張桐源

[摘 要]相對(duì)于傳統(tǒng)的樣本統(tǒng)計(jì)方法，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)城市交通能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，更為客觀便捷，對(duì)于分析城市交通能耗來(lái)源及差異也將更為合理，這對(duì)于優(yōu)化城市交通出行結(jié)構(gòu)，構(gòu)建綠色低碳的出行方式具有積極的作用，也有利于管理部門制定低能耗、低排放的導(dǎo)向性交通政策。

[關(guān)鍵詞]大數(shù)據(jù)；城市交通能耗；差異分析

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2018.04.039

1 引 言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，使信息數(shù)量呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)（城市級(jí)一般在萬(wàn)億字節(jié)以上），“大數(shù)據(jù)”一詞應(yīng)運(yùn)而生，一般認(rèn)為該概念由牛津大學(xué)教Viktor Mayer 最早提出。[1]面對(duì)龐大的數(shù)據(jù)，由于受到采集方法、處理能力等制約，過(guò)去一般只能采用隨機(jī)分析法（抽樣調(diào)查）進(jìn)行分析處理，即所謂“走捷徑”。該方法盡管精確性相對(duì)不高，但面對(duì)數(shù)量大、類型多、價(jià)值密度低的龐大數(shù)據(jù)，卻具有較高的效率和較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，這是與當(dāng)時(shí)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平相適應(yīng)的。

近年來(lái)，隨著數(shù)據(jù)采集手段、處理技術(shù)的快速提高，采集處理成本的大幅下降，使得大數(shù)據(jù)的處理方法得以進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域。大數(shù)據(jù)的研究對(duì)象不再是樣本，而是整個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)，認(rèn)為龐大、混雜、非精確性的數(shù)據(jù)，不是因果關(guān)系，而是相互關(guān)系。將大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與挖掘后，把孤立的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)，能相對(duì)完整描述一個(gè)對(duì)象。正所謂“數(shù)據(jù)挖掘的最高境界就是從數(shù)據(jù)中獲取知識(shí)，輔助科學(xué)決策”。在一些觀察者眼中，大數(shù)據(jù)已成為勞動(dòng)力和資本之外的第三生產(chǎn)力。

近些年，隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，大數(shù)據(jù)已經(jīng)應(yīng)用于各行各業(yè)中，由于云計(jì)算的出現(xiàn)又一次推動(dòng)了大數(shù)據(jù)的發(fā)展。例如，我國(guó)已經(jīng)將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于交通行業(yè)，借助大數(shù)據(jù)使交通更加智能化，也有利于更好地管理交通秩序，監(jiān)控交通能耗與排放。

2 大數(shù)據(jù)在交通領(lǐng)域應(yīng)用情況綜述

隨著信息技術(shù)的更新，各種傳感器、軟件應(yīng)運(yùn)而生，為數(shù)據(jù)的采集提供了可靠的物理保障，使得交通行業(yè)積累了大量的數(shù)據(jù)信息，大型存儲(chǔ)設(shè)備的出現(xiàn)也為海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供了可能，云計(jì)算的出現(xiàn)使數(shù)據(jù)的計(jì)算更加高效，交通行業(yè)的數(shù)據(jù)特征基本符合大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。

由于交通規(guī)劃、研究以及管理的需要，以往每隔5年左右就需要采用抽樣的方法進(jìn)行一次基礎(chǔ)性的居民出行交通調(diào)查，或獨(dú)立進(jìn)行，或結(jié)合人口普查一起進(jìn)行，都需要投入大量的人力、物力、財(cái)力，而且得到的數(shù)據(jù)精確度并不高，而且難以及時(shí)更新，已經(jīng)無(wú)法滿足城市交通日益提高的精細(xì)化規(guī)劃管理需求，而智慧城市、智能交通的發(fā)展對(duì)相關(guān)交通數(shù)據(jù)的精確度和時(shí)效性提出了更高的要求。對(duì)于城市交通來(lái)說(shuō)，大數(shù)據(jù)是發(fā)展的機(jī)遇，對(duì)于大數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，城市交通是發(fā)揮作用的機(jī)會(huì)。

尤其對(duì)于城市交通較為重要的評(píng)價(jià)模型，大數(shù)據(jù)技術(shù)基本可以做到完全真實(shí)，預(yù)測(cè)模型的不確定性也將大幅降低。大數(shù)據(jù)不僅僅應(yīng)用在數(shù)據(jù)的采集處理，其對(duì)整個(gè)城市交通分析技術(shù)體系的影響也是深刻的，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，大數(shù)據(jù)環(huán)境下城市交通分析技術(shù)所完成的是一種將數(shù)據(jù)組織成為信息，從信息提煉特征，從特征變化中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，就對(duì)策進(jìn)行追蹤評(píng)估的信息處理過(guò)程。從信息處理角度來(lái)看，可以劃分為數(shù)據(jù)采集與質(zhì)量控制層、特征提取層、規(guī)律辨識(shí)與分析層和問(wèn)題導(dǎo)向功能綜合層四個(gè)層次，以及通過(guò)功能銜接和信息傳遞實(shí)現(xiàn)的有機(jī)整合。該種大數(shù)據(jù)環(huán)境下基于證據(jù)的決策分析技術(shù)框架，其主要目標(biāo)是提升有機(jī)融合在城市交通戰(zhàn)略、政策、規(guī)劃、建設(shè)、管理和控制等技術(shù)環(huán)節(jié)的戰(zhàn)略調(diào)控過(guò)程的決策效果。[2]

例如，如何落實(shí)城市交通的可持續(xù)發(fā)展理念？也就是說(shuō)如何在盡量減少生態(tài)環(huán)境影響和能源消耗的基礎(chǔ)上，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要？基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以運(yùn)用交通能耗與排放模型，構(gòu)建交通能耗及排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)熱力圖、網(wǎng)格圖等專題圖動(dòng)態(tài)反映燃油量、溫室氣體、污染物等指標(biāo)的空間分布，使得高頻、動(dòng)態(tài)的量化監(jiān)測(cè)得以實(shí)現(xiàn)，能更為準(zhǔn)確地評(píng)估分析能耗與排放的特征，并通過(guò)數(shù)據(jù)融合進(jìn)行反饋。這對(duì)于傳統(tǒng)的靜態(tài)評(píng)估是一種本質(zhì)的提升。

此外，作為城市大系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，交通小系統(tǒng)與大系統(tǒng)之間存在明顯的相互作用影響，尤其是土地與交通、交通與環(huán)境之間。土地開發(fā)對(duì)交通系統(tǒng)產(chǎn)生本源影響，而交通系統(tǒng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響（包括能耗、排放、噪聲、震動(dòng)等）也不斷增強(qiáng)。因此，針對(duì)上述復(fù)雜、多元的影響，進(jìn)行有效的評(píng)估就尤為重要，而大數(shù)據(jù)技術(shù)正是承擔(dān)該項(xiàng)工作的有力手段。例如，在評(píng)估“空間—交通—環(huán)境”相互作用時(shí)，大數(shù)據(jù)對(duì)交通影響評(píng)價(jià)和交通排放監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)輸入與分析平臺(tái)，該平臺(tái)不僅可以為交通管理提供決策支持，為規(guī)劃設(shè)計(jì)和研究提供分析支持，同時(shí)也為居民出行提供信息服務(wù)支持。

3 城市交通能耗來(lái)源

在我國(guó)的統(tǒng)計(jì)體系中一般僅對(duì)“交通運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)及郵電通信業(yè)”的能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將居民出行能耗并入“生活消費(fèi)”或“其他”大類，并不能清晰地反映城市交通能耗的實(shí)際情況。實(shí)際上，交通運(yùn)輸中的能源消耗與總能耗的比例是非常高的。在加拿大，交通運(yùn)輸系統(tǒng)消耗總?cè)加偷?6%，其中絕大部分為汽車運(yùn)輸所消耗；在美國(guó)，交通運(yùn)輸系統(tǒng)消耗總?cè)加偷?60%，其中 73% 為汽車運(yùn)輸所消耗。我國(guó)目前的交通能耗與總能耗的比例還不是很高，燃油消耗中交通所占的比例一般在 30%左右。盡管如此，但隨著道路交通的逐步機(jī)動(dòng)車化，交通系統(tǒng)所占的能源消耗比重將逐年增加。以上海市為例，近10年來(lái)交通運(yùn)輸占全市能源消耗總量的份額平均每年增加2個(gè)以上的百分點(diǎn)。

合理城市交通結(jié)構(gòu)的確立是建立可持續(xù)發(fā)展的城市交通系統(tǒng)的核心，而確立合理的城市交通結(jié)構(gòu)，不但要考慮交通秩序、交通暢通與交通安全，還要在滿足各類居民出行需求的前提下，使交通系統(tǒng)的資源損耗最小，能源消耗最低，環(huán)境污染最少。因此，對(duì)于城市交通能耗來(lái)源以及差異化分析就越來(lái)越重要，傳統(tǒng)的交通數(shù)據(jù)采集與分析手段已經(jīng)無(wú)法滿足多元、動(dòng)態(tài)的交通能耗模型需求，而大數(shù)據(jù)的分析手段也自然成為該項(xiàng)工作的重要工具。

值得特別指出的是，近年來(lái)純電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，對(duì)城市交通能耗來(lái)源及差異分析計(jì)算產(chǎn)生了較大的影響。實(shí)際上，電動(dòng)汽車已經(jīng)有130多年的歷史，只是受限于蓄電池、行駛經(jīng)濟(jì)性等因素而發(fā)展較慢，近年來(lái)隨著相關(guān)技術(shù)的突破發(fā)展，也相應(yīng)進(jìn)入了快速發(fā)展的軌道。相比傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，純電動(dòng)汽車不僅不需要發(fā)動(dòng)機(jī)、油箱、變速器、排氣等系統(tǒng)，而且具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率。endprint

通過(guò)大量車輛對(duì)比能耗的數(shù)據(jù)采集與分析，純電動(dòng)大巴平均百公里能耗約為125千瓦時(shí)，按照我國(guó)《交通運(yùn)輸綜合統(tǒng)計(jì)報(bào)表制度》標(biāo)準(zhǔn)，折算成標(biāo)準(zhǔn)煤為15.4公斤，而傳統(tǒng)柴油大巴為48.3公斤，油電混合動(dòng)力大巴為43.3公斤。對(duì)于純電動(dòng)小汽車，其節(jié)能作用也十分明顯，平均百公里能耗約為3.4公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，而普通小汽車約為10.9公斤。可見(jiàn)，純電動(dòng)汽車的快速發(fā)展對(duì)城市交通能耗與排放的影響是顛覆性的。

此外，我國(guó)城市軌道交通發(fā)展很快，其能耗問(wèn)題的研究也應(yīng)重視。在滿載情況下，常規(guī)公交的單位能耗在各個(gè)運(yùn)行速度水平下，均為軌道交通的4倍以上，能耗之比在4～5之間，可見(jiàn)大力發(fā)展軌道交通這種相對(duì)低能耗的交通方式對(duì)于降低我國(guó)交通能耗水平也尤為重要。

4 案例分析與啟示

大數(shù)據(jù)分析在城市交通能耗與排放的分析、監(jiān)測(cè)、優(yōu)化等方面的應(yīng)用將越來(lái)越重要，包括構(gòu)建交通能耗排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)、24小時(shí)動(dòng)態(tài)熱力圖監(jiān)測(cè)燃油量、溫室氣體、污染物等指標(biāo)等。此外，可以從能源消耗的角度，對(duì)城市交通結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化建議，有利于可持續(xù)發(fā)展交通政策的制定。例如，通過(guò)不同交通工具的設(shè)備特征、客運(yùn)性能、能耗指標(biāo)等大量數(shù)據(jù)的采集、分析與整理，并運(yùn)用居民個(gè)體機(jī)動(dòng)化出行能耗模型得出不同交通方式的能耗數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表明，公共交通的人均能耗僅為私人小汽車的1/4左右，因此，公共交通出行方式比例的提高可以明顯降低城市總體交通能耗水平，同時(shí)交通工具的承載率指標(biāo)也對(duì)交通能耗有著較大的影響。例如在美國(guó)，雖然公共交通比較發(fā)達(dá)，但由于公共交通的使用率較低，人均公交能耗指標(biāo)也相對(duì)較高。

此外，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)不僅是交通出行結(jié)構(gòu)，城市空間布局形態(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口密度、環(huán)境氣候等因素對(duì)交通能耗也有著一定的影響。因此，面對(duì)如何降低城市能耗的課題，必須放到城市大系統(tǒng)中綜合解決。

不少城市在交通大數(shù)據(jù)能耗監(jiān)測(cè)應(yīng)用方面已經(jīng)開始了探索實(shí)踐。例如在北京，利用交通大數(shù)據(jù)較好地解決了能耗數(shù)據(jù)綜合性差、維度單一、可利用率低等問(wèn)題，采用以車輛基礎(chǔ)特征為坐標(biāo)原點(diǎn)的微觀運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，兼容多種發(fā)動(dòng)機(jī)類型，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)能耗的直接感知，監(jiān)測(cè)偏差在3%以內(nèi)（傳統(tǒng)器具的偏差接近20%）。同時(shí)通過(guò)平臺(tái)監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，結(jié)合交通大數(shù)據(jù)技術(shù)，應(yīng)用高分辨率交通能耗仿真技術(shù)和多尺度評(píng)估技術(shù)，初步構(gòu)建了高綜合性、高敏感性的五層次交通能耗綜合評(píng)估模型體系，這成為掌握分析城市交通真實(shí)能耗的重要手段。例如通過(guò)對(duì)APEC會(huì)議以及國(guó)慶閱兵期間交通措施的能耗排放預(yù)測(cè)分析，為政府提供科學(xué)、準(zhǔn)確的能耗排放數(shù)據(jù)，幫助政府積極應(yīng)對(duì)社會(huì)公眾輿情。

還有深圳市，依托每天包括加油站、加氣站、充電樁數(shù)據(jù)，以及手機(jī)百度GPS、公交車GPS、出租車GPS 、騰訊移動(dòng)流量、地磁流量、公交刷卡等近7億條的交通運(yùn)行大數(shù)據(jù)，通過(guò)融合與挖掘，深圳市相繼構(gòu)建一體化多層次交通模型體系、覆蓋全市域的道路交通運(yùn)行指數(shù)系統(tǒng)、交通排放監(jiān)測(cè)平臺(tái)和城市交通仿真系統(tǒng)（關(guān)鍵走廊、樞紐和軌道交通車站等），改進(jìn)交通規(guī)劃技術(shù)支持、增強(qiáng)交通決策管理方法和提升交通信息化服務(wù)水平，有力支撐了該市城市交通發(fā)展[3]，尤其是在踐行大力發(fā)展低能耗、低排放交通工具方面，至2017年底，深圳市將全市近2萬(wàn)臺(tái)公共汽車全部更換為純電動(dòng)大巴。

5 結(jié) 論

城市交通能耗涉及因素眾多，其與城市各要素之間，相互影響、相互制約，數(shù)據(jù)量大，而且數(shù)據(jù)計(jì)算和處理的質(zhì)量要求也較高，因此“大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算”等現(xiàn)代信息技術(shù)，尤其是實(shí)時(shí)、穩(wěn)定的大數(shù)據(jù)計(jì)算和分析能力，將成為城市交通能耗的計(jì)算與分析的重要工具?；诖髷?shù)據(jù)的城市交通能耗特性模型，能夠體現(xiàn)城市交通的本質(zhì)，計(jì)算分析也更為客觀。通過(guò)對(duì)各種交通方式進(jìn)行能耗比較，可以得出能源消耗量較小的出行方式，而人均能源消耗量最小的出行方式則更應(yīng)大力提倡發(fā)展，例如公共交通出行。同時(shí)通過(guò)對(duì)普通能源消耗和新型能源消耗的對(duì)比，有利于交通能源結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋清輝.大數(shù)據(jù)正改變我們的未來(lái)[N].中華工商時(shí)報(bào)，2015-02-27（03版）.

[2]楊東援，段征宇.大數(shù)據(jù)環(huán)境下城市交通分析技術(shù)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2015（1）.

[3]丘建棟，陳蔚，宋家驊，等.大數(shù)據(jù)環(huán)境下的城市交通綜合評(píng)估技術(shù)[J].城市交通，2015（3）.endprint