基础设施与出行模式之间的不匹配，制约了公众对公共电动汽车充电桩的有效获取

《Sustainable Cities and Society》：Misalignment between infrastructure and mobility patterns constrains effective access to public EV charging

　　

摘要电动汽车充电与汽油加油存在根本性差异：它需要20分钟至一小时以上，从而将可达性从空间问题转变为受日常活动、活动选择与社会情境所塑造的问题。本文利用28,000个公共充电站数据和来自20个美国大都市区3500万设备的聚合移动记录，将到访型可达性定义为在日常活动（如购物或用餐）期间遇到充电桩的可能性。结果显示存在一种"邻近性—可达性悖论"：低收入及少数族裔社区虽然距离充电桩更近，但实际遇到它们的频率却更低；在距离型与到访型可达性之间，收入系数的中位数从?0.26转变为＋0.04。高收入社区的活动路线不仅与充电桩位置更为匹配，而且其到访集中在支持较长停留时长的场所，从而为将活动到访转化为充电机会创造了更大潜力。基于移动的社会隔离进一步加剧了这些不平等，种族与收入隔离程度越高，充电接触机会便低18%至37%。反事实模拟表明，若要在这些服务不足的地区弥合接触差距，将需要对其活动路线进行不成比例的调整：要么将中位出行距离增加超过7公里才能达到可比接触水平，要么选择最近的可替代方案时中位距离也需增加2.6公里。这些发现表明，可持续的充电基础设施部署应将充电机会嵌入与日常活动在时间上兼容的活动之中，同时解决限制可及性的社会障碍。若忽略行为与社会维度，基于邻近性的部署策略有强化既有基础设施接触不平等的风险，并阻碍实现可持续城市未来所必需的电动汽车普及。

引言向电动出行的转型代表着城市交通系统中最重大的变革之一，其影响远超排放削减，将重塑城市功能与基础设施投资的受益者分布。电动汽车（EV）的普及正在全球范围内持续加速，2025年第一季度销量同比增长10%，并预计主要市场将保持持续扩张（IEA, 2025）。然而，这种增长并未得到基础设施发展的同步跟进。在美国，公共充电容量仍低于每辆电动轻型车辆1.5千瓦（IEA, 2025），这使车辆部署与支撑所需基础设施之间的差距不断拉大。这种失衡对城市可持续性构成特别挑战，因为对充电基础设施的接触本身已被证明能推动电动汽车普及（Jordan et al., 2025），这意味着充电接触机会有限的群体更不可能购买电动汽车，进而进一步降低了政策在其社区投资的激励。

电动汽车充电的本质与常规加油存在根本差异，这对基础设施规划具有深远影响。加油站作为短暂、目的明确的停留点，而公共充电即使采用快充技术也需持续20分钟至一小时以上（美国交通部, 2023）。这一延长时长将充电从一项独立的差事转变为必须嵌入日常活动的行为。驾驶人并非简单地寻找最近的可用充电桩，而是寻找其本来打算停留之处的充电桩。研究一致表明这种行为模式：电动汽车用户偏好靠近餐厅和零售场所的站点（Anderson et al., 2018, Burroughs et al., 2021, Gazmeh, Hamim et al., 2024），愿意为充电期间可使用便利设施支付溢价（Sheldon et al., 2019），也愿意绕道前往与所需活动共址的站点（Guo et al., 2022, Lei et al., 2022）。这些偏好会随着电动汽车拥有经验的增加而增强（Bhat et al., 2024），同时邻近充电基础设施的企业报告其客流量和消费者支出均出现可测量的增长（Babar and Burtch, 2024, Lamontagne et al., 2025, Zheng et al., 2024）。因此，充电基础设施的功能是一个依附于主要活动选择的次要决策点，而非独立目的地。

这种行为现实与传统基础设施规划方法形成了根本张力。可达性——定义为人们抵达机会和服务的便利程度——长期以来被公认为交通研究中的核心关切（Geurs and Van Wee, 2004, Levinson and Wu, 2020）。传统可达性框架将该概念分解为土地利用、交通、时间和个体等组成部分（Geurs & Van Wee, 2004），承认仅靠邻近并不能保证实际可达。时空地理视角进一步强调，可达性源于空间机会与个人活动日程及移动限制的交汇（Kwan, 1998）。当应用于电动汽车充电时，这些框架表明基础设施选址不仅需与人们居住之处匹配，还需与他们前往之处及停留时长相匹配。如果居民日常活动中很少造访邻近该站点的地点，或其造访时间过短无法容纳实质充电，那么住宅步行距离内的充电站便提供不了多少实用价值。

尽管存在这些理论洞察，当前公共充电基础设施的部署策略主要依赖基于距离的指标（Gazmeh, Guo & Qian, 2024）。规划方法通常在人口中心固定半径内统计站点数量，隐含地假设地理邻近可直接转化为可用的可达性（Esmaili et al., 2024, Geurs and Van Wee, 2004）。这一假设忽视了充电行为的依赖活动特性，并冒着复制美国交通系统历史特征的基础设施不平等的风险（Aiello et al., 2025, Archer, 2020）。当基础设施基于人们居住之处而非前往之处选址时，即使名义上附近存在等效的基础设施，具有不同移动模式的社区也可能经历截然不同的实际可达水平。其结果是充电站空间分布与实际接触并使用它们的群体之间可能脱节。

不断扩大的研究文献已考察充电基础设施分布的公平性。早期研究通过静态的、基于居住的指标衡量可达性，统计普查单位固定距离内的站点并将密度与社会人口特征相关联。这些研究发现了显著差异：加州以黑人和西班牙裔为主的社区获得公共资助充电桩的概率只有约一半（Hsu & Fingerman, 2021），纽约市记录了类似模式（Khan et al., 2022），一项全国分析估计不利社区的人均公共站点数量显著少于非不利区域（Yu et al., 2025）。机器学习方法被用于在县级构建公平指数（Roy & Law, 2022），政策分析发现线路存在而非公平考量最能预测全国范围的站点选址（Carlton & Sultana, 2024）。系统综述编目了这些跨人口群体和地理尺度的持续差距（Carlton and Sultana, 2023, Wani et al., 2024）。第二类方法学通过基于重力的模型和两步移动搜索法模型纳入了供给侧约束，按充电桩容量和竞争需求对可达性加权（Esmaili et al., 2024, Li et al., 2022, Liu et al., 2025）。这些按容量加权的方法通过考虑拥堵和服务区重叠改进了简单的距离计数，但仍然将需求锚定在居住地点。基于优化的研究则在这些框架基础上提出平衡效率与分配公平的选址策略，包括针对多层住宅周边路侧站的预先规划（Guo & Wang, 2023）以及数据驱动的公平选址方法（Loni and Asadi, 2023, Nazari-Heris et al., 2022）。尽管这些方法日趋复杂，但它们共享一个共同局限：从人们居住之处而非前往之处评估充电可达性。

较新的研究通过联系充电可达性与活动模式及移动行为开始解决这一局限。以机会为中心的可达性指标衡量人们在开展日常活动的位置而非其住宅处的充电可用性，并证明围绕居住距离设计的公平导向部署策略在通过活动视角评估时反而会产生最不公平的结果（Gazmeh, Guo & Qian, 2024）。基于旧金山湾区合成移动轨迹构建的轨迹整合可达性指标进一步表明，充电可达性中的种族差异源于基础设施地理和日常移动模式的差异（Ju et al., 2025）。互补工作利用真实的充电会话数据识别由地点和社会人口因素驱动的站点使用率空间异质性（Hamim et al., 2026），而通勤模式分析表明战略性地将工作场所充电桩选址可以显著减少可达性差异（Wang et al., 2026）。这些研究共同标志着从基于居住向基于活动的充电可达性概念转变。然而，重要空白依然存在。以机会为中心的框架衡量充电基础设施如何围绕活动地点分布，但没有追踪特定群体在日常活动中如何实际穿越这些地点，留下基础设施选址与实际移动模式之间的关联未被考察。轨迹整合方法捕捉了沿个体路径与充电基础设施的时空共现，但依赖于从人口普查和通勤统计数据为单一城市地区生成的合成移动轨迹，并且衡量与充电桩邻近的小时数而不评估特定活动地点的造访时长是否与不同类型充电桩的充电需求兼容。站点利用研究捕捉谁在充电但不捕捉谁有机会充电。此外，即使这些活动感知框架将目的地视为空间定义的位置，也不考虑人们造访地点的社会情境。大规模移动研究显示，经历型隔离——即人们在日常活动中造访地点的人口构成——往往与居住隔离明显不同，且本身塑造着出行行为（Moro et al., 2021, Nilforoshan et al., 2023, de la Prada and Small, 2024）。基础设施选址因此不仅影响谁能抵达服务，还影响谁在此过程中遇到谁（Liao et al., 2025），这在充电可达性文献中仍是一个未被考察的维度。

我们通过引入一个到访型可达性框架来解决这些空白，量化在日常活动中遇到公共充电站（PCS）的可能性。利用来自20个美国城市地区3500万台移动设备的聚合移动数据，我们构建了基于观测出行行为而非居住邻近或总体造访模式的充电可达性指标。与在人口普查块组层面使用兴趣点客流量运作的以机会为中心方法（Gazmeh, Guo & Qian, 2024），或基于单城市地区使用合成轨迹的轨迹方法（Ju et al., 2025）不同，我们的框架从全国样本城市的观测移动中捕捉个体层面的造访模式。这种方法使得传统基于距离的可达性（衡量人们居住在离充电桩多近的距离）与到访型可达性（捕捉人们日常活动带他们接近充电桩的频率）之间的直接比较成为可能。我们使用地理加权回归将这些可达性模式与社会人口特征联系起来，以捕捉全局模型会掩盖的关系的空间异质性。我们进一步考察移动模式中的种族与收入隔离如何与充电接触相关，量化获取基础设施可能施加的额外社会距离。最后，我们进行反事实模拟以评估欠服务社区要实现充电接触公平需要哪些行为调整，以及在出行距离或社会孤立方面的代价。

本分析产生若干贡献。第一，我们记录了一个邻近性—可达性悖论。低收入和少数族裔社区往往居住得更靠近公共充电站，却在日常活动中更少遇到它们。这一发现挑战了地理邻近确保实际可达的假设，并表明传统选址指标可能高估了脆弱人口的基础设施可用性。第二，我们发现时间兼容性很重要。高收入社区不仅造访更多有邻近充电桩的地点，还花更多时间在这些地点，从而能够更大程度地将充电邻近性转化为充电机会。第三，我们表明基于移动的社会隔离与减少的充电接触相关，与典型接触模式的更大偏离与造访邻近充电基础设施地点的可能性降低18%至37%相关。第四，我们的反事实分析表明，实现充电可达性公平将使欠服务群体需要不成比例的调整，包括大幅延长的出行距离或对不熟悉社会环境的接受。这些发现表明，充电基础设施的可持续部署不仅需要关注空间覆盖，还需要与多样化城市人口的活动模式和社会情境相协调。

本文其余部分安排如下：第2节描述城市地区和数据来源；第3节详细说明可达性指标、回归框架、隔离测量和模拟方法；第4节呈现关于邻近性—可达性悖论、时间兼容性、隔离模式和反事实结果的发现。

第5节推导了对基础设施规划的启示，并以局限性和未来研究方向作为结论。

**研究区域**

本研究聚焦于截至2024年1月按公共充电站（PCS）数量排名前20的美国大都市区，这些区域共有28,762座充电站，占全国大都市区内58,321座充电站的49.3%。所选区域涵盖多样化的地理、经济和人口背景，从拥有5,232座充电站的加利福尼亚州洛杉矶到拥有611座充电站的纽约州奥尔巴尼不等。大都市区边界遵循美国人口普查局的划定标准。

**可达性指标**

我们采用两个互补的指标来量化充电可达性，既捕捉基础设施的空间分布特征，也反映其与人口层面出行模式的匹配程度。

**邻近性-可达性悖论**

我们首先考察两个可达性指标在20个大都市区中的分布情况。图2展示了基于距离和基于出行的充电可达性密度。在基于距离的可达性方面，中位数从佐治亚州亚特兰大的0.57到加利福尼亚州圣何塞的9.47不等，反映了站点密度方面的差异——圣何塞每平方英里有6.0座站点，而亚特兰大仅有0.56座。在基于出行的可达性方面，中位数从德克萨斯州达拉斯的0.18到……

**研究发现的背景意义**

本研究记录的邻近性-可达性悖论重新定义了充电接入差异的衡量和解读方式。以往关于充电基础设施分布的研究主要依赖空间邻近性或覆盖范围类指标（Esmaili等，2024年；Khan等，2022年；Li等，2022年），研究结论参差不齐。部分研究报告低收入和少数族裔社区附近的充电站较少（Khan等，2022年），而另一些研究则记录了在密度较高的城市地区具有更高的邻近性。

**CRediT作者贡献声明**

Hossein Gazmeh：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，可视化，验证，软件，方法论，调查研究，形式化分析，概念化构思。

Xinwu Qian：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，指导，资源，项目管理，方法论，调查研究，资金获取，形式化分析，数据管理，概念化构思。

Mario L. Small：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，可视化，方法论，调查研究。

**未引用参考文献**

Alexander（2022），Chakraborty等（2019），Hardman等（2018）

**利益冲突声明**

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。

**致谢**

作者感谢（隐藏）对本论文所述研究的支持。然而，本研究的发现与结论完全由作者负责。

Hossein Gazmeh | Xinwu Qian | Mario L. Small | Qi Wang | Yuntao Guo

莱斯大学土木与环境工程系，美国得克萨斯州休斯顿，邮编77005