基于綠色出行理念的城市交通優化研究

盧 藝

（中國人民公安大學，北京 100038）

引言

隨著社會的發展，道路交通問題日益嚴峻，其原因很大一部分來自于機動車與摩托車帶來的交通擁堵和安全隱患。公共交通具有效率高、污染較小、安全性能高等顯著特點。所以應加快建立以城軌和公交為主的城市交通結構并使之成為公共交通的主體部分，引導綠色出行，進一步提高解決城市道路交通問題的方法和手段的有效性，實現交通綜合水平最大化。

1 交通效率分析

城市交通實現人和物的移動需要消耗時空資源，輸送出行者數量較多，消耗資源較少的交通方式值得大力發展。而人均道路時空資源占有量也和速度息息相關[1]。基于深圳市部分路段調查數據,研究各交通方式的交通效率與速度的關系，進行縱向綜合對比。由于對路網中各交通工具交通效率進行全面討論會因外界條件變化而受到很大影響，因此僅選擇獲得的某路段的實時調查數據進行分析。

1.1 電動自行車交通效率

選擇的路段上在非機動車道和機動車道中間畫有熱熔線，且在非機動車道上設有機動車停車位，因此原本非機動車道寬度為4 m，但實際可供通行的斷面寬度僅為1.5 m，根據調研數據繪制電動自行車交通效率-速度擬合曲線見圖1?？梢钥闯?，電動自行車的交通效率和其速度的關聯不是非常密切，但整體上隨著速度的提高也有上升的趨勢。

圖1 電動自行車交通效率-速度擬合曲線

1.2 機動車交通效率

由于小汽車、摩托車、公交車均為機動車道行駛車輛，因此其車道的斷面寬度皆為3.5 m，此處小汽車擬合曲線見圖2。可以直觀地看出小汽車交通效率對速度的擬合效果較好，小汽車的交通流量指數隨著速度的增大快速增長，且增長幅度較大。

圖2 小汽車交通效率-速度擬合曲線

1.3 交通效率綜合對比

對不同種交通方式交通流量指數與速度進行擬合分析，研究各交通方式的交通效率與速度的關系，得到擬合分析關系式見表1，從而可以對不同種交通方式進行綜合對比分析。

從圖3比較結果可以看出，當行駛速度在24 km/h以下時，公共汽車的交通效率要遠遠高于其他交通方式，摩托車的效率最低；當運行速度小于15 km/h時，相對于小汽車來說，電動自行車的交通效率較高；而速度大于15 km/h時，電動自行車為超速行駛，效率分析意義不大。擬合分析顯示，隨著速度的增加，小汽車的交通效率繼續提高，當速度為45.1 km/h時，其效率達到最大值545.4人/小時·米。在速度低于22 km/h時，摩托車的交通效率在各交通方式中最低。

表1 各交通方式擬合分析關系式

圖3 各交通方式交通效率綜合對比

結合實際交通狀況分析；在城市交通道路擁擠時，不同交通工具行駛相同速度時，公交車交通效率最高；其次是電動自行車，小汽車交通效率較低。但在道路暢通、小汽車和摩托車的速度較快的情況下，小汽車和摩托車的交通效率明顯高于電動自行車。公交車在大多數時候交通效率都遠超其他交通方式，但在其速度增高到一定程度時，交通效率反而下降。這可能是因為當公交車速度過快時，各個車站的可達車次增多，則導致每輛車的載客數必將減少，降低了公交車的交通效率。整體上，從交通效率方面考慮，最值得提倡的交通方式是公交交通。

2 線性優化

2.1 目標函數的構建

以實現交通綜合水平Zi最大化為目標[2]，建立該區域優化方案的權系數模型，目標函數：

式中：xi—第i種交通方式對應的客運周轉量；i—第i種交通工具對應的權重系數，對應層次總排序中各種交通方式得分。

2.2 約束條件

2.2.1 滿足居民出行需求約束

出行需求約束：

式中：D—居民客運需求總量，P·km；T—居民出行發生總量，p；ND—平均出行距離，km；A—區域用地面積，km2；NA—現狀區域用地面積，km2。

2.2.2 可達性約束

可達性表示為合理出行時間內實現相應的出行距離，交通結構優化建立在滿足可達性的基礎上，約束表達式：

式中：vi—第i種交通方式的平均速度，km/h；t—居民的平均出行時間預算，h；R—區域等效半徑，km。

2.2.3 道路資源約束

道路等基礎設施也起到約束作用：

式中：li—交通工具的動態占地面積，m2/p；LR—人均占地面積，m2/p。

2.2.4 能源消耗約束

城市交通可持續發展與能耗息息相關[3]，其約束表示式：

式中：ei—第i種交通方式的能源消耗因子，MJ/p/km；ENC—城市客運交通分擔的能源消耗上限，MJ。由于我國能源結構的約束，能源消耗的利用率較低，能源消耗的利用率取國外的60%[4]，則年人均能源消耗的上限為1.8×10 MJ。

2.2.5 城市交通環境容量約束

對于城市交通，環境容量約束是以城市交通環境承載力作為約束條件，對交通污染物排放速度進行限制：

式中：Pij—排放因子，g/p/km；ECj—第j種污染物的環境容量，g；α—交通排放量分擔率，%；q—濃度，mg/m2/s；S—區域面積，m2；T—周期。

2.3 優化結果

從表2優化結果可以看出，深圳城市交通中軌道交通占比57.1%，公交車占比11.48%，公共交通工具占據比重極大，自行車占比也達到9.35%。這與深圳市的交通發展規劃基本是一致的，深圳“禁摩限電”專項整治行動降低了交通事故發生率，維護道路交通營運服務秩序，對公交化出行起到倡導作用，使得深圳市機動化出行中公交化出行占據較大的部分。

表2 深圳規劃交通方式構成

為維護城市形象，保障市民出行便捷和安全，各地應繼續加大城市軌道公共交通的建設，持續從源頭上解決問題，盡可能提高綠色交通運行效率[5-7]：（1）完善道路基礎設施，優化道路和公路設計，合理規劃城市慢行系統，從根源上解決問題，實現道路基礎設施服務和交通出行之間良好地協調和匹配。（2）解決安全和效益的矛盾，在帶來較高效率的同時，綠色出行方式也可能帶來一些交通安全方面的影響，需進一步優化交通組織，均衡路權，相關部門協調共治，兼顧安全和效益。（3）推進綠色出行智能化水平，合理選擇出行方式，提高道路基礎設施的利用率，為停車和換乘提供條件，減少交通擁堵，提高環境品質。

3 結語

運用多項式擬合、最小二乘擬合等方法，得出了各交通方式的交通效率與其速度大小的關系式，從交通效率方面進行對比分析，肯定了公共交通在城市交通發展中的重要作用。基于綠色出行理念、以實現交通綜合水平最大化為目標建立優化方案的權系數模型，根據優化結果可知，綠色出行在城市交通中占有很大的比重，意義重大，應統籌發展綠色出行方式，優化交通結構，實現道路交通可持續發展。