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)的共享單車運維調(diào)度主要是依靠人工，運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，運用GIS方法對昆明市區(qū)共享單車進行空間分布特征分析和共享單車運維資源分配研究[6-14]，為昆明市區(qū)共享單車運維調(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估機構(gòu)實地考核數(shù)據(jù)，經(jīng)初步預(yù)處理后共計10 641條數(shù)據(jù)，涉及問題車輛25 101輛。第三方考核評估機構(gòu)對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。實地考核數(shù)據(jù)主要包含考核時間，問題點經(jīng)緯度，各類問題車輛的數(shù)量等信息?？傮w而言，第三方考核評估采集的數(shù)據(jù)都是共享單車問題數(shù)據(jù)（以下簡稱問題點數(shù)據(jù)），所涉及的車輛均需要調(diào)度或者回收，所以將各項問題對應(yīng)的車輛數(shù)求和，即可得到該點需要運維調(diào)度的車輛數(shù)。基于此，本研究將主要采用此數(shù)據(jù)進行分析，其他運維資源分布數(shù)據(jù)來源于各運營企業(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)運營區(qū)范圍矢量化。

1.3 研究思路

基于第三方野外實測數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)昆明市共享單車運營過程當(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，對昆明市區(qū)共享單車問題進行系統(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得分是一個較高的正值，表示周圍的要素?fù)碛邢嗨浦?，輸出要素類中的COType字段將具有顯著統(tǒng)計性的高值聚類表示為HH，將具有統(tǒng)計顯著性的低值聚類表示為LL，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LH。要素的Z得分是一個較低的負(fù)值，表示一個具有統(tǒng)計顯著性的空間異常值[17]。

2.2 核密度分析

每個點上方均覆蓋著一個平滑曲面，在點所在位置處表面值最高，隨著與點的距離增大，表面值逐漸減小，在與點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的Population值，將此字段值指定為NONE則體積為1。每個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算要素在其周圍領(lǐng)域中的密度，本文采用點要素的核密度分析，對研究區(qū)共享單車問題數(shù)據(jù)進行核密度分析，得出昆明市共享單車問題的空間分布特征。

3 昆明市區(qū)共享單車運維資源分配分析

3.1 共享單車問題統(tǒng)計分析

第三方考核評估機構(gòu)在對昆明市進行野外考核時，主要針對車輛的質(zhì)量管理、投放、停放、運維、調(diào)度管理等方面進行考核?？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。通過對預(yù)處理后的10 641條野外數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計描述，可得各類問題的占比情況（表1）。

表1 問題占比統(tǒng)計表

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數(shù)據(jù)進行核密度分析，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個級別：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)密度分級圖（圖2右）。

圖2 問題熱點與路網(wǎng)密度空間分布圖

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

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個區(qū)的交匯處（市中心），存在問題的區(qū)域共享單車問題點的分布呈現(xiàn)從中心向四周逐漸減少的趨勢；經(jīng)開區(qū)和呈貢區(qū)共享單車問題點分布較少；市中心和高新區(qū)、度假區(qū)共享單車問題點分布最為密集，最容易成為問題熱點區(qū)域。

圖3 問題熱點空間分布圖

3.3 運維資源分配分析

根據(jù)以上研究可知，由于昆明市區(qū)問題點空間分布的特殊性，傳統(tǒng)的運維調(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數(shù)據(jù)采用聚類和異常值分析法將問題點數(shù)據(jù)進行聚類分析，擬采用聚類結(jié)果來對運維資源進行優(yōu)化，即聚高值聚類區(qū)和高值異常聚類區(qū)個數(shù)的多少決定運維資源的多少。

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中落入每個格網(wǎng)單元的共享單車問題點數(shù)，將生成的規(guī)則網(wǎng)格由線文件轉(zhuǎn)為面文件，與問題點數(shù)據(jù)進行空間聯(lián)合，得到空間聯(lián)合后的面圖層，然后對得到的數(shù)據(jù)進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、大型商場市場周邊等。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)的行政界線對聚類的結(jié)果進行裁剪，可得昆明市8個主城區(qū)共涉及HH、HL聚類區(qū)1 762個，表3得出的8個主城區(qū)共有HH、HL聚類區(qū)1 658個，顯示各區(qū)的邊界上存在HH、HL聚類區(qū)，導(dǎo)致裁剪時將一個HH或HL聚類區(qū)劃分為多個。故運維資源的優(yōu)化不能采用HH、HL聚類區(qū)的個數(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)劃邊界進行重新優(yōu)化分配可得運維資源優(yōu)化分配表（表4）和優(yōu)化后區(qū)級運維資源的空間分布圖（圖5）。

表4 運維資源優(yōu)化分配表

由表4和圖5可知，運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)最少運維資源占比僅為5.94%。高新區(qū)和度假區(qū)雖然運維資源的占比都為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)一樣也是問題熱點分布區(qū)。

4 結(jié)論

本文以昆明市三家企業(yè)的運維區(qū)為研究區(qū)，基于昆明市第三方共享單車考核評估機構(gòu)實地考核數(shù)據(jù)，采用核密度分析，聚類和異常值分析等方法對昆明市區(qū)共享單車的空間分布、運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)最少運維資源占比僅為5.94%；高新區(qū)和度假區(qū)，運維資源的占比為10%左右。

目前第三方考核評估機構(gòu)的問題點數(shù)據(jù)只能得出研究區(qū)空間尺度運維資源優(yōu)化分配，時間尺度運維資源優(yōu)化分配還有待于進一步研究。