【世界城市日专栏5】基于骑行时空数据的共享单车设施规划研究

Original 2018-01-16 邓力凡谢永红等 规划师杂志

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广东省城乡规划设计研究院助理规划师邓力凡，广东省城乡规划设计研究院规划师谢永红，广东省住房和城乡建设厅政策研究中心首席研究员黄鼎曦在《规划师》2017年第10期撰文，共享经济为城市绿色、健康发展提供了重要的实现路径。作为共享经济的产物，共享单车在影响城市居民日常出行方式的同时，也在慢慢改变城市的空间格局。从城市规划的视角看，共享单车使用的规范化本质上是解决空间资源优化配置的问题。针对共享单车随处停放给城市管理带来的挑战，文章利用北京市建成区2017年5月10日至5月25日摩拜单车的使用数据进行了用户骑行行为的时空间特征分析，结果发现，工作日的骑行存在明显的早晚高峰时间特征；在公共交通和商业、餐饮等空间要素的影响下，骑行存在不同的空间特征，具体可划分为潮汐型、单向型、松散联系型、距离容忍型和紧密联系型5类骑行区域。基于研究结果，文章提出了相应的共享单车停车设施布局优化建议。

[关键词]共享单车；骑行行为；时间特征；空间特征；停车设施规划

[文章编号]1006-0022(2017)10-0082-07

[中图分类号]TU984.199　

[文献标识码]B

[引文格式]邓力凡，谢永红，黄鼎曦．基于骑行时空数据的共享单车设施规划研究[J]．规划师，2017(10)：82-88．

一

研究区域概况、数据来源与分析方法

（一）研究区域概况

根据北京市政府新闻办发布的信息，截至 2017 年 4 月底，摩拜单车、ofo 小黄单车、小蓝单车、永安行和Unibike等数家共享单车企业在北京市投放的共享单车总量已达70万辆左右，其中摩拜单车投放总量约50万辆左右，全部共享单车注册用户接近1100万人，共享单车每天的骑行次数约有700万次。当前北京市的共享单车分布极不均匀，将近 60 万辆共享单车扎堆在中心城区和城市副中心，占总数的85％。针对共享单车的乱停乱放问题，北京市正在出台相关管理规范，各区也已经着手在重点商业区、主要干道和交通枢纽划出路边停车区域。

北京市作为首批共享单车投放城市和全国共享单车投放量最多的城市，其共享单车用户群体在数量和使用习惯上均较为稳定。摩拜单车在北京市共享单车投放总量中占比最大，因此以摩拜单车使用数据来研究北京市共享单车的停放问题，具有一定的典型性和代表性，研究结论可为国内其他城市在解决共享单车的停放问题上提供参考和借鉴。

（二）数据来源

本文的研究数据主要来源于 2017年摩拜杯算法挑战赛中提供的共享单车用户使用数据以及通过百度地图API获取的网络开放数据。其中，共享单车用户使用数据全样本涵盖了北京市48.55万辆摩拜单车和34.96万摩拜单车用户在 2017 年 5 月 10 日至 5 月 25 日内的使用情况，具体包含用户ID、单车ID、单车类型、单车使用起始时间、骑行起点和骑行终点等。这些数据基于用户完全自发的骑行行为，可以较客观地反映居民的骑行行为特征和空间需求。此外，研究还通过百度地图API获取了北京市建成区所有百度POI点数据，涵盖居住、办公、文教和医疗卫生等13类。

（三）分析方法

首先，研究利用Python及其数据分析软件包，对原始数据进行处理及概况性分析，选取符合需要的、有效的数据子集；其次，研究对数据子集进行时间序列分析和空间聚类分析，从整体上判断共享单车用户使用的时空间特征；最后，研究利用 ArcGIS分析平台的多环缓冲区和空间链接分析工具，在早晚高峰时期对地铁站点、公交站点以及居住类、工作类、商业购物类等空间要素周边的摩拜单车需求量进行对比分析，总结出5种不同类型的骑行区域的特点。

二

骑行行为的时空间特征

（一）骑行行为的时间特征

1.骑行行为的周特征

自行车出行受天气影响较大，为了减少天气状况对研究结果的影响，研究选取天气状况以多云为主、空气状况优良的一周进行骑行行为的周特征分析，具体日期为2017年5月10日(星期三)至5月16日(星期二)，每5分钟统计一次摩拜单车用户数量，得到一周内用户骑行需求的时间分布曲线(图1)。

摩拜单车的使用情况在工作日和休息日具有明显的差异性。工作日包含大量的通勤性骑行行为，形成了骑行的早晚高峰现象，其中早高峰形成持续时间较短、骑行数量激增的现象；晚高峰包含大量的生活性骑行行为 ( 买菜、购物等 )，形成用户数量增长较为缓和、需求缓解较慢的特点；中午时分部分用户的就餐活动引发了一定的近距离骑行行为。休息日多出现生活性骑行行为，骑行时间较为均衡，没有明显的早晚高峰现象，傍晚时分用户的游憩型、休闲型骑行行为形成了摩拜单车用量的峰值。从用户骑行行为的时间分布可以看出，共享单车的最大需求量由工作日的早晚高峰时期的用量决定。

2.骑行行为的日特征

为了更准确地确定居民骑行需求的峰值，确定共享单车投放的最大量，研究选取了骑行需求量最高的 5 月 10 日进行全时段分析(图 2)。结果发现，当日骑行行为从早晨5：00一直持续到次日凌晨，骑行最高峰用量为2758辆/5分钟，平均用量为908.6辆/5分钟，其中早高峰峰值出现在8：00左右，晚高峰峰值出现在 18：30 左右。结合骑行需求增长率特征，研究将早高峰时期确定为 7：00 ～ 9：00，晚高峰时期确定为 17：00 ～ 19：30。在这两个时间段内，骑行量出现短时间内的激增和急降现象，因此这两个时间段是骑行设施供需承压的重要考验时间段，也将作为骑行空间特征分析的重点时间段。

（二）骑行行为的空间特征

骑行需求的空间分布是共享单车停车设施规划的重要依据。研究通过对2017年5月10日每小时内用户骑行的起点和终点进行空间可视化分析，得到每小时内的骑行OD图，其中早晚高峰时期用户数量较多，形成了明显的空间聚集特征(图3，图4)。早晚高峰时期的骑行多以地铁站点为起止点，这种现象在北京市四环以外的一些区域尤为明显，形成了以地铁站点为中心向外放射的扇形区域，这在一定程度上说明共享单车较好地解决了北京市郊TOD开发区域中居民出行的“最后一公里”问题。此外，共享单车在市中心区域由于受到商业、餐饮等众多空间要素的影响，骑行的空间聚集特征不明显，骑行线路的一致性较低，与地铁站点的联系性也不太突出。

1.骑行行为与地铁站点的关系

协调好共享单车停车设施与地铁站点的衔接关系是进行两种交通换乘接驳的关键。研究通过互联网地图获取了北京市 17 条线路、336 个站点的地理位置数据，借助 ArcGIS 分析平台，以地铁站点为中心，构建间隔为100m的多环缓冲区，分别统计早晚高峰时期地铁站点不同距离范围内骑行产生和结束的频数，从而形成早高峰起点频数、早高峰终点频数、晚高峰起点频数、晚高峰终点频数与距离关系这四条特征曲线，并综合全市所有地铁站点，得到北京市早晚高峰时期地铁站点周边骑行起止点空间分布特征图(图5)。

研究发现，地铁站点周边一般会出现远、近两个骑行起止点聚集区域，即距离地铁站点 100 ～ 200m 和 600 ～800m的区域。前者为共享单车出行与地铁出行转换的集中区域，关系到共享单车的使用效率和整个出行系统的连贯性；后者为共享单车出行与其他出行方式(步行或公共交通)转换的集中区域。因此，研究将地铁站点600m范围内的区域确定为地铁影响区域，600m范围外的区域确定为非地铁影响区域。地铁站点周边的共享单车停车设施容量调配也是规划的重点。为了研究地铁出行与共享单车出行的衔接紧密程度，研究进一步将地铁站点300m范围内的区域确定为地铁强影响区域，300～600m范围的区域确定为地铁弱影响区域。当骑行起止点峰值出现在距离地铁站点300m范围内，表明该地铁站点与共享单车出行接驳较好，为衔接紧密型站点；反之，当共享单车出行与地铁站点换乘距离超过300m范围，表明该地铁站点为衔接松散型站点。此外，为进一步探究衔接紧密型站点周边的骑行行为特征，研究根据早晚高峰时期地铁站点周围300m范围内产生的骑行起止点的数量，将衔接紧密型站点细分为早起晚终型、早终晚起型两类潮汐型站点以及起点型、终点型两类单向型站点。

上述五类站点在空间上具有较为明显的聚集特点 ( 图 6，表 1)。衔接松散型站点主要分布在：①自行车限制区域，如王府井、天安门西等站点；②公交系统较为成熟的市中心区域，如国贸、中关村等站点，这些区域除了有轨道交通吸引点，还具备商业购物等多种吸引骑行行为的空间要素；③新开发的郊区，如巩华城、义和庄等站点，因居住人口较少，产生的骑行频次较低，骑行无法接驳轨道交通。早起晚终型站点多处在如望京、五道口及丰台科技园等商务办公类要素聚集的区域。早终晚起型站点则位于回龙观、天通苑等郊区居住聚集区域。起点型、终点型站点均具有骑行交通流流向固定的特征，骑行与轨道交通的接驳仅为单程接驳方式，回程则多采用其他方式，如前门、什刹海等站点周围景区多设计为单向游览线路，从这些站点出发的骑行行为多终止于附近其他站点，因此起点型站点多与终点型站点成对出现。

2.骑行行为与常规公交站点的关系

常规地面公交具有站点密集、覆盖范围较广、与人们的出行衔接更为紧密的特点。2016 年北京市公共电汽车日均客运量达 963.56 万人次，最高日均客运量达到1104.61万人次。共享单车与常规公交站点的衔接能够扩大常规公交的服务范围，提高公共交通资源的利用率。由于常规公交站点和地铁站点的组织形式不同，共享单车与两者在衔接方式上也略有不同。

与地铁站点的分析类似，研究通过百度地图 API获取了北京市 1020条线路中近 1.4 万个常规公交站点的地理位置信息，在 ArcGIS分析平台上进行公交站点周边早晚高峰骑行起止点的地理统计分析，通过数据可视化分析后得到早晚高峰时期公交站点周边骑行起止点的空间分布特征图(图 7)。研究发现，共享单车与常规公交站点的衔接也存在一定的距离容忍性，居民多在距离常规公交站点 100 ～ 200m 范围内进行换乘，之后随着距离的增加，骑行行为的起止点数量逐渐减少，共享单车停放变得分散，在距离常规公交站点 1000m处共享单车停车设施接近为零。

3.骑行行为与空间要素的关系

共享单车的使用除受公共交通站点的影响外，还受到其他空间要素的影响。研究通过编写Python脚本，抓取了北京市建成区范围内所有的百度地图POI点，根据各POI点的属性，结合城市用地标准，将空间要素分为居住、办公、文教、体育、医疗卫生、风景名胜、商业购物、餐饮、旅馆、金融保险、休闲娱乐、生活服务和交通服务13类(表2)。

在空间要素与骑行行为的衔接程度方面，居住、餐饮、商业购物和交通服务4类空间要素与骑行行为紧密联系，衔接距离在100m范围内，属于紧密联系型空间要素；办公、生活服务、医疗卫生、文教、休闲娱乐和金融保险6类空间要素与骑行行为的衔接距离在200m范围内，具有一定的距离容忍度，属于距离容忍型空间要素；风景名胜、旅馆和体育3类空间要素周边的骑行最大量出现在200m范围外，属于松散联系型空间要素。

在空间要素对骑行行为的吸引度方面，紧密联系型空间要素对骑行行为的吸引较强，骑行峰值在34000次以上，随着距离增加，吸引度迅速减弱，对服务距离较为敏感；距离容忍型空间要素对骑行行为的吸引相对较弱，骑行峰值在 15000 ～ 26000 次；松散联系型空间要素对骑行行为的吸引最弱，骑行峰值在15000次以下，随着服务距离的增加，吸引度减弱较为缓慢(图8)。

（三）对共享单车停车设施优化的启示

2010 年以来，国家和地方开始重视非机动车交通问题，出台了相关的规范和设计指引文件，对非机动车停车设施的选址、规模和形式等进行了一般性规定。根据上文分析可以发现，共享单车用户的骑行行为在工作日与休息日、中心区域内与中心区域外、地铁站点周边与常规公交站点周边、不同空间要素周边等都表现出不同的时空间特征。已有指引文件主要针对私人自行车和公共自行车，缺乏对自行车使用者在时间和空间上使用需求的差异性考虑，对共享单车停车设施规划的适用性不足。

共享单车的使用关乎居民的生活和出行，其停车设施的规划需要体现城市规划的人本关怀。已有研究提出了基于时空行为的人本化规划模式 (图9)，强调通过数据的获取与分析，关注生活空间规划、生活时间规划和居民行为规划，通过聚焦个体空间行为，从日常生活中理解城市问题，从行为分析中了解居民需求，进而找准规划建设的重点。因此，在下一步共享单车停车设施规划中，可以重点围绕上文数据分析挖掘出的规划重点，即共享单车停放点规划、停放容量规划及停放容量管理三方面内容，优化停车设施的布局，提升共享单车的使用效率和管理效率。

三

共享单车停车设施规划建议

共享单车管理的症结在于重点区域车辆的实时停放和流转速度，因此共享单车停车设施规划主要从停车设施空间布局及容量调配两方面进行考虑(表3)。

（一）停车设施空间布局建议

在共享单车停车设施空间布局方面，由于以TOD模式发展的区域对轨道交通的依赖程度较高，建议在以地铁站点为中心的200m范围内布置集中式的共享单车停放点，且考虑在距离地铁站点600～800m范围内布置分散的共享单车停放点。在市内的成熟发展区域，应综合考虑区域内各空间要素的衔接紧密度。其中，居住、餐饮、商业购物和交通服务4类空间要素聚集地块的规模相对较小，与居民日常生活出行联系紧密，建议在这类空间要素周边100m范围内规划分散、便捷式共享单车停车设施；办公、生活服务、医疗卫生、文教、休闲娱乐和金融保险6类空间要素聚集地块的规模适中，与居民日常生活出行联系较弱，多产生到达目的性强的骑行行为，具有一定的换乘距离容忍度，建议在 200 ～ 300m 范围内采用集中停放的方式布置共享单车停车设施；风景名胜、旅馆和体育3类空间要素聚集地块的规模往往较大，且居民到访频率较低，建议结合经常性出入口合理布局共享单车停车设施。

（二）停车设施容量调配建议

在共享单车停车设施容量调配方面，地铁站点周边区域空间要素聚集的差异性形成了潮汐型和单向型两类骑行行为模式，这是共享单车供给出现时段性和空间性失衡的原因。因此，需要对这些站点的共享单车用量进行再平衡，以提高共享单车系统运行的效率。潮汐型站点需要考虑共享单车早晚高峰的峰值，并对停车设施容量采取合理的调配措施；单向型站点需要根据具体情况及时补充和转移共享单车，以防止站点无车可用和车辆淤积。

在多要素混合影响区域，需要根据不同空间要素的吸引度和衔接度合理布局共享单车停车设施以及进行容量调配，形成定点集中停放和散点分散停放相结合的共享单车停放供给体系，以满足城市中不同区域、不同出行目的的居民的需求。其中，对居住、商业购物、餐饮和交通服务 4 类空间要素周边的共享单车停车设施进行扩容是规划的重点，可考虑与市政设施结合的集约布局方式，如结合公交站房、流动商店和人行导流栏进行共享单车的多种形式、立体式停放 ( 图 10)；办公、生活服务、医疗卫生、文教、休闲娱乐和金融保险6 类空间要素周边的共享单车停车设施容量调配应重点考虑峰值区域及其人流引导和步行通达性，结合用户骑行习惯优化绿道线路，并设置标识明确的指示牌，实现方便的就近停车换乘(图11)；体育、风景名胜和旅馆3类空间要素周边的共享单车停车设施容量调配应多考虑场地主要出入口处的骑行需求，以提高共享单车的使用率。

四

结语

本文基于北京市摩拜单车用户使用数据，利用Python数据分析包、ArcGIS分析平台等工具，分析了共享单车用户骑行行为的时空间特征。采用空间统计方法对比分析了地铁站点和常规公交站点周边共享单车的骑行需求及空间分布特征，以及居住、办公、文教和体育等13类空间要素周边的骑行需求及空间分布特征。研究结果有利于科学指导城市共享单车停车设施规划，规范共享单车停放和调配管理，完善城市公共交通系统。此外，本文运用时空间行为分析方法，从多源开放数据的角度剖析了不同空间要素聚集区共享单车用户骑行行为特征，探索了多源开放数据在城市规划中的应用。

当然，本次研究也存在很多的不足。例如，对城市共享单车停车设施的空间布局和停车设施容量的总体平衡只进行了宏观上的认识与判断，缺乏对影响骑行的城市微观环境设计的讨论；以分类方法进行的空间要素研究，只明确了不同类型空间要素与骑行换乘衔接的紧密程度和吸引骑行行为的强弱程度，缺乏对空间要素个体特征和要素间共同作用机制的研究。由于本次研究仅对共享单车停车设施容量作了定性的初步判断，在后续共享单车停车设施精准容量评估和预测研究中还需进一步结合各类用地出行生成率、骑行出行转化率和自行车周转率等内容进行探讨。此外，在今后空间要素与骑行行为的研究中，可结合街景地图，引入具体街道界面要素，结合问卷调查引入用户社会属性，借助GPS定位系统获取具体骑行路径，从而更深入地了解居民的骑行需求，进行更全面、客观的研究，最终实现共享单车在空间上的优化配置。