關于智能交通及相關技術賦能助力城市交通碳中和的探討

毛志堅 汪濤 戴帥 保麗霞 顧金剛 明揚

摘 要：城市交通減碳是我國交通領域實現碳達峰、碳中和目標的重要組成部分，是應對氣候變化的重要內容。本文結合當前交通領域碳排放和城市移動源污染現狀，梳理了城市交通減碳若干路徑及相關技術，著重就智能交通及相關技術賦能助力城市交通碳中和進行了探討分析，提出了交通減少碳排放和降低能源消耗“人人參與，共建共享”的倡議。

關鍵詞：城市交通；智能交通；賦能助力；碳中和

Discussion on the contribution of intelligent transportation and related technologies to urban traffic carbon neutrality

MAO Zhijian1，WANG Tao2，DAI Shuai3，BAO Lixia4，GU Jingang5，MING Yang6

（1.Jiangxi Provincial Public Security Bureau Traffic Management Bureau，Nanchang330008，China；2.Shanghai Jiao Tong University，Shanghai200030，China；3.Research Institute for Road Traffic Safety of the Ministry of Public Security，Beijing100062，China；4.Shanghai Urban Construction Design and Research Institute （Group） Co.， Ltd.，Shanghai200003，China；5.Traffic Management Research Institute of the Ministry of Public Security，Wuxi214151，China；6.Nanchang Hangkong University，Nanchang330063，China）

Abstract： Carbon reduction in urban traffic is an important part of achieving carbon peak and carbon neutral goals. It is also an important part of tackling climate change. Combining the current status of carbon emissions in the transportation sector and urban mobile source pollution， this article analyzes several methods and related technologies for urban traffic carbon reduction， discusses the contribution of intelligent transportation and related technologies to urban traffic carbon neutrality. The initiative of “Everyone participates in reducing carbon emissions and energy consumption， CoConstruction and Co-Sharing” is proposed.

Keywords： Urban traffic；intelligent traffic；contribution；carbon neutrality

2020年9月22日，中國在第75屆聯合國大會上鄭重提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”減排承諾，標志著我國經濟社會系統性變革向綠色低碳發展吹響了沖鋒號。緊接著，2020年12月12日，中國在全球氣候雄心峰會上宣布：到2030年，中國單位GDP二氧化碳排放將比2005年（每萬元人民幣12.26噸標準煤）下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右。實現碳達峰、碳中和目標（見圖1），這是我國實現可持續發展、高質量發展的內在要求，是推動社會高水平治理、提升國民高品質生活的關鍵舉措，也是中國基于構建人類命運共同體、應對氣候變化的必然選擇和責任擔當。

碳達峰是指某個地區或行業年度二氧化碳排放量達到歷史最高值，然后經歷平臺期進入持續下降的過程，是二氧化碳排放量由增轉降的歷史拐點。碳中和是指某個地區在一定時間內人為活動直接和間接排放的二氧化碳，與其通過植樹造林等吸收的二氧化碳相互抵消，實現二氧化碳“凈零排放”。碳達峰是碳中和的基礎和前提，達峰時間的早晚和峰值的高低直接影響碳中和實現的時長和實現的難度。

實現“雙碳”目標將深刻影響人們的生產和生活方式，涉及到經濟社會發展的方方面面。能源、交通和建筑等各行各業都將面臨前所未有的挑戰和機遇。2021年2月發布的《國家綜合立體交通網規劃綱要》明確提出：加快推進綠色低碳發展，交通領域二氧化碳排放盡早達峰，降低污染物及溫室氣體排放強度。為此，分析交通領域二氧化碳排放現狀，加強對減碳實現路徑與技術的研究應用具有迫切的時代要求。本文將從智能交通及相關技術賦能助力城市交通領域碳中和作一些探討分析，以期促進交通領域“雙碳”工作的扎實開展，并力爭取得積極成效，為我國整體實現“雙碳”目標作出應有的努力和貢獻。

1碳排放現狀

1.1 全球碳排放現狀

國際能源署（IEA）公布的數據顯示：2019年，全球碳排放量為401億噸二氧化碳（注：中國碳排放量約為115億噸二氧化碳），其中86%源自化石燃料利用，14%由土地利用變化產生，這些排放量最終被陸地碳匯吸收31%，被海洋碳匯吸收23%，剩余的46%滯留于大氣中（見圖2），碳中和就是要想辦法把原本將會滯留在大氣中的二氧化碳減下來或吸收掉；2020年，全球碳排放量為377.74億噸二氧化碳，比2019年下降5.8%（其中，交通運輸的碳排放比2019年下降14%），而同年中國碳排放量約為115.92億噸二氧化碳，比2019年增加0.8%，（見圖3）。

1.2 我國交通碳排放現狀

有關統計數據表明，目前我國交通領域的碳排放占全國終端碳排放的15%，過去9年，我國交通領域碳排放年均增速保持在5%以上，已是溫室氣體排放增長最快的領域之一。另據《中國移動源環境管理年報（2020）》顯示，移動源（機動車）污染已成為我國大中城市空氣污染的重要來源，機動車尾氣排放是當前城市大氣復合污染的重要因素，以2017年北京市的情況為例（見圖4）。

截至2020年底，全國機動車保有量達3.72億輛，其中汽車2.81億輛，機動車構成比例（見圖5），新能源汽車492萬輛，占汽車總量的1.75%，新能源汽車與上年相比增加111萬輛，增長29.18%，其中純電動汽車保有量400萬輛，占新能源汽車總量的81.32%。從統計情況看，近五年新能源汽車保有量年均增加90萬輛，呈持續高速增長趨勢（見圖6）。

據測算，一輛汽車每燃燒一升燃料大約排放2.5千克二氧化碳，可見交通領域碳排放量非常大，減排的空間也很大。又據2020年12月發布的《機動車污染防治政策的費用效益評估（CBA）技術手冊》介紹，未來五年我國還將新增機動車1億多輛，預計消耗車用汽柴油1億至1.5億噸，由此帶來的碳排放量也將十分巨大。

值得指出的是，目前我國能源體系中，化石能源依然占據主導地位。從2020年情況看，煤炭消費占到總能源消費量的56.9%，電力結構仍然是火力發電為主，占到全國總發電量的60.8%。專業機構據此測算分析顯示，以現有的電力基礎設施為純電動車充電，過程中排放的二氧化碳會比傳統的燃油汽車還要更高（見圖7）。

另據《2021年度中國主要城市通勤監測報告》顯示，中國主要城市萬人單程通勤交通碳排放量總體平均值為5.7噸/日，換算每人、每年（往返）通勤交通碳排放量為0.29噸，每人、每天（往返）通勤交通碳排放量為1.15公斤（注：一年工作時間按252天計算）。

2城市交通減碳路徑及技術

據統計，2018年交通領域能源消耗量占全國總能源消耗量的10.7%，直接二氧化碳排放為9.8億噸，其中道路交通占比最高約為73.5%。數據還顯示，交通運輸的燃油消耗量占全國總消耗量的60%以上，二氧化碳排放量占總排放量的6.7%～14%。交通基礎設施快速建設，特別是公路基礎設施突飛猛進，導致交通領域能源消耗逐年增長，增長率達9%高于社會平均水平。這些數據表明，交通運輸行業是碳減排的主戰場，交通減碳是實現“雙碳”目標的重要組成部分，同時與實現全國總目標一樣也是一項復雜的系統工程。當前，研究探討交通減碳路徑及技術應用十分緊迫關鍵，鑒于目前我國新能源汽車保有量只占汽車總量的1.75%，加之電力基礎設施仍以火力發電為主的現狀，故近階段交通減碳戰略仍將以降低化石能源消耗為主，耗能的、低能效的交通方式必須盡快向綠色、低碳、智能、節能、可持續轉型。下面就城市交通減碳路徑和技術作一些梳理。

2.1城市交通減碳路徑

城市交通減碳涉及城市社會方方面面，涵蓋城市交通系統中的人、車、路、環境等諸多因素，就其實現路徑（見圖8）而言，圍繞城市交通系統運行“節能增效”將是根本，必須厘清思路、總體謀劃、錨定技術、搭建生態、制訂措施、出臺政策、系統實施、扎實推進。

路徑1：發展綠色交通，倡導低碳出行。優化城市出行結構，大力推動以公共交通為導向的城市交通發展模式，提高非機動化出行、公共出行和共享出行比重，強化市民自覺踐行環境保護、共建共享城市生態的參與意識，鼓勵倡導綠色低碳的出行方式和消費觀念，減少私家車出行，提高綠色交通分擔率。

路徑2：建設智能交通，提高系統效率。依托并充分利用互聯網、大數據、人工智能和區塊鏈等新技術，搭建具有數據、算力和交互的在線平臺，提升城市智能交通系統建設應用水平，實現城市交通系統各環節精細化、動態化、可視化、智能化管理服務，促進參與交通效率由個體最優向群體協同最優轉型。

路徑3：推動科學設計，緩解交通擁堵。城市交通系統是一個龐大復雜的時空動態系統，其人、車、路、環境四大要素瞬時交互發生作用，當相互協調時，系統運行順暢、高效，反之則容易產生無效交通增加碳排放，甚至導致交通擁堵，而相互協調的前提，必須依靠科學的城市設計、交通設計、制度設計。

路徑4：優化能源結構，降低交通用能。加快推進電動汽車、燃料電池汽車和氫能汽車等新能源汽車的低碳替代應用，提高新能源汽車的普及率和出行分擔率，逐步降低汽柴油車在城市交通能源消費總量中的所占比例，優化改變城市交通運輸能源使用結構，降低城市交通運輸化石能源消耗，減少碳排放。

2.2城市交通減碳技術

城市交通減碳的路徑確定了，相關技術的綜合應用至關重要。前面提到，實現“雙碳”目標，是我國實現可持續發展、高質量發展的內在要求，是推動社會高水平治理、提升國民高品質生活的關鍵舉措，但這一切都必須依托并通過相應的技術支撐來綜合系統實現（見圖9）。

技術1：綠色交通規劃。（1）在規劃的各方面、各階段均應盡量減少交通系統給環境帶來的影響與壓力，并將其控制在可接受的范圍內，支撐城市環境可持續發展，這是綠色交通的基本內涵；（2）交通組織方式應與用地布局相協調，并能在減少出行次數、縮短出行距離、減少小汽車出行量方面做出應有的貢獻，支撐城市空間可持續發展；（3）協調各種交通方式的關系，使其各司其職，避免無序競爭，支撐綜合交通協調、可持續發展；（4）在系統構建及管理措施上，充分考慮、應用促進節能減排的新技術、新方法，綠色交通理念在規劃中的落實可以概括為綠色交通與城市環境、土地利用、其他交通方式關系的協調以及新技術的應用，不同于傳統的以服務小汽車為主的規劃思路，綠色交通規劃應首先進行公共交通與非機動交通系統規劃，其他交通系統規劃應以此為前提或約束條件。

技術2：智能交通集成。智能交通系統（ITS）是將先進的信息技術、通信技術、傳感技術、控制技術及計算機技術等有效地集成運用于整個交通運輸管理體系，從而建立起一個大范圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效、安全、節能、環保的綜合交通運輸管理系統；智能交通管理系統（ITMS）屬于智能交通系統的一個分領域，是智能交通系統在道路交通管理領域中的應用，其以信息化、智能化的技術與方法管理道路上的車輛、行人等為目標。智能交通及相關技術的集成融合深度賦能城市及城市交通基礎設施，使得城市交通運行精準感知、精確分析、精細管理和精心服務能力全面提升，具備實景路況、出行導航、交通誘導、路網優化、擁堵治理、安全監測、預警防范、應急處置、信息共享、新技術光源等系統功能及新技術應用，強力支撐城市交通減碳工作。

技術3：交通需求管理。解決城市交通問題是一個系統工程，在解決交通供需不平衡的矛盾中，僅從供給一方面采取有限措施常常無濟于事，必須從供求兩個方面同時采取措施，實施科學的交通需求管理，切實提升城市居民的通勤質量。首先，從城市設計、土地利用、環境保護的角度，避免城市中心人口、城市功能過度集中，造成交通總需求超過城市的交通容量極限，避免城市中央商務區土地利用強度過大而使城市交通問題無法解決；其次，從交通結構的角度，采取各種有效措施優先發展公共交通，形成以公共交通為骨干的大運量、快速度的綜合運輸系統，合理地利用城市有限的土地資源和交通設施；再次，通過提高路網容量，借助科學化、現代化交通管理手段充分有效地利用現有路網等綜合措施，使現有道路交通設施發揮最大作用。

技術4：低碳載運工具。新能源汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源（或使用常規的車用燃料，但采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。新能源汽車包括：（1）混合動力汽車（HEV）是指采用傳統燃料的，同時配以電動機/發動機來改善低速動力輸出和燃油消耗的汽車；（2）純電動汽車（BEV）是主要采用電力驅動的汽車；（3）燃料電池汽車（FCEV）是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學反應產生電流，依靠電機驅動的汽車；（4）氫動力汽車是一種真正實現零排放的交通工具，排放出的是純凈水，其具有無污染，零排放，儲量豐富等優勢；（5）燃氣汽車是指用壓縮天然氣（CNG）、液化石油氣（LPG）和液化天然氣（LNG）作為燃料的汽車；（6）乙醇汽車是指使用乙醇（俗稱酒精）為燃料的汽車。

3智能交通賦能助力城市交通碳中和

當前，以5G、大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等為代表的新一代信息技術快速演進、群體突破、交叉融合，“技術與產業”交互迭代效應持續增強，正在深刻改變智能交通技術產業體系，智能交通及相關技術賦能助力城市及城市交通運行效率提升正在得到廣泛深入的實踐和驗證，出行即服務、實景路況、車路協同、一網通管、一網通辦、跨省通辦、硅基光源等場景應用及新技術正在或將在為未來的城市交通實現系統運行效率由個體最優向群體協同最優貢獻力量，并將為城市及城市交通減少碳排放和降低能源消耗發揮重要支撐作用，下面就此做一些探討分析。

3.1智能交通及相關技術的新發展新應用

3.1.1智能交通ACE2.0

ACE智能交通引擎2.0（簡稱：智能交通ACE2.0），采用“1+3+N”（即“1”個數字底座，“3”個智能引擎，“N”個場景應用）的總體架構（見圖10），新增“MaaS 出行服務引擎”，并提出智能網聯、智慧交管、智慧高速、智慧停車、智慧公交等行業細分場景解決方案，實現感知能力更精準，數據資源更多元，智能引擎更強大，業務應用更豐富，賦能行業更全面，用戶體驗更優質。智能交通ACE2.0將助力不同主體之間的數據融合，可有效打通數據壁壘、業務壁壘、部門屏障，提升規劃、分析、研判、預測、優化、迭代等AI能力。

3.1.2路側智控終端Neuro

路側智控終端Neuro（簡稱：Neuro），其系統架構（見圖11），是一款面向車路協同時代的智能終端設備，為路口采集和優化最小神經元細胞，具有交通視頻分析、多源數據融合、交通組織優化、交通信息發布等功能，其在終端側調用城市交通大腦智能算法，云端AI能力拓展至路側，從而保障單路口和小區域的通行效率，增強個體出行者在路口暢通體感，同時Neuro的運行數據也將實時匯聚到云端的城市交通大腦，而不斷強化全局數據的采集和優化能力，力求實現城市交通運行全局最優和局部最優的動態平衡。

3.1.3實景路況平臺

移動交通多媒體可視化數據平臺（簡稱：實景路況平臺），其總體架構（見圖12），是基于先進的移動通信能力、邊緣計算技術、云端多媒體存儲與智能計算技術，對視頻圖像數據的采集、計算、分享以及數據價值復用的集成平臺。使用手機或行車記錄儀等采集終端，實景路況不僅真實記錄了機動車駕駛人第一視角的圖片和視頻，而且通過區塊鏈和AR技術增加了時間、地點、速度、道路及環境等屬性信息，經過計算實時分發到各類用戶端，實現有圖有真相實景路況導航（見圖13），如交通指揮中心、公眾手機、交通廣播融媒體等，為緩解城市道路交通擁堵提供可視化、實時化路況信息，同時也是未來5G導航、車路協同及AR多媒體的數據源，以及汽車成為第三代智能終端的主要技術支撐。

3.1.4一網通管與一網通辦

1.一網通管是按照國家“互聯網+監管”系統相關數據標準，匯聚本地區政府監管數據、第三方機構數據、互聯網數據等，建設監管大數據中心，建設主體中心、客體中心、行為中心、事件中心、證照中心、服務中心、標簽中心、決策中心，基于區塊鏈建設可信中心，滿足監管數據采集、數據治理、數據管理、應用服務、評估分析、智能標簽、算法服務等建設應用要求，其系統架構（見圖14）。

其應用價值：（1）梳理監管事項目錄清單，統一監管事項要素，統一監管數據標準，逐步實現監管行為標準化、規范化；（2）歸集信息資源，通過對監管大數據的分析、比對，發現苗頭性、跨行業、跨區域風險，開展精準監管；（3）將地方部門日常監管、“雙隨機、一公開”監管、信用監管、重點監管等工作逐步納入“互聯網+監管”系統運行，逐步實現監管全覆蓋；（4）新思維新技術，驅動監管創新，通過大數據分析、人工智能、區塊鏈等新技術應用，實現“機器換人”，讓監管更智能。

2.一網通辦是各地政府建成覆蓋全域的整體聯動、部門協同的“互聯網+政務服務”體系，政務服務進一張網辦全部事，其平臺整體功能架構（見圖15）。一網通辦指打通政府不同部門的信息系統，群眾只需操作一個辦事系統，就能辦成不同領域的事項，解決“辦不完的手續、蓋不完的章、跑不完的路”的問題。一網通辦關鍵在“通”，為解決“通”的問題，各地政府的大數據中心作為“智慧政府”的基礎設施，將打破部門“數據孤島”，推動政務服務從“群眾跑腿”向“數據跑路”轉變。一網通辦落腳在“辦”，把政務數據歸集到一個功能性平臺，企業和群眾只要進一扇門，就能辦成不同領域的事項，方便企業和群眾網上辦事，解決“辦不完的手續、蓋不完的章、跑不完的路”等問題。

3.1.5跨省通辦

交通管理服務，與群眾的日常工作生活息息相關。近年來，我國經濟社會持續快速發展，機動車和駕駛人迅猛增長，交通管理業務和服務需求也隨之快速增長。過去，一些交管業務需要回原籍辦，給群眾帶來很大不便。公安交管部門充分利用互聯網信息技術，大力推進實施“互聯網+交通管理服務”，推廣應用全國統一的交管互聯網服務平臺、“交管12123”手機APP（見圖16），深化改革交管服務傳統模式，解決群眾辦牌辦證、處理交通違法、獲取信息等不方便、成本高、負擔大等問題，從推行異地車檢、異地考證、異地處理交通違法，到“互聯網+交通管理服務”改革，結合群眾新需求不斷完善服務，全面開通了31項網上業務，并實現與國家以及省級政務平臺對接，不斷推進跨省辦理機制革新，逐漸實現交管業務一證辦、異地辦、網上辦、就近辦。目前，機動車安全技術檢驗、駕駛人考試領證和審驗換證、交通違法處理等交管業務已經實現跨省通辦，解決群眾辦事痛點，全面提升綜合服務能力和管理水平。通過實施跨省通辦，不僅提高了公安交管部門辦事效率，減少了不必要的交通出行，還有效地降低了機動車碳排放。

3.1.6硅基LED光源

人、車、道路、交通環境是構成道路交通活動的四大要素，也是交通減碳的四個方面?？梢?，道路照明既要保障交通運行的效率與安全，又要考慮交通減碳與節能的要求。目前，各地大多采用白光LED路燈和高壓鈉路燈，白光LED采用藍光激發黃色熒光粉，且會帶來“光衰”等問題，而高壓鈉燈能耗大、壽命短。我國自主研發的硅基LED光源——金黃光LED路燈既具有高壓鈉燈色調溫馨、透霧好的優點，又具有白光LED燈節能環保、壽命長的特點，其節能效果和白光LED路燈一樣較傳統鈉燈的節能率均在60%以上，是一種理想的戶外照明光源，三種類型路燈性能比較（見圖17）。金黃光LED光源是一種低色溫照明光源，包含赤橙黃綠四種顏色，不含對眼睛、睡眠、生物鐘等有影響的藍紫光。通過藍綠黃紅四基色LED混光實現了無熒光粉的純LED白光照明，可實現任意色溫和亮度可調，便于按需照明、智能照明，有更高的節能潛力，利于節能減排并助力實現“碳中和”目標。

3.2 賦能助力城市交通碳中和

上面梳理的六類場景應用與新技術代表當前智能交通及相關技術的新發展新應用方向，圍繞提升城市交通運行效率既有涉及整體的，又有關注局部的，針對城市交通節能減排既有直接發生作用的，也有間接產生效益的，隨著它們推廣使用的不斷深入，未來的智能交通及相關技術不僅能夠快速發現和及時高效處理城市道路交通系統運行中的交通事故、交通擁堵、交通組織等問題，還能夠不斷促進系統實現人、車、路、環境的協同發展，通過這些場景及新技術的應用，不斷構建完善城市及城市交通高效快捷的管理控制與政務服務生態，讓出行能選擇最佳的時間和路徑，讓在途車輛減少行程時間和停車次數，讓系統能均衡調控交通流量和提高通行效率，實現系統運行效率最優，有效降低機動車輛碳排放，同時減少不必要的交通出行，降低道路照明能耗，從不同方面、不同角度賦能助力城市交通實現碳中和目標。

4結語

歷史發展的車輪滾滾向前，這就是趨勢。2021年8月，媒體公布了兩項相關統計結果：一是中國在燃料使用方面的強勁增長已助推全球原油價格從2020年水平跳漲了50%，二是中國乘用車銷量于四年來首次實現年度增長；同時報道了中國的汽油、柴油和航煤的總消費量在2021年預計將增長7%至11%。數據顯示，幾項指標的增長勢頭均高于年初的預估?？梢?，交通領域的減碳壓力非常之大，存量與增量的碳排放巨大，形勢十分嚴峻，交通減碳刻不容緩。碳排放導致的溫室氣體效應，使得大氣環境變化成為人類面臨的重大環境挑戰，氣候變化帶來的影響，任何人都不可能獨善其身。

當前，我國實現“碳達峰、碳中和”目標的號角已經吹響，但任重而道遠。道阻且長，行則將至。為此向國人倡議，必須從現在開始，從每個人做起，踐行綠色交通理念，倡導日常低碳出行，短途出行盡量騎自行車或步行，共同努力營造交通減少碳排放和降低能源消耗“人人參與，共建共享”的社會氛圍，人人都可以甚至都應該為交通減碳作出一份自己的努力和貢獻。

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