上海市哲学社会科学规划办公室

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2018/1/11 14:48:18　　　　点击量：3183

课题研究的目的和意义：

伴随着经济社会的快速发展，城市交通碳排放问题已成为全球关注的焦点，发展低碳交通已经成为我国经济社会发展的共同目标。2009年12月，我国政府在“哥本哈根世界气候变化大会”上承诺，到 2020 年单位国内生产总值的二氧化碳排放量将在2005 年基准上下降 40%～45%。低碳发展作为约束性指标纳入我国国民经济和社会发展中长期规划，发展低碳经济和建设低碳社会由此拉开了帷幕。交通碳排放是温室气体的主要来源之一，其中城市交通排放占很大比例。据统计，我国2013年交通运输业油品消耗占全社会油品消耗的接近 33%，其中道路交通工具所消耗的车用燃油约占 70%。据国家建设部统计，目前我国交通能耗已占全社会总能耗的20%，如不加以控制，将在未来5-10年内上升到30%左右，超过工业能耗。因此，低碳交通发展对未来低碳城市实践将起到重要的支撑作用。

本课题采取理论解析与实验科学相结合的方法，从交通碳排放形成机理解析入手，充分整合利用先进的交通数据采集、排放数据采集、气象因素采集和机动车行驶数据采集技术，对不同时空分辨率下的城市交通碳排放进行量化评价。同时从供给侧角度，从交通规划、出行路径诱导、停车诱导等多个方面，探索适合我国的城市低碳交通供给侧对策体系，促进人、车、路、环境和谐。研究成果将对把握我国城市交通系统碳排放发展趋势，构建面向低碳导向型的城市交通网络优化、管理及控制的理论体系起到基础性作用，为迈向生态文明走出一条新路——应用创新技术与机制，通过低碳经济模式与生活方式，实现社会可持续发展。

研究成果的主要内容和重要观点或对策建议：

研究成果的主要内容：城市交通碳排放成因复杂，受到机动车保有量、路网机动车型构成、交通管理与控制措施、车流平均速度及驾驶员行为等多种因素影响，其形成机理需要在不同时空层面进行系统分析。因此，本课题对城市交通碳排放形成机理主要从宏观、中观、微观三个层面，分别基于机动车燃油消耗、机动车在路网中的工况分布及驾驶员驾驶行为三方面进行分析。

1.宏观交通碳排放分析

宏观层面路网机动车排放量化评价主要用于分析区域路网机动车排放污染状况。研究主要以城市区域为研究范围，以年为研究周期，基于城市机动车燃油消耗、车辆年平均行驶里程以及区域各类机动车保有量三个参数，从宏观层次量化预测区域路网机动车排放总量，并根据城市年客货运周转量，计算城市客货运碳排放强度。本课题以上海市为研究对象，根据《2016 上海统计年鉴》及《道路机动车排放清单编制技术指南》中提供的上海市 2015 年各类机动车保有量、机动车年平均行驶里程、单位燃油碳排放量等数据，计算出上海市各类机动车年碳排放总量。

结合统计数据可知，小型载客汽车及重型载货汽车是城市交通中最主要的两类排放源，其贡献碳排放约占城市交通碳排放总量的 61%左右。根据《2015 上海统计年鉴》提供的上海市各类机动车保有量数据，重型载货汽车数量仅占全市机动车数量 4.3%，但由于其年平均行驶里程长、荷载大、排量大、排放控制技术落后等因素，构成了城市交通最大的碳排放源，贡献了 35%的交通碳排放量。小型载客车辆虽然在排量、年平均行驶里程等方面具有优势，但因为其为城市交通的主体，保有量占全市机动车数量的77%，也成为城市交通主要碳排放源。因此，在进一步的交通碳排放研究及城市碳排放控制环节，应主要考虑小型载客汽车和重型载货汽车两类机动车。需要注意的是，在宏观层面碳排放研究中只统计在上海市挂牌的机动车，事实上，上海城市道路中还存在大量外地车辆，因而需要在中观层面对具体路网的机动车碳排放进行研究。

2.中观交通碳排放分析

中观层面机动车排放分析主要量化评价路网中各路段污染物排放在时间和空间上的变化规律，及时发现重污染路段并分析确定其形成原因，为环境管理者制定合理、有效的排放控制策略奠定基础。中观交通碳排放研究主要基于交通碳排放移动监测手段，利用车载移动碳排放监测设备获取城市 CBD、市郊等区域路网上的机动车平均碳排放及交通特征参数。中观层面行驶和排放数据获取主要基于所收集的逐秒行驶和排放数据，以1分钟为间隔统计平均速度、平均加速度和平均 VSP 三个行驶参数及其所对应的平均排放率。以此分析中观碳排放在时间（平峰、高峰）、空间（主干道、次干道等）上的变化特征，研究人员还将输出交通流参数导入排放软件 MOVES 中，得到区域路网的碳排放情况。

选取位于太原市小店区的康宁街-S103 省道-G208 国道路网作为中观交通碳排放区域。该区域东西向道路包括康宁街（2km）、昌盛街（2.1km）、通达街（2.2km）和 S103省道东西段（2.4km），南北向道路包括 G208 国道（3km）和 S103 省道南北段（2.6km），路段全长 14.3km。该区域主要为居民区，具有重车比较高、交通流量大的特点。

选取城市交通中的主要碳排放源——小型载客汽车及重型载货汽车作为实验车，引入与速度、加速度相关的比功率指标（Vehicle Specific Power，VSP）作为表征机动车行驶工况的参数及影响机动车排放自变量，可测得路网中观机动车平均排放因子及工况分布。经排放模型 MOVES 计算得到的该区域与工况分布相对应的碳排放情况。在中观层面区域路网中，由于受到交通流其他车辆及交通管制措施影响，实验车辆在路网中大部分时间处于低速行驶状态，与速度、加速度有关的 VSP 值落在区间[-20，20]内的数据量占总量超过 85%。CO2 是机动车行驶过程中的主要碳排放物，且 CO2 排放与 VSP 呈显著正相关，随着 VSP 值增长而不断变大。另外两种碳排放物（HC 和 CO）排放量远小于 CO2，尤其对于重型载货汽车，在部分 VSP 区间排放量相差达到 4 个数量级。与此同时，CO 及 HC 排放量随 VSP 变化趋势不明显，说明其排放与 VSP 不成线性关系，除了受 VSP 影响外可能与具体机动车行驶状态有关，需在微观层面进一步研究。

3.微观交通碳排放分析

微观交通碳排放研究主要针对城市周边的高速公路、国道等公路进行，机动车处在自由流情况时间较长。该状态下，机动车碳排放除了受机动车自身排放特性影响外，主要受机动车行驶状态影响。微观交通碳排放研究旨在通过单车、逐秒的微观碳排放监测及行驶状态监测，分析污染物逐秒排放率(单位：g/s)与逐秒行驶状态的变化规律，研究不同污染物与不同行驶参数间的相关关系。

本课题选取速度、加速度、发动机转速及 VSP 值作为行驶状态参数，同样利用车载移动碳排放监测设备采集机动车逐秒行驶数据以及逐秒碳排放数据，选取无锡市通锡高速顾山段所测微观碳排放数据及行驶状态数据为研究对象。在碳排放物中，HC 排放、CO 排放是对行人和环境造成危害的主要含碳污染物，需要抑制其排放量，并希望其尽可能完全燃烧转化为 CO2 排放。同时，在中观碳排放研究中，CO 及 HC 的排放量与具体行驶状态具有一定相关度，因此在微观碳排放研究中主要分析 HC、CO 排放同机动车行驶参数间的关系。

分析结果表明，各碳排放污染物排放同行驶参数均呈正相关，其中同 VSP 的相关性最高，同速度及转速相关性稍低于 VSP，而同加速度的相关性较差，这也表明 VSP 可更有效地反映逐秒排放的动态变化。由以上微观层次排放特征分析可知，速度、加速度、转速和 VSP 四个行驶参数对机动车排放均存在一定正影响。其中速度、加速度和转速变量分别从不同角度反映了车辆行驶状态对排放的影响，而 VSP 变量由于综合考虑了速度和加速度等多方面的行驶信息，其对污染物排放的影响也最为显著。

二、城市低碳交通发展战略研究

研究结果显示：道路等级是机动车排放因子的重要影响因素，城市主干路作为城市中最主要的碳排放线源，应当成为实施碳排放控制策略的重点区域。要实现城市交通领域碳排放最大限度地降低并且具有可持续性，就必须创建城市低碳交通体系。具体而言说，城市低碳交通体系主要包括以公共交通为主的交通工具系统、自觉低碳出行的交通主体、发达的低碳交通技术和先进的交通管理四个有机组成部分（图 1）。针对以上四个低碳交通发展方向，从政策、规划、技术和管理等方面提出城市低碳交通发展战略。

1.低碳交通发展政策

低碳交通政策的制定需考虑对不合理小汽车出行的限制，鼓励公共交通出行和自行车、步行等无污染的慢行交通方式，并为其配置相应资源。其主要措施包含：

加快发展公共交通，特别是加大轨道交通建设。

限制小汽车交通。通过限制牌照、拥堵收费等措施，有效限制机动车保有量过快增长及不合理使用，并通过小汽车向公交转移，改善交通拥堵。

推广骑行交通，完善和提升步行系统的配套设施，保证步行安全，全面构建城市慢行交通体系。

建立城市低碳交通评价体系和评价制度，从政策法规层面来保障城市低碳交通系统实施。

2.低碳交通发展规划

低碳交通规划需要从用地的混合利用以及用地和交通整合系统发展入手，引导城市土地向职居平衡发展；同时为无车社区、自行车共享和汽车共享预留资源。其主要措施包含：

合理安排城市各功能分区，避免城市规模过度扩张及社区功能单一化。

在考虑线路走向和站点布设的基础上，对公共交通沿线土地进行居住、办公、商业等用地类型的综合规划，促进公交网络与城市土地开发建设相互适应、协调发展。

改善城市慢行空间，增加同时间、同距离下人们出行选择慢行交通的可能性。

将低碳交通规划贯穿于新城区的各领域。新城区各交通要素应符合低碳交通要求，城市化过程中，城市交通排放问题不随之扩大，而低碳交通体系却随之延伸。

3.低碳交通发展技术

在改进现有机动车节能减排技术的基础上，继续研发和推广混合燃料汽车、燃料电池汽车、氢动力车、生物乙醇燃料汽车，同时还要开发利用太阳能、风能等新能源和可再生能源汽车。

大力创新和提升非机动交通工具。在开发低碳交通技术中，将非机动交通工具重新提上日程，改进自行车等非机动交通工具的性能、舒适度和安全性，让自行车适合并吸引更多居民使用。

4.低碳交通发展管理

交通管理方式包括交通需求管理和交通系统管理两方面。以低碳为导向的城市交通管理模式应从这两方面入手，对城市交通系统进行合理引导和管理。

实施交通需求管理。在优先发展公共交通的同时，通过有效交通需求管理措施来引导私人小汽车合理使用，建立以公共交通为主导的城市交通发展模式，对于缓解交通拥堵、降低环境污染和温室气体排放至关重要。

优化低碳交通系统管理模式。通过改进运营组织，加快交通智能化建设等手段来实现以低碳为目标优化交通系统管理模式。

成果的学术价值、应用价值，以及社会影响和效益：

学术价值和应用价值：课题在国家“十三五”节能减排发展规划，以及建设低碳城市、打造低碳交通要求基础上，通过研究不同时空尺度下的城市交通碳排放形成机理，分析交通碳排放生成的主要环节及制约低碳交通发展的关键因素；从交通供给角度提出与交通碳排放形成机理相对应的城市低碳交通供给侧对策，通过科学论证形成城市低碳交通供给侧对策体系，具有良好的学术和应用价值。在应用环节，项目在深入探讨大数据移动监测体系、不同影响因素对城市交通碳排放的作用机理，以及城市交通碳排放分布模型及评估体系的基础上，借鉴国际经验，立足上海市情，从可持续城市发展的角度，提出了城市低碳交通发展综合战略。

社会影响和效益：课题通过大样本排放检测数据，可更为准确地计算我国城市路网行驶环境下不同工况机动车的排放因子，标定机动车排放模型。通过多维度监测获得第一手排放数据，并结合仿真预测与分析方法，研究城市道路网交通系统碳排放的形成原因及扩散原理。同时，结合实证研究结合城市交通碳排放规律及特征，实现有针对性地提出城市交通系统的低碳运行管理策略与方法。
目前，我国城市数量已达700 多个，其中大城市120多个据中国社科院编著的《2013 中国中小城市绿皮书》预测：到2020年，我国将新增城市人口2.8亿（达8.3亿），城镇化水平将达到 60.3%，民用汽车保有量将达1.4亿辆左右，约为2003年保有量的6倍。城市发展直接关系着亿万人民的实际生活，城市人口和机动车保有量的激增引发城市交通需求快速增长，城市碳排放及管控技术产品有巨大市场空间，全国超过400多个大中城市都可能收益于本课题的研究成果。本项目的间接目标是从低碳导向来对城市交通网路进行优化和管理，从而有针对性缓解城市交通压力、提高城市交通安全性和环保性。从该角度考虑，其对于城市交通环境和资源综合利用，尤其是与交通直接联系的节能减排有着很好的现实意义。研究本身无直接技术及市场风险。

课题批准号：2014BGL009

项目名称：基于大数据移动监测的城市交通碳排放形成机理及评估研究

最终成果：同名研究报告
课题负责人：孙健上海交通大学

　
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