宋丹丹

(河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車學(xué)院，河南 鄭州 450000 )

近些年，伴隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，城市交通排放逐年增長(zhǎng)，碳排放問(wèn)題日益凸顯。不同交通方式直接影響城市碳排放量，不斷調(diào)整、完善城市交通結(jié)構(gòu)與出行方式，可有效降低城市交通系統(tǒng)的碳排放量。為實(shí)現(xiàn)低碳低消耗、綠色可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，在保障城市居民正常出行需求的基礎(chǔ)上，優(yōu)化交通結(jié)構(gòu)、提高城市交通出行效率成為實(shí)現(xiàn)城市低碳交通發(fā)展目標(biāo)的基本途徑和關(guān)鍵渠道。該文以鄭州市交通碳排放為例，運(yùn)用基于居民出行的碳排放方法測(cè)算交通碳排放量，以低碳交通為目標(biāo)構(gòu)建城市交通碳排放優(yōu)化模型，并利用MATLAB軟件中的Linprog函數(shù)完成鄭州交通碳排放優(yōu)化，為鄭州市交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。

1 交通碳排放模型

目前，對(duì)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(jì)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(dān)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(cè)算鄭州市2017—2019年各種交通出行方式的碳排放量，結(jié)果見(jiàn)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(biāo)下交通碳排放優(yōu)化模型

以交通碳排放量最小為目標(biāo)函數(shù)，即要求在整個(gè)出行周期內(nèi)城市交通碳排放總量最小，將交通出行方式的發(fā)展規(guī)模、居民出行需求、能源消耗量、出行可達(dá)度、環(huán)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(yōu)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(fā)展規(guī)模(不同交通出行方式的周轉(zhuǎn)上下限)，即：

(3)

(2) 滿足居民出行需求，要求規(guī)劃的交通運(yùn)轉(zhuǎn)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(guò)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(dá)度，保證居民出行到達(dá)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(shí)間(h)；R為城市的等效行駛半徑(km)。

(5) 滿足城市交通環(huán)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(yōu)化

為驗(yàn)證城市交通結(jié)構(gòu)對(duì)交通碳排放的影響，利用交通出行結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型對(duì)鄭州市城市交通結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。以《鄭州市統(tǒng)計(jì)年鑒2019》、城市交通運(yùn)行等相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，各參數(shù)取值見(jiàn)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(biāo)下，采用MATLAB中Linprog函數(shù)對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得出優(yōu)化后各種交通出行方式的周轉(zhuǎn)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(yōu)化前后不同交通方式的周轉(zhuǎn)量、分擔(dān)率對(duì)比見(jiàn)圖1、圖2。從中可見(jiàn)，優(yōu)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(wàn)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(zhuǎn)量 億人·km/年

圖1 優(yōu)化前后不同交通出行方式周轉(zhuǎn)量對(duì)比

圖2 優(yōu)化前后不同交通出行方式分擔(dān)率對(duì)比

如表9所示，優(yōu)化后交通碳排放總量降低?？梢?jiàn)，優(yōu)化城市交通出行結(jié)構(gòu)，大幅增加軌道交通出行比重，保持公共交通與出租車現(xiàn)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(yōu)化前后不同交通出行方式的碳排放量 萬(wàn)t

4 減排措施

4.1 大力發(fā)展公共交通，倡導(dǎo)低碳出行

根據(jù)上述交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果，應(yīng)繼續(xù)大力發(fā)展城市公共交通。根據(jù)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?？赏ㄟ^(guò)合理布局、大力發(fā)展軌道交通，并鼓勵(lì)居民優(yōu)先選擇公共交通出行，減少私家車運(yùn)行比重，降低鄭州市交通碳排放。

4.2 改善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，緩解路段擁堵，減小出行距離

提高路網(wǎng)規(guī)模，改善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)公共交通運(yùn)行線路，擴(kuò)大公共交通規(guī)模，改善路段擁堵，提高城市公共交通運(yùn)行能力和服務(wù)質(zhì)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(diǎn)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(yōu)化效果的更好發(fā)揮，其前提是根據(jù)實(shí)際交通發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展階段來(lái)實(shí)施。如限行、限購(gòu)等措施，如果單一地只是限行政策，可能會(huì)促使經(jīng)濟(jì)條件好的家庭購(gòu)買第二輛車；限購(gòu)只是在短時(shí)間內(nèi)降低了私家車的增長(zhǎng)，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(jù)實(shí)際交通資源配置情況，統(tǒng)籌各方面配套政策與需求，以取得較好的交通出行優(yōu)化效果。

5 結(jié)語(yǔ)

基于交通減排目標(biāo)優(yōu)化城市交通出行結(jié)構(gòu)可有效降低城市交通碳排放。通過(guò)對(duì)鄭州城市交通結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究與實(shí)證分析，提出大力發(fā)展公共交通、倡導(dǎo)低碳出行，改善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、緩解路段擁堵、減小出行距離，制定符合城市交通自身特點(diǎn)的交通政策等措施建議，為發(fā)展鄭州市低碳交通提供借鑒。