楊　婧　苗　壯

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司　貴陽　550081)

基于交通污染控制的多車型發(fā)展問題研究

楊婧苗壯

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要針對汽車車型種類日益繁多，交通污染日益嚴(yán)重的問題，目前劃分車型的依據(jù)多而雜。文中從汽車能源的角度劃分車型，提出根據(jù)控制車型的擁有量來控制二氧化碳的排放,并建立模型計(jì)算碳排放量。從能源與環(huán)保角度，提出發(fā)展新型能源汽車，尤其是純電動(dòng)汽車，是必然的趨勢，并給出了控制多車型發(fā)展的建議。

關(guān)鍵詞碳排放多車型排污控制純電動(dòng)汽車

隨著城市發(fā)展快速化，人均GDP逐年遞增，機(jī)動(dòng)車保有量也急劇增加(見表1)，汽車排污已成為空氣污染的重要來源。

表1　2004～2012年中國汽車保有量

目前，汽車使用燃料仍以汽油為主，未來一段時(shí)期內(nèi)，如果沒有相應(yīng)政策措施的調(diào)控，汽油需求量將會(huì)持續(xù)增長，由汽車排放導(dǎo)致的溫室氣體和污染物也會(huì)持續(xù)增長。為通過節(jié)能減排實(shí)現(xiàn)低碳城市發(fā)展目標(biāo)，施曉清等[1]指出傳統(tǒng)汽油車向新能源汽車的轉(zhuǎn)型是一項(xiàng)重要的舉措，其中電動(dòng)汽車因其節(jié)能減排的優(yōu)勢將在這次轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用，并分析了電動(dòng)汽車碳減排潛力和影響因素；另外，由于石油資源的不可再生性，發(fā)展新型能源汽車是必然的趨勢。許光清等[2]提出控制中國汽車交通的燃油消耗和溫室氣體排放的一系列政策。就汽車減排與能源問題而言，主要從上述2個(gè)方面研究較多。但是，任何事物的轉(zhuǎn)型或過渡都有一定的階段，不可能短期內(nèi)讓所有汽油汽車消失，轉(zhuǎn)而全部用新型能源汽車替代，在此過程中相關(guān)部門如何先行決策控制好各種能源燃料汽車的比例，成為一個(gè)重要問題。

3結(jié)語

在進(jìn)行交通規(guī)劃管理時(shí)，通過計(jì)算路邊停車對路段交通流造成的延誤影響，能更準(zhǔn)確地確定路段的服務(wù)水平，從而進(jìn)行有效的交通規(guī)劃及管理。本文針對雙向4車道城市道路采用路邊橫向停車方式的情況進(jìn)行分析，根據(jù)路邊停車對交通流產(chǎn)生的影響及交通波理論，對路段車流的延誤時(shí)間和排隊(duì)長度建立了相應(yīng)的模型并進(jìn)行了簡單的計(jì)算及驗(yàn)證。該模型對研究路段服務(wù)水平，確定路邊停車對交通流的延誤影響有著重要意義，并為是否允許路邊停車的實(shí)施提供依據(jù)。

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1碳排放計(jì)算方法

交通污染碳排放計(jì)算方法主要有：因素分解法、模型分析法、投入產(chǎn)出法和生命周期評價(jià)。其中，因素分解法對數(shù)據(jù)來源的充足性和準(zhǔn)確性依賴較大，容易造成因素不完全分解；投入產(chǎn)出法主要反映經(jīng)濟(jì)對環(huán)境的影響；生命周期評價(jià)要求獲悉原始數(shù)據(jù)，否則產(chǎn)生不準(zhǔn)確可能性較大。燃料碳排放模型對數(shù)據(jù)要求不高，適用于計(jì)算某交通工具使用過程中的碳排放，方法簡便易于實(shí)現(xiàn)，結(jié)果能夠真實(shí)反映由于消耗燃料產(chǎn)生的碳排放。因此，本文選擇排放模型方法計(jì)算碳排放量。具體模型如下。

式中：EM,j為M類污染物j類車型的年排放總量；ρM,j為M類污染物j類車型的排放因子；QN,j為j類車型第N年的汽車擁有量；l為年平均行駛里程。

2多車型共存的排污控制

2.1多車型共存的排污控制模型

假設(shè)共有J種車型，第N年汽車擁有量為QN，根據(jù)上述排污計(jì)算模型，為達(dá)到低碳目的，使總的排污量最小，得到系統(tǒng)優(yōu)化模型。

此問題為線性規(guī)劃問題，可用單純形法求解。在多種車型共存，逐漸向新能源汽車過渡的階段可獲得各種車型的控制量，以達(dá)到排污最小化的目的。

2.2車型分類標(biāo)準(zhǔn)

車型分類目前尚沒有整齊、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于多車型與交通問題相聯(lián)系的研究中，國內(nèi)學(xué)者劉偉銘等[3]率先提出將車型分類進(jìn)行收費(fèi)，并證明其必要性；李學(xué)遷等[4]提出污染稅和擁擠稅的多車型收費(fèi)策略，但都只是粗略地將車型劃分為車型1、車型2；李鐵柱[5]在其研究展望中指出汽車車型種類日益繁多，燃料結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，目前車型劃分的方法和車型種類過于單一，應(yīng)當(dāng)將車型劃分與車用燃料類型結(jié)合進(jìn)行劃分。本文考慮汽車動(dòng)力能源類型，結(jié)合碳排放特征，把車型分為傳統(tǒng)燃料即汽油用汽車，終端零排放的純電動(dòng)汽車，以及排放介于兩者之間混合動(dòng)力汽車進(jìn)行研究。

3算例分析

3.1算例

則minE=322.3×12×Q2030,1+103.3×12×Q2030,2+68.39×12×Q2030，3

3.1.1算例求解

此問題為線性規(guī)劃問題，可用單純形法求解，但是單純形法往往計(jì)算較繁瑣，本文選用圖解法解3個(gè)變量線性求優(yōu)問題，更直觀、易懂，并且大大加速了求解過程。在文獻(xiàn)[8]中已證明此方法與單純形法求解結(jié)果一致。

求解步驟：

(1) 以25 000為邊長作等邊三角形，三角形每一條邊代表一個(gè)坐標(biāo)軸，如x1-x2軸，其垂直方向反映x3的值，指向三角形范圍以內(nèi)者為正，見圖1。當(dāng)它位于x1-x2軸線上時(shí)x3值為0，x3值順著x2-x3或x1-x3方向逐漸增長(采用軸x2-x3代表x3的值) ，到達(dá)x3頂點(diǎn)時(shí)x3達(dá)到最大值。根據(jù)式(1)，(2)，(3)在三角形范圍內(nèi)繪出可行域，分別作x1=8 000，x2=10 000，x3=14 000的直線，相交于3點(diǎn)a，b，c，即圖中陰影部分即為可行域。

(2) 在圖1中繪制目標(biāo)函數(shù)E，由于E是線性函數(shù)，所以圖形應(yīng)呈現(xiàn)一條直線，即等效益線。這條直線必與三角形兩邊相交，而不與第三邊相交(頂點(diǎn)處除外)，根據(jù)這個(gè)道理繪制等效益線。假定等效益線通過x2-x3軸上任意一點(diǎn)I，其坐標(biāo)顯然有x1=0。再假定x2=5 000，帶入(4)等到x3=20 000。I點(diǎn)得出的效益值：322.3×12×0+103.3×12×5 000+68.39×12×20 000=22 611 600。

(3) 尋找效益值等于22 611 600的直線的另一端點(diǎn)。假設(shè)在x1-x3軸線上，那么x2=0，且此點(diǎn)必與I點(diǎn)有相同的效益值，所以有：

x1+x2+x3=x1+0+x3=25 000

322.3×12×x1+103.3×12×0+

68.39×12×x3=22 611 600

聯(lián)立求解，得x1=687萬輛，x3=24 313萬輛，符合非負(fù)約束。若不符合非負(fù)約束條件，則另一端點(diǎn)應(yīng)x1-x2在軸上，同理也可求得。

(4) 尋找目標(biāo)函數(shù)取得最小效益值時(shí)x1，x2，x3的值，即最優(yōu)解。將上述找到的效益等值線向陰影區(qū)域移動(dòng)，由于目標(biāo)函數(shù)是求最小值，繪制效益等值線應(yīng)從較小處開始，平移的效益值是逐漸增加的，所以與可行域首先接觸到的值即為最優(yōu)解。見圖1。

圖1　算例求解示意圖

3.1.2結(jié)果分析

在以上算例中，即使在對車型有限制的前提下，還是應(yīng)該大力控制汽油用車，才能更好地達(dá)到減少排污的目標(biāo)。假設(shè)如下3種情形：

(1) 未來十幾年里，汽車燃料仍全為汽油，到2030年汽車CO2排放量：

E=322.3×12×25 000=96 690 000g(情形1)

(2) 若車型的比例達(dá)到如算例所示結(jié)果，到2030年汽車CO2排放量：

E=322.3×12×3 000+103.3×12×10 000+68.39×12×14 000=35 488 320=g(情形2)

(3) 若各項(xiàng)政策、措施和技術(shù)達(dá)到要求，低碳車型賣入全面發(fā)展時(shí)代，到2030年汽車CO2排放量：

E=68.39×12×25 000=20 517 000g(情形3)

3種情形下CO2的排放量見圖2。

圖2　3種情形下CO2排放量示意圖

由圖2可見，當(dāng)全為純電動(dòng)汽車時(shí)，CO2排放量比全為汽油汽車減少了78.78%，當(dāng)有過渡車型存在并且各種車型數(shù)量均不為0時(shí)，若按本文模型控制好數(shù)量，CO2排放量比全為汽油汽車減少63.3%。大力發(fā)展純電動(dòng)汽車、控制各車型的保有量是減少CO2排放的有力措施，但這與相關(guān)政策的支持、電動(dòng)汽車相關(guān)設(shè)施技術(shù)的完善、公眾的接收度等諸多因素有關(guān)。

4控制汽車車型發(fā)展的建議

4.1控制汽車車型的建議

(1) 關(guān)于汽車擁有量的控制。通過限定每年拍賣的汽車牌照的數(shù)量實(shí)現(xiàn)用配額的方法控制汽車擁有量。新加坡和香港在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的過程中實(shí)施了汽車牌照拍賣政策，有效緩解了有限的道路資源與飛速增長的機(jī)動(dòng)車數(shù)量之間的矛盾[9]。政府可結(jié)合控制整體的碳排放量與消費(fèi)者市場需求額定每年不同車型的汽車牌照數(shù)量，以此達(dá)到控制各車型擁有量及汽車總擁有量的目的。

(2) 關(guān)于購買、登記車輛的政策。對購買、登記車輛，征收消費(fèi)稅、購置稅，可以對不同的車型設(shè)置不同的消費(fèi)稅、購置稅，顯然汽油用車增收高稅費(fèi)，新型能源汽車征收低稅費(fèi)，根據(jù)各種能源的碳排放情況再設(shè)置不同范圍的稅費(fèi)，甚至可免稅并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼。將政府部門鼓勵(lì)低碳型汽車消費(fèi)的意愿通過不同稅收水平的設(shè)置直接傳達(dá)給消費(fèi)者。

(3) 關(guān)于擁堵的政策。對擁堵路段或區(qū)域?qū)嵭袚矶率召M(fèi)，限號出行，限路段出行，對使用公共交通的用戶進(jìn)行補(bǔ)貼，向用戶傳達(dá)道路上行駛汽車數(shù)量過多，政府鼓勵(lì)公共出行。

(4) 關(guān)于排污的政策。對不同車型征收不同的排污費(fèi)，排污越多則排污費(fèi)越多，以此向用戶傳達(dá)政府鼓勵(lì)使用低碳型汽車。

4.2純電動(dòng)汽車相關(guān)技術(shù)設(shè)施的建議

(1) 本身技術(shù)問題的建議。純電動(dòng)汽車中使用的電池，其充電速度，蓄電能力等是技術(shù)關(guān)鍵，由于我國蘊(yùn)藏豐富的鋰資源，而且鋰電池性能優(yōu)越，汽車技術(shù)可以此為導(dǎo)向攻克這一難題。

(2) 相關(guān)設(shè)施問題的建議?？山⒁欢〝?shù)量的充電站，配專用電纜和插頭，以延長汽車行駛里程，在充電站建立相應(yīng)的停車設(shè)施，充電站可由政府規(guī)劃支持各大供電公司參與建設(shè)、獨(dú)立經(jīng)營管理。采取智能計(jì)費(fèi)，不花費(fèi)人力管理。也可存儲滿電電池，配套機(jī)械設(shè)備為各車型更換，以備急需。

5結(jié)語

本文建立了多車型碳排量計(jì)算模型，從汽車所用能源角度將其分為3個(gè)代表性車型，建立算例并計(jì)算，得到純電動(dòng)汽車碳排放量比汽油汽車減少78.78%。純電動(dòng)汽車對低碳交通的發(fā)展有重要作用。最后給出了控制車型比例，推動(dòng)純電動(dòng)汽車發(fā)展的政策建議。

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收稿日期：2014-10-21

TheResearchofDevelopmentProblemsof
Multi-modelBasedonControllingTrafficPollution

Yang Jing, Miao Zhuang

(GuizhouCommunicationPlanningSurvey&DesignInstituteCo.,Ltd.,Guiyang550081,China)

Abstract：For increasing variety of car models, traffic pollution is worsening, and the current division bases are multiple and complex. Based on the above, the model of automobile is divided from the perspective of the energy in this article. It is proposed that controlling the amount of carbon dioxide emissions can be achieved by controlling models of possession quantity, and the calculation model of carbon emission is established. From the view of energy and environment, the development of new energy vehicles, especially pure electric vehicles is proposed as an inevitable trend, and several proposals to control multi-vehicle development are given.

Key words:carbon emissions; multi-model; emission control; pure electric vehicles

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.055