(gè)主城區(qū)共涉及HH、HL聚類區(qū)1 762個(gè),表3得出的8個(gè)主城區(qū)共有HH、HL聚類區(qū)1 658個(gè),顯示各區(qū)的邊界上存在HH、HL聚類區(qū),導(dǎo)致裁剪時(shí)將一個(gè)HH或HL聚類區(qū)劃分為多個(gè)。故運(yùn)維資源的優(yōu)化不能采用HH、HL聚類區(qū)的個(gè)數(shù),優(yōu)化后的資源分配的占比采用的是面積占比,即各區(qū)HH、HL聚類區(qū)面積占8區(qū)總HH、HL聚類區(qū)的比例確定。最終按各區(qū)的行政區(qū)劃邊界進(jìn)行重新優(yōu)化分配可得運(yùn)維資源優(yōu)化分配表(表4)和優(yōu)化后區(qū)級(jí)運(yùn)維資源的空間分布圖(圖5)。

        表4 運(yùn)維資源優(yōu)化分配表

        由表4和圖5可知,運(yùn)維資源的空間分布官渡區(qū)、五華區(qū)、盤龍區(qū)、西山區(qū)占比最多,都達(dá)到了15%以上,經(jīng)開區(qū)最少運(yùn)維資源占比僅為5.94%。高新區(qū)和度假區(qū)雖然運(yùn)維資源的占比都為10%左右,但高新區(qū)和度假區(qū)的行政區(qū)面積遠(yuǎn)小于其他區(qū),單位面積的運(yùn)維資源占比高新區(qū)最大,度假區(qū)次之,所以高新區(qū)和度假區(qū)一樣也是問題熱點(diǎn)分布區(qū)。

        4 結(jié)論

        本文以昆明市三家企業(yè)的運(yùn)維區(qū)為研究區(qū),基于昆明市第三方共享單車考核評(píng)估機(jī)構(gòu)實(shí)地考核數(shù)據(jù),采用核密度分析,聚類和異常值分析等方法對(duì)昆明市區(qū)共享單車的空間分布、運(yùn)維資源的分配做了深入研究。研究結(jié)果表明:

        1)昆明市區(qū)共享單車存在主要問題是亂停亂放和人為損壞車身。

        2)共享單車的問題嚴(yán)重區(qū)域主要集中于昆明市中心、高新區(qū)、度假區(qū)等。

        3)優(yōu)化后運(yùn)維資源空間分布于官渡區(qū)、五華區(qū)、盤龍區(qū)、西山區(qū)占比最多,都達(dá)到了15%以上,經(jīng)開區(qū)最少運(yùn)維資源占比僅為5.94%;高新區(qū)和度假區(qū),運(yùn)維資源的占比為10%左右。

        目前第三方考核評(píng)估機(jī)構(gòu)的問題點(diǎn)數(shù)據(jù)只能得出研究區(qū)空間尺度運(yùn)維資源優(yōu)化分配,時(shí)間尺度運(yùn)維資源優(yōu)化分配還有待于進(jìn)一步研究。

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