張贇興 薛丁楠

（長安大學(xué)，陜西 西安710064）

1 概述

1.1 研究背景

在2021 年的政府工作報告中，李克強總理提出了要扎實做好碳達(dá)峰、碳中和各項工作，制定了在2030 年之前碳排放達(dá)峰的行動方案。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，交通運輸行業(yè)的碳排放量約占全球碳排放量的25%左右，位列所有行業(yè)中的第二名。在交通運輸具體領(lǐng)域內(nèi)，道路運輸業(yè)碳排放量占整個行業(yè)的77.5%，鐵路運輸占比0.2%，民航運輸占比11.2%，海運占比為10.7%。[1]而城市居民的出行在交通領(lǐng)域貢獻(xiàn)了很大一部分的碳排放量，減少居民出行鏈中的碳排放量目前的研究尚少而且通常為傳統(tǒng)方式進(jìn)行研究。

1.2 低碳交通

低碳交通是指以降低交通運輸行為的溫室氣體排放為目標(biāo)的低能耗、低排放的交通運輸方式，是低碳經(jīng)濟(jì)在交通領(lǐng)域的一種實現(xiàn)方式。其中的“碳”主要指的是二氧化碳?xì)怏w，除此之外還包括氧化亞氮、氫氟碳化物、甲烷等氣體。二氧化碳作為一種溫室氣體，它增溫效應(yīng)高，處理難度大，對氣候變化的影響是最大的，因此越來越多的國家倡導(dǎo)綠色出行，低碳交通，要把居民出行與碳排放強度調(diào)節(jié)至一種和諧的狀態(tài)，降低溫室氣體的排放。

1.3 出行鏈

在以往的研究中，許多學(xué)者對出行鏈進(jìn)行了不同的定義：

表1 不同學(xué)者對出行鏈定義表

由以上表格可得，學(xué)者對出行鏈定義得理解主要分為兩種：一類為“人們?yōu)橥瓿梢豁椈蚨囗椈顒?，按照一定的順序進(jìn)行活動并返回初始點的過程”。此定義主要強調(diào)出發(fā)點與終點為同一地點，即出行鏈為一個閉合鏈，并且有些定義中強調(diào)該出行鏈的時間單位為一天。另一類為“人們?yōu)榱送瓿梢豁椈蚨囗椈顒?，按照一定的順序相互連接的出行”，此定義沒有規(guī)定出發(fā)點是否與終點相同，也沒用對出行的時間單位進(jìn)行限制。

本文采用的出行鏈定義為：出行鏈?zhǔn)菫橥瓿梢豁椈蚨啻位顒?，按照一定的順序連接完成的出行。

1.4 MaaS 系統(tǒng)概述

MaaS 是近些年來飛快發(fā)展的一個新的交通理念——“出行即服務(wù)（Mobility as a service）”，其在共享經(jīng)濟(jì)方面具有極大的潛力。MaaS 的使用主要可以總結(jié)為五個步驟[7]：a.注冊并選擇出行服務(wù)模式;b.出行規(guī)劃;c.預(yù)定;d.使用MaaS 服務(wù);e.向MaaS 支付服務(wù)。同時其具有四個明顯的特征，即一體化、共享化、人性化、低碳化。這些特征實現(xiàn)了交通出行這一基礎(chǔ)活動與現(xiàn)代社會科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展趨勢的良好契合，必將成為新型出行方式的引領(lǐng)者。尤其是在全球環(huán)境惡化，交通碳排放量逐漸增多的背景下，在交通領(lǐng)域控制碳排放，減少居民出行鏈的中的碳排放，可以利用率該系統(tǒng)的優(yōu)點，即在用戶使用MaaS 的時候，第一步就利用算法對系統(tǒng)最優(yōu)的線路進(jìn)行優(yōu)先推薦，作為出行的解決方案。

2 研究方案

2.1 研究思路

相對比與傳統(tǒng)的解決低碳出行的方式來說，大部分是通過降低需求，增加出行成本來減少城市居民出行需求，來達(dá)到減少碳排放的目的。這樣的做法具有一定的效果，但對城市居民的出行也會產(chǎn)生一些困擾，并且居民出行鏈中每一階段選擇何種交通工具也具有不可預(yù)測性。MaaS 系統(tǒng)作為一種新興的共享出行的方法可以很好的解決該問題。由于目前國內(nèi)還沒有完全搭建成體系的MaaS 系統(tǒng)，所以本文認(rèn)為在用戶使用，需要進(jìn)行路線的推薦時，可以增加建立一個模型，在對不同出行方式的費用、時間、碳排放量進(jìn)行優(yōu)化，采用多目標(biāo)優(yōu)化的方法，使MaaS系統(tǒng)的綠色出行、經(jīng)濟(jì)出行的效果達(dá)到最優(yōu)。

2.2 模型構(gòu)造

2.2.1 碳排放量的計算

對于城市居民來說，出行的時間和費用在現(xiàn)有的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下都可以進(jìn)行很好的預(yù)測，但碳排放量不易進(jìn)行計算，根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料，計算碳排放量的方法有IPPC 法、基于出行方式計算法、基于居民出行的碳排放計算法和基于機(jī)動車行駛距離法[8]。

出于對計算準(zhǔn)確性和簡便性的考慮，將每個個體出行鏈中各段的碳排放量之和作為居民出行的碳排放量。

具體計算公式如下：

其中：Cij——個體i 第j 段出行產(chǎn)生的碳排放量，am為對應(yīng)的碳排放因子，Lij為出行距離，Ti為個體i 出行鏈產(chǎn)生的碳排放總量。根據(jù)已有的對碳排放因子的研究，結(jié)合西安市具體的關(guān)于軌道交通和公共交通使用人數(shù)的具體實際情況，對碳排放因子進(jìn)行修正。給出對應(yīng)的碳排放因子如表2。

表2 出行碳排放因子

2.2.2 模型搭建

假設(shè)個體出行軌跡如圖1 所所示，其中O 為居民出行鏈的起始點，A,B,……,N 為出行鏈中每一階段的目的地，D 為最終到達(dá)地，1,2,……,m 分別為每一階段可選擇的交通工具，每一條連接線上有對應(yīng)的時間權(quán)重，費用權(quán)重以及碳排放權(quán)重。在現(xiàn)有的MaaS 系統(tǒng)中推薦的即為一整條出行鏈，如何在出行過程中保證較低的碳排放，同時不影響居民的出行體驗是該模型要解決的問題。

圖1 出行鏈軌跡圖

在上述問題中，要達(dá)到系統(tǒng)的整體最優(yōu)，推薦出一條最合理的出行鏈，其目標(biāo)主要有時間最少，費用最少，碳排放最少，可以描述為以下模型：

約束條件為：

其中，式（1）表示兩個節(jié)點之間之選擇一種出行方式，式（2）表示決策變量選用0-1 變量。在LINGO 軟件中用回歸法可以解出模型答案。

2.2.3 模型求解

采用逐步回歸法對該模型進(jìn)行求解，逐步回歸法選擇變量的過程包含兩個基本的步驟，一是從回歸模型中剔除經(jīng)檢驗不顯著的的變量，二是引入新變量到回歸模型中。

具體步驟如下：

2.3 模型應(yīng)用

基于現(xiàn)在國內(nèi)外關(guān)于MaaS 架構(gòu)的研究，整個出行服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。其中用戶服務(wù)層主要包括六個主要構(gòu)成部件。分別為聯(lián)程聯(lián)運線路規(guī)劃、出行票務(wù)預(yù)訂、指揮票務(wù)通行、聚合系統(tǒng)支付、行程訂單管理系統(tǒng)、積分兌換系統(tǒng)。本文著手的地方為聯(lián)程聯(lián)運線路規(guī)劃這一部分，在實現(xiàn)基于選擇的多種交通方式出行方案查詢與出行鏈信息訂閱服務(wù)中，將碳排放作為一個因素考慮到最后的輸出結(jié)果中并進(jìn)行優(yōu)先推薦。通過AI+出行深度融合，提供更加多的出行方案，使用戶由一定的自足選擇權(quán)利，有條件的情況下，可以通過廣為宣傳或者政策手段，對采用有限推薦路線的用戶進(jìn)行適當(dāng)?shù)莫剟睿瑢崿F(xiàn)共享經(jīng)濟(jì)下的低碳交通發(fā)展新模式。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖[9]

3 結(jié)論

本文基于MaaS 系統(tǒng)提出了一種新的低碳交通實現(xiàn)模式，即在MaaS 系統(tǒng)迅速發(fā)展的前提下，將碳排放量這一因素添加到同出行時間、出行費用等常規(guī)因素同等地位的條件下。通過在聯(lián)程聯(lián)運線路規(guī)劃過程中增加一個數(shù)學(xué)模型，來實現(xiàn)出行鏈上費用、時間、碳排放量系統(tǒng)的最優(yōu)，并給出推薦方案。這樣進(jìn)一步豐富了MaaS 系統(tǒng)，更加的體現(xiàn)出該系統(tǒng)人性化的特點，同時可以有效地降低居民出行鏈中的碳排放量，對于節(jié)能減排，實現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”等目標(biāo)都具有良好的效果。