基于居民出行的低碳交通結構優化研究*

宋丹丹

(河南交通職業技術學院 汽車學院，河南 鄭州 450000 )

近些年，伴隨經濟社會的快速發展，城市交通排放逐年增長，碳排放問題日益凸顯。不同交通方式直接影響城市碳排放量，不斷調整、完善城市交通結構與出行方式，可有效降低城市交通系統的碳排放量。為實現低碳低消耗、綠色可持續發展的經濟發展目標，在保障城市居民正常出行需求的基礎上，優化交通結構、提高城市交通出行效率成為實現城市低碳交通發展目標的基本途徑和關鍵渠道。該文以鄭州市交通碳排放為例，運用基于居民出行的碳排放方法測算交通碳排放量，以低碳交通為目標構建城市交通碳排放優化模型，并利用MATLAB軟件中的Linprog函數完成鄭州交通碳排放優化，為鄭州市交通結構優化提供理論基礎。

1 交通碳排放模型

目前，對于交通碳排放的研究較多。該文采用基于居民出行的碳排放方法，計算模型為：

Fi=D×Ti×Si×Mi

(1)

式中：Fi為第i種交通出行方式的碳排放量(kg)；D為居民總出行量(人)；Ti為第i種交通出行方式的居民出行距離(km)；Si為第i種交通出行方式的分擔率(%)；Mi為第i種交通出行方式的碳排放因子[kg/(人·km)]。

按照式(1)測算鄭州市2017—2019年各種交通出行方式的碳排放量，結果見表1。

表1 鄭州市2017—2019年不同交通出行方式的碳排放量

2 減排目標下交通碳排放優化模型

以交通碳排放量最小為目標函數，即要求在整個出行周期內城市交通碳排放總量最小，將交通出行方式的發展規模、居民出行需求、能源消耗量、出行可達度、環境污染和土地利用等作為約束條件，建立如下城市交通碳排放優化模型：

(2)

式中：F(x)為城市交通碳排放總量(kg)。

約束條件如下：

(1) 滿足交通出行方式的發展規模(不同交通出行方式的周轉上下限)，即：

(3)

(2) 滿足居民出行需求，要求規劃的交通運轉總量大于居民出行需求量，即：

(4)

式中：D為城市居民總出行需求量(人·km)。

(3) 滿足能源消耗量，要求城市交通能源消耗總量不超過能耗限制，即：

(5)

式中：ei為第i種交通出行方式的能耗因子[mJ/(人·km)]；Senergy為城市交通所能承載的能耗限制量(mJ)。

(4) 滿足居民出行可達度，保證居民出行到達目的地的合理性和便捷性，即：

(6)

式中：Vi為居民選擇的第i種交通出行方式的平均速度(km/h)；t為城市居民的平均出行時間(h)；R為城市的等效行駛半徑(km)。

(5) 滿足城市交通環境污染要求，即：

(7)

式中：pi，a為第i種交通出行方式排放的第a種有害氣體的排放因子[g/(人·km)]，a=1表示HC，a=2表示CO，a=3表示NOx；APa為第a種有害氣體的允許排放限值。

(6) 滿足城市交通用地要求，要求交通用地面積符合城市交通用地限制，即：

(8)

式中：li為城市交通中第i種交通出行方式的人均占地面積(m2/人)；LR為城市交通用地限制面積(m2/人)。

3 鄭州市交通碳排放優化

為驗證城市交通結構對交通碳排放的影響，利用交通出行結構優化模型對鄭州市城市交通結構進行優化。以《鄭州市統計年鑒2019》、城市交通運行等相關數據為基礎數據，各參數取值見表2～8。

表2 不同交通出行方式的碳排放因子 kg/(人·km)

在城市交通低碳排放的目標下，采用MATLAB中Linprog函數對優化模型進行求解，得出優化后各種交通出行方式的周轉量：私家車為100.047 8 億人·km/年，出租車為15.558 1 億人·km/年，公交車為55.638 9 億人·km/年，軌道交通為60.122 8 億人·km/年。優化前后不同交通方式的周轉量、分擔率對比見圖1、圖2。從中可見，優化后私家車所占交通出行比例明顯減少，公交車所占比例略有降低，而軌道交通、出租車等公共交通出行方式的占比增幅明顯。

表3 不同交通出行方式下各有害氣體的排放因子 kg/(人·km)

表4 城市交通有害氣體限值 萬t/(年·km2)

表5 不同交通出行方式的占地面積 m2/人

表6 居民選擇不同交通方式的出行距離 km

表7 不同交通出行方式的周轉量 億人·km/年

圖1 優化前后不同交通出行方式周轉量對比

圖2 優化前后不同交通出行方式分擔率對比

如表9所示，優化后交通碳排放總量降低。可見，優化城市交通出行結構，大幅增加軌道交通出行比重，保持公共交通與出租車現有水平，大大減少私家車出行，可有效降低鄭州市交通碳排放量。

表9 優化前后不同交通出行方式的碳排放量 萬t

4 減排措施

4.1 大力發展公共交通，倡導低碳出行

根據上述交通結構優化結果，應繼續大力發展城市公共交通。根據表2，私家車的碳排放因子為0.146 9 kg/(人·km)，軌道交通的碳排放因子僅為0.017 6 kg/(人·km)，不斷降低私家車比重，增加公共交通特別是軌道交通占比，可有效降低城市交通碳排放量。可通過合理布局、大力發展軌道交通，并鼓勵居民優先選擇公共交通出行，減少私家車運行比重，降低鄭州市交通碳排放。

4.2 改善路網結構，緩解路段擁堵，減小出行距離

提高路網規模，改善路網結構，延長公共交通運行線路，擴大公共交通規模，改善路段擁堵，提高城市公共交通運行能力和服務質量，這些都能有效改善居民出行滿意度，讓更多的人更愿意選擇公共交通出行。

4.3 制定符合城市交通自身特點的交通政策

有效的交通管理政策的制定能促使城市交通優化效果的更好發揮，其前提是根據實際交通發展狀況和發展階段來實施。如限行、限購等措施，如果單一地只是限行政策，可能會促使經濟條件好的家庭購買第二輛車；限購只是在短時間內降低了私家車的增長，暫緩了路段擁堵和交通碳排放，并未從根本上解決居民的出行需求和意愿。建議根據實際交通資源配置情況，統籌各方面配套政策與需求，以取得較好的交通出行優化效果。

5 結語

基于交通減排目標優化城市交通出行結構可有效降低城市交通碳排放。通過對鄭州城市交通結構進行優化研究與實證分析，提出大力發展公共交通、倡導低碳出行，改善路網結構、緩解路段擁堵、減小出行距離，制定符合城市交通自身特點的交通政策等措施建議，為發展鄭州市低碳交通提供借鑒。