我国交通运输业碳达峰时间预测

碳达峰战略背景下,交通运输业作为高碳排放行业面临一系列挑战。本文分析我国交通运输客货运碳排放现状。基于统计数据与相关研究成果,推算含私人小汽车的交通运输业碳排放量,并计算各交通方式的碳排放因子。借鉴部分发达国家经验,预测2019—2040年我国客货运周转量发展趋势。以2040年为目标年,设计未来交通结构和碳排放因子情景,研究我国交通运输业碳达峰时间和达峰值。结果表明:2020年,含私人小汽车的交通运输业碳排放量为11.1亿t。2040年,我国旅客运输需求规模在8.2万亿~8.7万亿人公里,货物运输需求规模在27.3万亿~28.7万亿吨公里。最后,验证了单纯依赖交通结构改善难以实现2040年前碳达峰,还须结合交通清洁技术升级。情景分析表明,采取“公转铁”“公转水”等交通结构转型,公路运输清洁化等政策措施,交通运输业有望于2031—2034年实现碳达峰。

我国交通运输行业及不同运输方式的碳排放水平和强度分析

针对中国交通运输行业碳排放量核算边界、范围、方法不清的问题,采用自上而下和自下而上相结合的方法,通过运输方式分解,建立统计口径清晰、可与国际对标的交通碳排放测算模型,测算2019年中国交通运输业和各运输方式的CO_(2)排放量,分析中国交通运输业的碳排放结构和不同运输方式的碳排放强度,为中国交通运输业制定碳减排路径提供理论基础。结果表明,2019年中国交通运输业的CO_(2)排放量为12.74亿t,仅次于美国(17.88亿t),占全国CO_(2)排放总量的比重为12.42%,占世界交通运输CO_(2)排放总量的比重为14.82%。中国交通碳排放结构较分散,作为碳排放主体的道路运输排放占比(79.15%)低于德国、法国等欧洲国家(85.19%~96.69%),而航空、水路、轨道交通的碳排放占比则高出许多,分别为9.13%、7.06%、4.39%。碳排放强度由大到小排序为航空、公路、铁路、水运。

交通运输网络系统工程

网络化是交通运输系统的自然属性,交通基础设施建设与管理、系统的运营与服务,以及相关配套的政策与管理体制对于系统网络化都有内在需求.本文首先给出了交通运输网络系统工程的定义,并从交通运输网络系统工程中存在的科学问题及未来展望两个角度开展了详细论述.从交通运输系统复杂网络分析、交通运输系统网络化组织运营管理和城市交通系统网络化控制与诱导三个方面介绍了国内外研究与工程实践的最新现状,归纳总结了其中存在且迫切需要解决的科学问题.交通运输系统复杂网络分析的关键科学问题是探索不同交通运输网络拓扑结构与交通动力学时空演化规律、网络承载力、可靠性之间的动态耦合及匹配关系.交通运输系统网络化组织运营管理的关键科学问题是在交通基础设施物理结构为复杂网络的条件下,具有目标异性的多博弈主体(政府、运营企业、乘客等)之间如何实现利益平衡或达到帕累托最优.对于交通运输网络系统工程的未来发展,本文认为重点需要加强对综合交通运输网络系统工程的理论与方法论体系的研究,围绕“综合交通网络的构造演化机理”“城市交通网络供需平衡机理”“多层综合交通网络结构复杂特性及其动力学过程”“出行行为的多样性及可预测性”等问题进行探索.此外,由于新技术环境下的交通系统将出现颠覆性的变革,交通网络运输系统工程的内涵和外延也需要进行根本性的升级改造.具有自驱动、自组织、自决策能力节点的柔性交通运输网络及其共享运行机制,将会是交通运输网络系统工程未来的一个重要研究领域.

我国交通运输系统工程的演化

交通运输系统工程是系统工程理论与交通运输专业实践紧密结合的一门专业系统工程。我国自20世纪80年代引入这一专业术语至今,在应用系统工程理论方法于交通运输系统的过程中,形成了交通运输专业系统工程的特色。本文在回顾交通运输系统工程近半个世纪发展历程的基础上,分析了我国交通运输系统发展的理论与实践演化过程;结合影响交通运输系统的要素与重大活动,梳理提炼交通运输系统工程发展的阶段性特征,阐述不同阶段交通运输系统工程发展理论进展与工程实践成就。考虑到过去近40年来我国社会与经济发展水平已有了较大变化,本文提出了交通运输系统工程理论与方法的研究要点,展望了我国交通运输工程实践中面临的难题。研究认为:在新的历史时期,我国交通运输系统工程面临新的发展机遇,应结合新时期交通运输需求的时空特性与交通供给模式的演变,重点研究交通运输系统服务效能提升理论与方法,攻克碳中和目标下的运输供给技术与管理机制建设难题,切实解决交通运输工程实践与政策领域内日益复杂的问题,从学术、理论及应用上提升交通强国和交通运输系统工程发展水平。

科技进步对交通运输系统发展的影响

人类是科技的发明者,也被科技发展深刻影响.本文从交通运输角度分析人类社会与科技发展的历史关系,解读科技进步对交通运输业及其发展方式、结构的作用.研究发现:科技正以越来越显著、程度越来越强的方式影响着人类客货运输的效率及服务水平.同时,科技发展的速度越来越快,形成了滚雪球的效果.交通运输业的发展在技术进步的推动下需要更多地关注长期战略与长期规划,以避免短期策略带来的重复投资与可能的浪费.未来大数据、物联网、共享技术等给人类社会带来的不仅是效益与效率的改变,还将涉及大量与传统观念甚至社会伦理不同的变革,这些变革值得从社会治理角度去重视与研究.研究认为:“十四五”至2035年,在全面认识未来变革导致的需求下降等风险基础上,首先,应从政府层面做好顶层设计工作,优化交通运输资源配置;其次,应尽快研究规范科技带动下交通运输新兴产品的管理;第三,借助科技发展的推动,提高既有交通运输基础设施的效能,研究部分基础设施提供延伸服务的方法;最后,研究交通运输行业供需新理念,进一步提升客货运输服务质量.这些变革对于交通运输专业工作者与决策者都是新的挑战.

交通运输业不同方式碳排放因子水平比较研究

交通部门的温室气体排放在全球约占24%左右,控制交通部门碳排放对于实现碳中和具有重要意义。在分析各交通方式碳排放过程的基础上,提出了交通碳排放因子的影响因素,通过不同运输方式的碳排放因子测算模型,比较了各种方式碳排放因子的水平。研究表明:航空碳排放因子显著高于其他运输方式,其次为公路、铁路和水路运输。与美国相关碳排放因子的比较表明:除航空货运外,我国各方式客运和货运碳排放因子均低于美国;我国铁路换算运输密度是美国的4.4倍,货运和客运碳排放因子是美国的50%和81.56%。

数据驱动下的传染病大流行期间大城市交通运行状况研究

新型冠状病毒肺炎是近百年来人类遭遇的影响范围最广的全球性大流行病,探究新冠疫情期间不同城市交通运行状况的演变规律,对当前传染病大流行情境下的交通运行至关重要,并对未来类似情形下的城市交通治理具有借鉴作用。城市交通运行状况可由交通健康指数、拥堵延时指数等数据来表征,因此本文收集疫情放开后十个大城市近一个月的拥堵延时指数、平均车速和交通健康指数等数据,通过相关性分析、线性回归、k-means聚类分析等方法,从多个角度探究城市交通健康指数与拥堵延时指数或平均车速之间的关系,据此采用拥堵延时指数来研究各城市交通运行状况。进而基于拥堵延时指数将研究时段划分为疫情影响期、疫情稳定期、复工复产期、春节影响期这四个阶段。并在早晚高峰、疫情、春节以及跨年夜等多种情境下,从工作日和节假日多方面挖掘各城市在疫情放开影响下交通状况变化的异同点。结果表明,在疫情放开和春节假期等多种复杂因素的影响下,交通健康指数仍能由拥堵延时指数或平均车速线性表征,交通健康指数存在一定程度的冗余,用拥堵延时指数等更易获取的数据就能够描述城市的交通运行状况。此外,疫情消退过程中,工作日早晚高峰出行的不均衡性较小,而节假日早晚高峰出行的不均衡性较大,达到40%。

多源数据融合驱动的城市快速路交通状态划分

为提升交通状态划分效果,本文提出一种基于负激励项的改进模糊C均值聚类(BNITFCM)交通状态划分模型。该模型在原有FCM(Fuzzy C-Means)模型基础上考虑了交通流样本点权重以及交通流参数权重对聚类效果的影响,并引入隶属度负激励项、交通流权重负激励项、交通流样本点权重负激励项使聚类结果呈现类内高耦合、类间低耦合的特性。在此基础上,对样本点进行加权处理,用加权欧氏距离描述样本点之间的关系。通过拉格朗日乘子法得出模型的迭代公式并通过该迭代公式对模型进行求解。针对大多交通状态划分方法参数特征维度低的问题,本文以经过多源数据融合获得的速度、速度标准差、流量、密度和道路满载度构建高维特征输入。以数值仿真实验检验了BNIT-FCM模型在分类准确性方面的表现,结果表明,BNIT-FCM模型较FCM模型和改进模糊隶属度FCM模型(IFMD-FCM)的ARI(Adjusted Rand Index)分别提升了4.17%和3.56%。以深圳市北环大道卡口和浮动车数据的交通流为研究对象,实验结果表明,BNIT-FCM模型对比FCM模型以及IFMD-FCM模型的轮廓系数分别提升了4.12%和4.07%;同时,BNIT-FCM模型采用多源融合数据的速度及其标准差比单独采用卡口数据和单独采用浮动车数据的速度及其标准差的轮廓系数分别提升了29.67%和54.13%。

跨线条件下城市轨道交通列车交路计划优化方法

跨线运营是城市轨道交通重点发展方向。针对跨线条件下列车交路计划编制问题,通过构造乘客出行时空网络图准确刻画复杂交路下的客流行为,建立以最小化列车走行公里与乘客出行时间成本为目标的混合整数规划模型。模型以列车交路方案、开行比例与频率为决策变量,并针对跨线交路与本线交路的行车冲突,考虑非等间隔发车,确定列车发车时刻。设计基于交路及开行频率搜索与运行间隔协调的定制分解算法。案例结果表明,列车跨线方向与乘客换乘主方向一致时,跨线交路可同时提升企业运营与乘客出行效益。换乘出行导致的断面客流量差异是跨线交路开行方案设置的主要依据。研究结论可为运营企业制定列车交路计划提供依据,有助于提高网络运输效率。

基于超图卷积的跨交通方式客流联合预测模型

大城市多种交通方式交织形成了彼此互通的客流网络,而跨交通方式客流之间的时空关联关系错综复杂,需要客流联合预测来解析整体出行规律,这对实现跨交通方式客流无缝衔接出行至关重要。针对跨交通方式客流网络,引入跨交通方式超图关联矩阵刻画公交和地铁的客流超图网络之间关联关系,提出一种基于双模时空超图卷积网络(BSTHCN)的跨交通方式客流联合预测模型。具体来说,模型由3部分组成:输入模块、时空卷积模块(包括时间卷积和空间卷积)和输出模块,可同时捕捉公交、地铁站点和线路的客流特征,以及两种客流网络之间换乘客流特征。最终,模型可识别提取重要信息特征,并进行特征聚合和分配。实证分析结果表明,相对于经典预测模型而言,BSTHCN具有更优的预测精度,以预测1h后的客流为例,在公交和地铁数据集上的平均绝对误差(MAE)指标至少分别减小了8.93%和8.10%,均方根误差(RMSE)指标至少分别降低了10.64%、7.47%。且BSTHCN的参数量和模型运行时间均在合理范围内,相比于时空卷积网络(S-TGCN)和扩散卷积递归神经网络(DCRNN),BSTHCN在实现更精准预测的同时,运行时间仅增加了4.82%。综合来看,BSTHCN显示出较强的竞争力。消融实验结果则进一步表明,BSTHCN在引入超图并考虑跨交通方式关联后,可更好地反映客流网络中的局部与整体特征,提升客流预测的精度。

东京城市轨道交通运营企业关联业务模式研究

近些年我国城市轨道交通发展迅速,轨道交通建设与维护面临着更大的经济可持续问题。东京站城一体化的案例表明,轨道交通运营企业可通过经营多元化业务实现自负盈亏。以东京3家轨道交通运营企业关联业务的经营现状为例,从历史角度分析其关联业务模式形成原因及与线路建设之间的发展关系,对我国轨道交通运营企业关联业务经营提出建议。研究结果表明,关联业务盈利的核心为轨道交通承载的客流,并通过居民、乘客和消费者间的转化实现。我国城市轨道交通运营应着重于客流要素,分析核心区内外线路服务客流的特点,运用居民-乘客-顾客转化策略,创造更多的轨道交通出行需求,并将其转化为关联业务的消费者,实现轨道交通运营企业的关联业务盈利。

城市客运交通方式碳排放强度比较

为比较不同城市客运交通方式的碳排放水平,提出城市客运交通碳排放强度评价指标,构建城市客运交通碳排放强度测算模型,结合Kruskal-Wallis检验和Bonferroni校正方法,分析不同城市客运交通方式碳排放强度的显著差异性,并采用k-means聚类方法,研究不同运营里程轨道交通的碳排放强度.研究表明:(1)定员人公里碳排放因子(RPCF)和实际人公里碳排放因子(APCF)指标均能有效评估城市客运方式的碳排放强度,但2个指标之间具有明显、不可忽略的差异.(2)从RPCF和APCF的平均水平来看,城市公共交通相较私人交通均具有明显的低碳优势.RPCF均值由大到小排序为:汽油小汽车、纯电动小汽车、柴油公交车、天然气公交车、城市轨道交通、纯电动公交车,取值分别为40.69,21.26,14.86,11.63,8.81,5.28gCO_(2)/(人·km);APCF均值由大到小排序为:汽油小汽车、纯电动小汽车、城市轨道交通、柴油公交车、天然气公交车、纯电动公交车,取值分别为113.02,59.06,43.14,42.47,33.24,15.07gCO_(2)/(人·km).相较于RPCF,城市轨道交通APCF的低碳优势减弱.(3)总体水平来看,城市轨道交通、柴油公交车相较于纯电动小汽车不具有低碳优势,天然气公交车和纯电动公交车相较城市轨道交通具有明显低碳优势,纯电动公交车是最低碳的客运方式,汽油小汽车是最不低碳的客运方式.(4)相较于低运营里程轨道交通,目前高运营里程轨道交通发挥出了更大的低碳优势.运营里程为0~70,70~200,200~400,400~600,600~800km的轨道交通对应的APCF分别为86.03,57.43,51.71,34.11,33.41gCO_(2)/(人·km).

面向交通环境影响评价的大气扩散模型应用策略

针对交通环境影响评价中大气污染物扩散模型(AERMOD)的建模过程极易发生测算错误,进行了面源模拟和体源模拟对比,以及受体低分辨率和高分辨率布设方案对比的应用策略研究。在此基础上,分析了体源中仿真隔离区(exclusion zone)的计算机制,并且设计了避免仿真隔离区带来测算误差的方法。研究结果表明,由于仿真隔离区的存在,在使用体源模拟进行交通环境影响评价时,极易产生计算误差。另外,高密度的受体布设能更好地刻画扩散特征,尤其是在离污染源较近位置浓度峰值区域的特征。

基于MFD的路网理论效能最优交通指数计算方法--以北京市为例

针对交通运行指数(Traffic Performance Index,TPI)合理值取值问题,将宏观基本图(Mac⁃roscopic Fundamental Diagram,MFD)模型与交通运行指数模型相结合,提出理论效能最优交通指数的求解方法.首先,利用各等级道路交通流基本图模型,建立全路网MFD,寻找路网理论效能最优状态点;其次,以速度为连接,将该点映射至基于严重拥堵里程比的交通运行指数模型中,得到理论效能最优交通指数;最后,以北京市全路网及行政区为例进行实证研究.结果表明:全路网的理论效能最优交通指数为6.42,东城区、西城区、海淀区和朝阳区理论效能最优交通指数依次为6.86,6.80,6.76,4.58.朝阳区理论效能最优交通指数最低,其路网性能优于其他三区.该方法为交通管理和交通出行提供直观参考,并为制定交通管理政策提供理论支撑.

北上广深蓉与东京轨道交通覆盖人口的比较分析

为探究不同城市轨道交通服务与人口分布和城市功能布局之间的关系,以北京、上海、广州、深圳、成都以及日本东京为对象,以距离和时间作为圈层划分依据对比分析了6个城市轨道交通覆盖人口的空间特征,研究了其与城市功能布局的耦合关系。进一步从输送能力的角度定量分析6个城市轨道交通运营组织与覆盖人口的关系。研究结果表明:轨道交通覆盖人口呈径向递减趋势;15 km圈层之外,中国5个城市轨道交通覆盖人口占区域内全部人口的比值已经低于10%,而东京仍旧高于20%;中国5个城市的主要功能区集中在城市中心区,东京的主要功能区分布较为分散但依旧拥有较高的轨道交通覆盖率,其对城市空间结构的支撑作用更加显著。6个城市轨道交通的输送能力与覆盖人口从整体上看均呈现正相关性,东京轨道交通的相关性体现为通过更加灵活的交路组织和运力分配实现供给与需求的匹配。

基于累积前景理论的轨道交通非常态乘客出行方式选择行为研究

当城市轨道交通系统出现异常,乘客容易产生盲目、恐慌、从众等心理,并做出非完全理性的决策。现有MNL模型基于信息完备假设与完全理性假设,在面对非常态情景时的适应性较差。为刻画非常态情况下乘客的不完全理性并考虑乘客个体差异,解决MNL模型的不适用性,本文针对轨道交通非常态情景,通过累积前景理论进行建模。首先,综合考虑时间、费用、舒适度与便捷性4个对乘客出行行为有直接影响的因素,构建基于累积前景理论的轨道交通非常态乘客出行方式选择模型,刻画乘客的不完全理性行为。然后,开展问卷调查用以标定模型参数,并结合调查结果构建服从泊松分布的差异化参考点,描述模型的参考点依赖现象,差异化参考点的泊松分布检验值满足大于等于0.05的检验标准,解释了乘客出现不同决策结果的本质,使综合前景呈现随参考点波动的态势。最后,将引入差异化参考点的基于累积前景理论的轨道交通非常态乘客出行方式选择模型与多项Logit(multinomial logit,MNL)模型进行对比。研究结果表明:针对非常态情景,本文模型体现了乘客面对非常态时的有限理性与个体差异性,宏观角度下的交通方式划分率计算结果总体偏差较MNL模型减小了4.9%,微观角度下乘客个体决策结果预测准确率较MNL模型提升了25.4%,整体效果优于MNL模型,验证了模型的合理性。研究成果可以为轨道交通非常态下的交通需求预测与应急响应提供理论支撑。

基于GPS轨迹数据的货车交通流量需求预测循环神经网络模型

动力性差、尺寸大是货车影响道路交通流运行效率的重要原因,为提高货车运行效率,对快速路货车流量预测问题进行研究.基于货车GPS轨迹数据,构建长短时循环神经网络(Long Short Term Memory,LSTM),门控神经单元(Gated Recurrent Unit,GRU),双向长短时记忆网络(Bidirectional Long Short Term Memory,Bi-LSTM)和双向门控神经单元(Bidirectional Gated Recurrent Unit,Bi-GRU)四种货车交通流量需求预测循环神经网络模型.研究结果表明:货车交通流量需求预测循环神经网络模型对货车交通流量具有很好的预测能力,平均预测精度为91.55%,较ARIMA高出10.45%;GRU模型对整体货车流量序列预测精度最高;低峰时段平均预测精度高于高峰时段,LSTM在波动较强的高峰时段预测精度最高,为96.83%;Bi-GRU在低峰时段的预测精度最高,为97.66%.研究成果将为政策制定者选用合适的循环神经网络模型,精准预测货车流量,提高货车交通运行效率提供理论和技术支持.

城市轨道交通网络运营安全的综合评估

运营安全评估是保障轨道交通网络化安全运营的关键环节之一。基于熵权可拓物元模型提出了一种轨道交通线网运营安全评价的方法。该方法通过统计分析轨道交通线网历史运营情况,构建运营安全评价指标体系;利用数理统计划分评价指标的经典域;利用熵权模型计算指标权重;并利用可拓物元模型计算轨道交通线网的综合评价值和风险等级。研究结果表明,所构建的轨道交通线网运营风险评估的指标体系切实可行,基于熵权可拓物元模型提出的评价方法能客观有效地评估线网的运营风险。

基于主题提取模型的交通违法行为文本数据的挖掘

长期以来,各类交通事故严重影响了人们生命财产安全和社会经济发展。交通事故分析是对交通事故资料进行调查研究,发现事故动向和各种影响因素对事故总体的作用和相互关系,以便定量地认识事故现象的本质和内在规律。通过对交通事故中记录驾驶员违法行为的文本数据进行分析,提出了一种文本主题提取模型和技术,来挖掘交通事故中驾驶员风险驾驶因素,解决以往交通事故统计中交通违法行为难以挖掘的问题,计算出影响交通事故的最大支配因素。最后以北京地区一般程序处理的交通事故为例,结合北京市交通管理专家经验,验证该模型可应用于交通事故中违法行为的主题提取,结论与长期治理经验相吻合。

基于NL模型的北京公共交通票价对出行方式影响研究

利用SP(stated preference)调查挖掘了更多乘客选择出行方式时关注的因素,对比研究了MNL(multinomial logit)与NL(nest logit)模型机理,构建了更具适用性的交通方式选择NL模型,以北京市为例验证了模型的可靠性。应用模型分别探究了常规公交及地铁票价变化对乘客交通方式选择的影响。结果表明,随着常规公交票价的增加,0～10 km范围内常规公交出行者向私家车转移,10 km以上则会选择地铁出行;而随着地铁票价的增加,地铁出行方式的分担率明显下降,并导致公共交通分担率的下降。通过探究公共交通票价变化对乘客出行方式选择的影响,为北京市公共交通票价调整提出合理建议。