基于交通污染控制的多车型发展问题研究

杨　婧　苗　壮

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　550081)

基于交通污染控制的多车型发展问题研究

杨婧苗壮

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳550081)

摘要针对汽车车型种类日益繁多，交通污染日益严重的问题，目前划分车型的依据多而杂。文中从汽车能源的角度划分车型，提出根据控制车型的拥有量来控制二氧化碳的排放,并建立模型计算碳排放量。从能源与环保角度，提出发展新型能源汽车，尤其是纯电动汽车，是必然的趋势，并给出了控制多车型发展的建议。

关键词碳排放多车型排污控制纯电动汽车

随着城市发展快速化，人均GDP逐年递增，机动车保有量也急剧增加(见表1)，汽车排污已成为空气污染的重要来源。

表1　2004～2012年中国汽车保有量

目前，汽车使用燃料仍以汽油为主，未来一段时期内，如果没有相应政策措施的调控，汽油需求量将会持续增长，由汽车排放导致的温室气体和污染物也会持续增长。为通过节能减排实现低碳城市发展目标，施晓清等[1]指出传统汽油车向新能源汽车的转型是一项重要的举措，其中电动汽车因其节能减排的优势将在这次转型中发挥重要作用，并分析了电动汽车碳减排潜力和影响因素；另外，由于石油资源的不可再生性，发展新型能源汽车是必然的趋势。许光清等[2]提出控制中国汽车交通的燃油消耗和温室气体排放的一系列政策。就汽车减排与能源问题而言，主要从上述2个方面研究较多。但是，任何事物的转型或过渡都有一定的阶段，不可能短期内让所有汽油汽车消失，转而全部用新型能源汽车替代，在此过程中相关部门如何先行决策控制好各种能源燃料汽车的比例，成为一个重要问题。

3结语

在进行交通规划管理时，通过计算路边停车对路段交通流造成的延误影响，能更准确地确定路段的服务水平，从而进行有效的交通规划及管理。本文针对双向4车道城市道路采用路边横向停车方式的情况进行分析，根据路边停车对交通流产生的影响及交通波理论，对路段车流的延误时间和排队长度建立了相应的模型并进行了简单的计算及验证。该模型对研究路段服务水平，确定路边停车对交通流的延误影响有着重要意义，并为是否允许路边停车的实施提供依据。

参考文献

[1]冯伟.路边停车对路段交通流的影响研究[D].北京：北京交通大学，2008.

[2]梁军，李旭宏，于洪军,等.路边停车对路段交通流的影响研究[J].公路交通科技，2003，20(2)：85-87．

[3]王殿海，严宝杰.交通流理论[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]刘柏平，王锴.路边停车对交通流延误的影响分析[J].交通与运输，2011(7):82-83.

1碳排放计算方法

交通污染碳排放计算方法主要有：因素分解法、模型分析法、投入产出法和生命周期评价。其中，因素分解法对数据来源的充足性和准确性依赖较大，容易造成因素不完全分解；投入产出法主要反映经济对环境的影响；生命周期评价要求获悉原始数据，否则产生不准确可能性较大。燃料碳排放模型对数据要求不高，适用于计算某交通工具使用过程中的碳排放，方法简便易于实现，结果能够真实反映由于消耗燃料产生的碳排放。因此，本文选择排放模型方法计算碳排放量。具体模型如下。

式中：EM,j为M类污染物j类车型的年排放总量；ρM,j为M类污染物j类车型的排放因子；QN,j为j类车型第N年的汽车拥有量；l为年平均行驶里程。

2多车型共存的排污控制

2.1多车型共存的排污控制模型

假设共有J种车型，第N年汽车拥有量为QN，根据上述排污计算模型，为达到低碳目的，使总的排污量最小，得到系统优化模型。

此问题为线性规划问题，可用单纯形法求解。在多种车型共存，逐渐向新能源汽车过渡的阶段可获得各种车型的控制量，以达到排污最小化的目的。

2.2车型分类标准

车型分类目前尚没有整齐、统一的标准，关于多车型与交通问题相联系的研究中，国内学者刘伟铭等[3]率先提出将车型分类进行收费，并证明其必要性；李学迁等[4]提出污染税和拥挤税的多车型收费策略，但都只是粗略地将车型划分为车型1、车型2；李铁柱[5]在其研究展望中指出汽车车型种类日益繁多，燃料结构也更加复杂，目前车型划分的方法和车型种类过于单一，应当将车型划分与车用燃料类型结合进行划分。本文考虑汽车动力能源类型，结合碳排放特征，把车型分为传统燃料即汽油用汽车，终端零排放的纯电动汽车，以及排放介于两者之间混合动力汽车进行研究。

3算例分析

3.1算例

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

3.1.1算例求解

此问题为线性规划问题，可用单纯形法求解，但是单纯形法往往计算较繁琐，本文选用图解法解3个变量线性求优问题，更直观、易懂，并且大大加速了求解过程。在文献[8]中已证明此方法与单纯形法求解结果一致。

求解步骤：

(1) 以25 000为边长作等边三角形，三角形每一条边代表一个坐标轴，如x1-x2轴，其垂直方向反映x3的值，指向三角形范围以内者为正，见图1。当它位于x1-x2轴线上时x3值为0，x3值顺着x2-x3或x1-x3方向逐渐增长(采用轴x2-x3代表x3的值) ，到达x3顶点时x3达到最大值。根据式(1)，(2)，(3)在三角形范围内绘出可行域，分别作x1=8 000，x2=10 000，x3=14 000的直线，相交于3点a，b，c，即图中阴影部分即为可行域。

(2) 在图1中绘制目标函数E，由于E是线性函数，所以图形应呈现一条直线，即等效益线。这条直线必与三角形两边相交，而不与第三边相交(顶点处除外)，根据这个道理绘制等效益线。假定等效益线通过x2-x3轴上任意一点I，其坐标显然有x1=0。再假定x2=5 000，带入(4)等到x3=20 000。I点得出的效益值：322.3×12×0+103.3×12×5 000+68.39×12×20 000=22 611 600。

(3) 寻找效益值等于22 611 600的直线的另一端点。假设在x1-x3轴线上，那么x2=0，且此点必与I点有相同的效益值，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

联立求解，得x1=687万辆，x3=24 313万辆，符合非负约束。若不符合非负约束条件，则另一端点应x1-x2在轴上，同理也可求得。

(4) 寻找目标函数取得最小效益值时x1，x2，x3的值，即最优解。将上述找到的效益等值线向阴影区域移动，由于目标函数是求最小值，绘制效益等值线应从较小处开始，平移的效益值是逐渐增加的，所以与可行域首先接触到的值即为最优解。见图1。

图1　算例求解示意图

3.1.2结果分析

在以上算例中，即使在对车型有限制的前提下，还是应该大力控制汽油用车，才能更好地达到减少排污的目标。假设如下3种情形：

(1) 未来十几年里，汽车燃料仍全为汽油，到2030年汽车CO2排放量：

E=322.3×12×25 000=96 690 000g(情形1)

(2) 若车型的比例达到如算例所示结果，到2030年汽车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) 若各项政策、措施和技术达到要求，低碳车型卖入全面发展时代，到2030年汽车CO2排放量：

E=68.39×12×25 000=20 517 000g(情形3)

3种情形下CO2的排放量见图2。

图2　3种情形下CO2排放量示意图

由图2可见，当全为纯电动汽车时，CO2排放量比全为汽油汽车减少了78.78%，当有过渡车型存在并且各种车型数量均不为0时，若按本文模型控制好数量，CO2排放量比全为汽油汽车减少63.3%。大力发展纯电动汽车、控制各车型的保有量是减少CO2排放的有力措施，但这与相关政策的支持、电动汽车相关设施技术的完善、公众的接收度等诸多因素有关。

4控制汽车车型发展的建议

4.1控制汽车车型的建议

(1) 关于汽车拥有量的控制。通过限定每年拍卖的汽车牌照的数量实现用配额的方法控制汽车拥有量。新加坡和香港在经济高速发展的过程中实施了汽车牌照拍卖政策，有效缓解了有限的道路资源与飞速增长的机动车数量之间的矛盾[9]。政府可结合控制整体的碳排放量与消费者市场需求额定每年不同车型的汽车牌照数量，以此达到控制各车型拥有量及汽车总拥有量的目的。

(2) 关于购买、登记车辆的政策。对购买、登记车辆，征收消费税、购置税，可以对不同的车型设置不同的消费税、购置税，显然汽油用车增收高税费，新型能源汽车征收低税费，根据各种能源的碳排放情况再设置不同范围的税费，甚至可免税并进行经济补贴。将政府部门鼓励低碳型汽车消费的意愿通过不同税收水平的设置直接传达给消费者。

(3) 关于拥堵的政策。对拥堵路段或区域实行拥堵收费，限号出行，限路段出行，对使用公共交通的用户进行补贴，向用户传达道路上行驶汽车数量过多，政府鼓励公共出行。

(4) 关于排污的政策。对不同车型征收不同的排污费，排污越多则排污费越多，以此向用户传达政府鼓励使用低碳型汽车。

4.2纯电动汽车相关技术设施的建议

(1) 本身技术问题的建议。纯电动汽车中使用的电池，其充电速度，蓄电能力等是技术关键，由于我国蕴藏丰富的锂资源，而且锂电池性能优越，汽车技术可以此为导向攻克这一难题。

(2) 相关设施问题的建议。可建立一定数量的充电站，配专用电缆和插头，以延长汽车行驶里程，在充电站建立相应的停车设施，充电站可由政府规划支持各大供电公司参与建设、独立经营管理。采取智能计费，不花费人力管理。也可存储满电电池，配套机械设备为各车型更换，以备急需。

5结语

本文建立了多车型碳排量计算模型，从汽车所用能源角度将其分为3个代表性车型，建立算例并计算，得到纯电动汽车碳排放量比汽油汽车减少78.78%。纯电动汽车对低碳交通的发展有重要作用。最后给出了控制车型比例，推动纯电动汽车发展的政策建议。

[1]施晓清，杨笑诺.低碳交通电动汽车碳减排潜力及其影响因素分析[J].环境科学，2013(1):385-392.

[2]许光清,邹骥.控制中国汽车交通燃油消耗和温室气体排放的技术选择与政策体系[J].气候变化研究进展,2009(3):167-168.

[3]刘伟铭，黄亚飞.联网收费情况下的多车型多准则交通均衡模型与算法[J].土木工程学报,2004(10):104-109.

[4]李学迁，朱道立.含污染控制的多车型随机交通系统最优收费及其评价[J].系统工程理论与实践,2012(7): 1554-1560.

[5]李铁柱.城市交通大气环境影响评价及预测技术研究[M].南京：东南大学出版社，2001.

[6]蔡皓,谢绍东.中国不同排放标准机动车排放因子的确定[J].北京大学学报：自然科学版，2010(3):319-326.

[7]财政部经济建设司.节能量审核培训教材[M].北京: 财政部经济建设司,2011.

[8]谢叔敏.三个变量线性问题求优的图解法[J].基建优化,1988(1):31-35.

[9]许光清.北京交通拥堵的外部性及政府解决方法初探[J].地理科学进展,2006(4):129-136.

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