低碳经济下碳积分系统的设计

张泽鑫 王宋凌 曾雅雅

摘要：针对绿色出行、低碳生活方式、增强环保意识等社会需求，根据基准线排放计算模型建立了低碳行为碳排放计算模型、减排量计算模型，设计了一种碳积分运营系统，对个人乘坐公共交通减少的碳排放进行认证、交易，通过物资及经济激励促进城市人群更多地使用公共交通出行。系统功能测试显示，小程序和App功能具有较强的可操作性、趣味性、可拓展性，满足系统需求。

关键词：碳积分;低碳经济;计算模型;系统

中图分类号：TP393文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）29-0052-03

1引言

碳积分指二氧化碳排放配额，企业或个人可通过购买碳积分消除碳足迹。它是基于消费者在出行、住宿、购物等消费过程中，通过采取有效措施，降低碳排放所形成的减排量。经核准的减碳量将以碳币的形式在碳市场进行流通交易，达到抵消个人、机关、企事业单位在生活、工作和生产过程中产生的碳排放，实现低碳经济。本文借鉴碳积分方法学来计算用户低碳出行所得碳积分，建立基准线排放计算模型、低碳行为碳排放计算模型以及减排量计算模型。设计了一种碳积分运营系统，对个人乘坐公共交通减少的碳排放进行认证、交易，通过物资及经济激励促进城市人群更多地使用公共交通出行。

2低碳经济与碳积分

绿色出行、推行民众低碳生活方式是国家近年来大力推行的相关出行方案，通过碳减排和碳积分实现环境资源的可持续利用和交通的可持续发展，可以增强环保意识、养成低碳习惯。目前国内碳市场经过一个完整履约期的检验，凸显出存量大、交易空间充裕、价格波动不规则、行情跌宕起伏等特征。根据《中国碳市场风险测度》报告显示，碳市场需要提升市场流动性水平，降低流动性风险，建立碳市场价格稳定机制，加强市场风险的监测和管理，提高风险防范能力。中科華碳（北京）信息技术研究院作为国内最大、最权威的碳市场研究机构之一，集合众多碳专家和金融专家，联合通过数学建模、国家政策分析、市场供求关系预测、数据挖掘等方法，生成了国内首个“碳市场投资指数”。在碳积分的经济效益方面，特斯拉发布的第二季度财务报告中有一个数据是向竞争对手出售碳积分获得4.28亿美元，折合人民币30多亿元。2020年上半年，特斯拉依靠出售碳积分就获得了7.82亿美元。2020年9月8日北京市交通委、市生态环境局联合高德地图、百度地图，基于北京绿色出行一体化服务平台（简称“北京MaaS平台”）推出绿色出行碳普惠激励措施以来，累计服务市民绿色出行达245万人次，绿色出行里程达3000万公里，碳减排量达8057吨，平均每日1.3万人参与绿色出行。

3碳积分计算模型

3.1基准线排放计算模型

设定基准线情景，通过替代法设定基准线情景，即在用户可以通过私家车实现出行目的时选择其他出行方式时所产生的碳排放量所形成的差值，如与公交车、出租车、大巴、电动车、地铁等，该方法主要参考CCER方法学CM028-V01“快速公交项目（第3.0版）”、《碳普惠制下市民乘坐地铁出行减碳量核算方法研究+——以广州为例》，数据来源为调查问卷。其中道路交通系统的交通工具排放因子计算方式为：其中为交通工具的排放因子，即该交通工具行驶每公里所产生的 CO2 的排放量，为该交通工具使用每一类燃料的消耗率，其中X1为交通工具类型，W为燃料类型。轨道交通工具排放因子计算与道路交通系统的交通工具排放因子计算类似，但其中为搭乘该交通工具时乘客每人每公里所产生的排放量。

3.2人均出行碳排放计算

由基准线排放计算模型，可推算出交通工具项目的年排放总量为：其中EB 为基准线情景下该公共交通工具项目的年排放总量，为道路交通工具的排放因子，Dx 为道路交通工具x 的年运输距离，Nx为道路交通工具x 的数量，Qx2 为轨道交通工具的年客运周转量，x2为轨道交通工具类型，如地铁、城际轨等;

由此可得人均出行排放计算模型：

EB ，P 为基准线情景下平均每个乘客每次出行产生的排放量，p 为客运量（人次），采用替代法计算时为项目中地铁系统的年客运量。

3.3低碳行为排放量计算模型

用户通过各类交通工具进行低碳出行所产生的减排量需要根据所搭乘的该交通工具的客运量计算平均每人次的出行所产生的排放量进行计算。其模型为：

其中：Ec为项目中地铁系统的年排放总量，Sw ，k 为地铁对燃料类型W的消耗率;Qk为项目中该交通工具的年客运周转量，Eco2 ，x 为燃料类型x 的CO2排放因子，EC ，P 为平均每个乘客单次乘坐该交通工具产生的排放量（kg ·CO2/人次）;P 为项目中地铁系统的年客运量（人次），k为交通工具类型。

3.4减碳量计算

由上述以及基准线情景下所得到的模型计算用户乘坐各类公共交通工具出行所产生的减碳量为：

其中ER ，P 为平均每位乘客单次乘坐某类交通工具出行产生的碳减排量; EB ，P 为基准线情景下平均每个乘客每次出行产生的碳排放量; EC ，P 为平均每个乘客单次乘坐某类交通工具出行产生的碳排放量; ER 为项目的年减排总量（kg ·CO2）。

根据标准交通领域低碳行为减碳量折算碳币规则，1 kg · CO2为1碳币，计算得到基准情景下目前市民出行平均每乘坐1次地铁或公交即可获得1 个碳币，步行2500步可获得1碳币，搭乘一次高铁可获得3碳币。

4碳积分算法实现

使用云开发集成相应云函数实现对后台数据库的链接，减少相应ajax 的次数，提高信道安全，提高数据载体转存效率。

4.1建立云函数

在小程序中，通过云函数“openMySQL”对后台数据库进行连接和数据操作，将 MySQL 的对象存储至一个常量sequelize中，再将使用sequelize.define（）对相对应的表进行相应增删改查的相关操作。其实现的步骤，代码表示如下：

const cloud = require（'wx-server-sdk'）

const Sequelize = require（'sequelize'）

const sequelize = new Sequelize（'text'， 'root'， ''， {

host：'localhost'，

dialect：'mysql'，

port：3306，

pool：{

max：5，

min：0，

idle：10000

}

}）

//创建模型对象sequelize. define（'name'， {attributes}， {op⁃tions}）

const User = sequelize.define（'singer_user'， {

openid：{

type： Sequelize.STRING

//要是主键的话就用prinmaryKey：true

}，

name：{

type： Sequelize.STRING

}，

number：{

type： Sequelize.STRING

}，

password：{

type： Sequelize.STRING

}

}）

cloud.init（{

env： cloud.DYNAMIC_CURRENT_ENV，

}）

4.2数据库连接

再將小程序中输入的值，通过create等函数操作，进而返回给MySQL数据。代码表示如下：

exports.main = async （event， context）=>{

await User.sync（{

alter： true

}）

.then（res =>{

User.create（{

openid：'1'，

name：'大笨老师'，

number：'asdc'，

password：'12345685'

}）;

}）.then（finish =>{

returnfinish

}）

}

4.3数据载体转存

对相应页面数据进行云存储，利用云所携带的MongoDB云数据库做相应的存储，做到一次存储即可使用的效果，尽量减少在我们的实际使用过程中的因为页面固定数据多次传输而导致的数据失真的问题。

5碳积分系统框架及功能

5.1系统框架

在管理后台，传统小程序与App 的结合方式，如图1，能够让数据集中在一个后台端口，但在连接上存在着一定的弊端，小程序的管理方为腾讯，存在小程序的地址IP与服务器地址IP不匹配问题，管理与显示更容易造成滞后的现象。

针对传统系统平台结构下小程序与App运行存在滞后的弊端，构建了一种适合两端数据结构，实现两端内容分离。在 App程序中，通过前端以ajax进行获取数据的相应操作，获取以及数据操作。在小程序中，通过云函数直接对 MYSQL进行访问，同时将一些相关数据放至云数据库中作为页面数据缓存以保证数据线程安全。

5.2系统组成功能

系统的功能主要分为两个前端的不同功能点：小程序和 App。小程序包含积分排行榜、地图查询、积分商城、私家认证以及论坛等五方面功能;App包含积分排行榜、地点查询、积分商城、活动举办、参与活动以及个人信息完善等六方面功能。

在两个前端终端下都有着积分商城以及相应查询功能，这是系统的重点。将相应的绿色出行定位在积分获取以及积分的使用上。在积分商城上我们两端的商品在整体上相同，同时添加着一些小程序端独有的和App端所独有的，增加两个端的区别性和独特性。

1）在小程序系统，重点对个人信息的认证，同时也注重于用户之间交流和建议，能够为用户提供一个比较自由的空间，在此基础上建立一个论坛系统，提供个人私家车认证信息。

2）在App系统下，重点在于对积分进行获取以及填入相关的积分计算，为积分与步数关系以及碳积分计算提供更高的准确率和相应的算法解释，同时也有开展相应的活动内容进行步数和积分奖励，提高用户粘度的活动。

5.3系统测试与分析

对系统主要功能“导航功能”“积分商城功能”进行测试：1）导航功能：在App 和小程序导航搜索界面上，提供输入或者直接显示出附近周边已经你想得到的初始和末尾的位置路线和距离。打开App首页，可以对步数进行统计和查看相应的地图资源，在地图方面有线路规划这个功能点;打开小程序系统，点击线路规划即可输入起点和终点，点击即可观看详细信息。2）积分商城功能：该功能将提供相应的图片及其商品的具体信息显示。在App上，可以进行人性化的相关需求，对个人信息的填写，也有相应的积分等级和每周积分情况;在小程序上，可以查看用户的积分明细情况，采用相对独特的积分算法，以步数、交通工具等载体实现减轻重量和负担等。

本系统技术上，使用的安卓客户端开发使用eclipse ADT工具，数据库部分使用 MySQL语言，小程序端采用JS、Serveless、 html 和样式CSS。这些技术都是在速度、质量上都是可以接受的，在社会层面上，碳积分是国际设立的二氧化碳排放配额，企业或个人通过购买碳积分消除碳足迹。将低碳行为以“碳积分”的形式量化并予以激励，是当代国家和国际上都在热衷和广泛讨论的一个话题，直切了整个行业和环境的痛点。

6结束语

本系统利用碳积分有效量化用户绿色出行贡献，转换为用户实际收益，对个人乘坐公共交通减少的碳排放进行认证、交易，通过物资及经济激励促进城市人群更多地使用公共交通或者步行出行，具有较强的可操作性、趣味性、可拓展性，有一定的社会效益和经济效益。但在系统算法方面，例如在行人信号不佳时，对于其途中断断续续的信号点存在着一定的计算误差，同时在信号不佳时，算法实现手段从位置步伐逐渐演变形成速度、位置为一体的空间坐标定位计算以及时间的测量和时间的经验计算，从而最后更新成为最佳算法，在获取积分与步行时长的等价积分变化上，也需要一种更加方便有效和准确的方式去实现这个内容。为了实现具体的社会价值，需要在市场经营以及算法实现上继续研究。

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【通联编辑：梁书】