基于交通污染社会边际成本的网络优化模型研究

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3.0 陈辉 2024-11-19 6 4 1.23MB 58 页 15积分
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摘 要
随着城市化和城市机动化的发展，诸于机动车尾气污染、交通拥挤和交通事
故等城市交通问题日趋突出，给城市的可持续发展带来了巨大挑战。在过去的半
个世纪里，交通规划的基本理论处于不断发展和完善之中，各种交通模型不断丰
富，并得到有效应用，为解决世界各国的城市病问题做出了重大贡献。
我国正处于社会发展、经济转型的关键时期，为更好的促进“资源节约型、
环境友好性”城市的发展，深入理解可持续城市交通的内涵，建立一套城市可持
续发展的交通规划体系迫在眉睫。
目前，国内外的相关研究主要集中在城市机动车尾气污染排放研究、机动车
尾气污染带来的社会成本研究、基于交通污染社会成本的交通规划研究等领域，
本研究在前人研究的基础上，认真分析和总结了建立一套机动车尾气污染社会成
本的网络优化模型所需的思路和要点。其具体思路是首先必须建立一套面向城市
交通规划的综合排放因子模型，然后在对应的排放因子模型基础上研究机动车尾
气污染的社会成本模型，如同 BPR 函数形式一样，最后建立基于交通污染社会成
本的网络优化模型；其具体工作内容和结论包括：
分析和对比了常用的机动车排放因子的确定方法，认为模式计算法是建立面
向交通规划的综合排放因子模型的基础。通过比较分析常用模式计算法，确定了
在 COPERT 模型的基础上建立该综合排放因子模型。
应用我国在大气污染排污收费的经验和政策，分别研究得出了单位机动车尾
气污染中区域性污染物的对应社会成本。
结合以上两个研究结论，构建了面向城市交通规划的基于机动车尾气污染社
会成本的网络优化模型，该模型的目标函数是城市交通网络中小汽车尾气污染带
来的社会成本总和最小化。
报告的最后还给出了一个算例，算例考虑了三种配流模型：UE、SO 及本研
究建立的网络优化模型。以上三种不同的配流方法得出了不同的路径分配结果。
关键词：可持续城市交通 排放因子 社会成本 配流模型
ABSTRACT
With the urbanization and urban development of motorization, traffic problems
in cities, such as vehicles exhaust pollution, traffic congestion and traffic accidents,
are increasing seriously, have brought a great challenge to the city's sustainable
development. In the past half century, the basic theory of transportation planning has
experienced continuous development and improvement, various transportation
planning models has been being enriched, and applied effectively, and they have made
a significant contribution to urban diseases around the world.
Our country is at a critical period of social development and economic
restructuring, in-depth understanding of the meaning of sustainable urban transport, it
is urgent to construct a sustainable urban transport planning system.
The relative research at home and abroad mainly Involves in City Motor Vehicle
Exhaust Emissions Study, the social cost study on motor vehicle exhaust pollution, the
transport planning study on the social cost based on traffic pollution and so on. On the
basis of previous studies, this paper analyzes and summarizes the necessary ideas and
points for the establishment of network optimization model based on the social costs
of vehicles pollution. The specific idea is that: Firstly, it is necessary to build a
integrated emission factor model face to urban transport planning; then we must study
the social costs of motor vehicle exhaust pollution model, the same functional form as
the BPR, and finally establishes a network optimization model based on the social
costs of traffic pollution.
Finally the report gives a numerical example, which considers three kinds of
traffic assignment models: UE model, SO model, and the established network
optimization model. The above three traffic assignment models yielde different results
of the path traffic result.
Keywords：Sustainable transport, emission factor, the social costs,
traffic assignment
I
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 ....................................................... 1
§1.1 研究背景 .................................................. 1
§1.2 研究范围 ..................................................4
§1.3 研究目标 ..................................................4
§1.4 研究内容和技术路线 ........................................5
第二章 国内外研究综述 .............................................. 7
§2.1 城市机动车尾气污染排放研究 ................................7
§2.2 城市机动车尾气污染社会成本研究 ............................8
§2.3 基于交通污染社会成本的交通规划研究 ........................9
§2.4 本章小结 .................................................10
第三章 面向城市交通规划的机动车尾气综合排放因子模型研究 ........... 11
§3.1 机动车尾气排放因子的确定方法 .............................11
§3.1.1 台架测试法 ......................................... 11
§3.1.2 模式计算法 ......................................... 11
§3.1.3 实际行驶工况测试法 ................................. 12
§3.1.4 公路隧道法 ......................................... 12
§3.2 排放因子模型概述 .........................................13
§3.2.1 MOBILE 模型 .........................................13
§3.2.2 EMFAC 模型 ..........................................15
§3.2.3 IVE 模型 ............................................15
§3.2.4 CMEM 模型 ...........................................16
§3.2.5 COPERT 模型 .........................................17
§3.2.6 PART 5 模式 ........................................18
§3.2 基本排放因子模型的比较与优选 .............................19
§3.2.1 模型适用性指标选择 ................................. 19
§3.2.2 模型实用性比较 ..................................... 22
§3.4 面向城市交通规划的机动车尾气综合排放因子模型的构建 ....... 23
§3.4.1 机动车尾气污染物覆盖范围 ............................23
§3.4.2 车辆分类 ........................................... 24
II
§3.4.3 基本排放因子模型的构建 ............................. 25
§3.5 本章小结 .................................................30
第四章 机动车尾气污染社会成本研究 ................................. 33
§4.1 我国排污收费制度 .........................................33
§4.1.1 排污收费的概念 ..................................... 33
§4.1.2 排污收费的依据 ..................................... 33
§4.1.3 排污收费的标准 ..................................... 33
§4.1.4 排污收费制度的主要内容 ............................. 33
§4.1.5 我国排污收费制度执行情况 ........................... 34
§4.2 大气污染排污收费 .........................................35
§4.3 机动车尾气污染社会成本 ...................................35
§4.5 本章小结 ................................................. 37
第五章 基于机动车尾气污染社会成本的网络优化模型研究 ............... 39
§5.1 交通网络优化模型概述 .....................................39
§5.1.1 平衡分配法 ......................................... 39
§5.1.2 系统最优化的交通分配 ............................... 39
§5.2 基于机动车尾气污染社会成本的网络优化模型构建 .............40
§5.2.1 符号定义 ........................................... 40
§5.2.2 模型描述 ........................................... 40
§5.2.3 数学规划模型的构建 ................................. 40
§5.3 基于机动车尾气污染社会成本的网络优化模型的应用 ...........42
§5.4 三种网络分配模型算例结果的比较 ...........................43
§5.5 本章小结 .................................................43
第六章 结论与展望 ................................................. 45
§6.1 主要研究结论 .............................................45
§6.2 进一步的研究和展望 .......................................45
附录 A 大气污染物污染当量值 ........................................47
附录 B 欧洲排放标准出台时间 ........................................48
附录 C 相关模型的解法 Matlab 程序 ...................................49
参考文献 .......................................................... 51
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .................... 55
1 在读期间公开发表的论文 .......................................55
2 在读期间参与的科研项目及所取得的成果 .........................55
致 谢 ............................................................. 57
第一章 绪 论
1
第一章 绪 论
§1.1 研究背景
1城市社会经济的发展与交通运输系统的发展息息相关
随着社会经济的发展和中国城市化进程的加快，城市机动车化程度越来越
高；城市社会经济的发展刺激了交通需求的增长，促进了交通运输业的发展与改
善。这反映了有什么样的生产关系就要求有什么样的生产力与之想适应。新的交
通需求的产生意味着公共部门需要补给一定规模的交通供给；交通是经济的命
脉，一个便捷、高效的交通运输系统能够提高人、货流通效率，起到缩短运输时
间、减少运输距离的作用，进而促进社会经济的发展。新增的交通资源的供给能
够很大程度上促进社会经济的发展。这意味着生产力促进了生产关系的发展。
因此，要发展经济势必要发展交通，而城市交通需求的无序发展又不可避免
带来了诸多环境污染，反过来又阻碍了城市社会经济的发展。
图1总结了社会经济、交通需求交通供给、环境等诸要素之间的相互关系。
图 1 社会经济发展与城市交通发展关系分析
2交通污染的影响
近30年来出现的全球气候变暖、酸雨、臭氧层的破坏三大全球性环境问题，
日益威胁着人类的生存，使人类面临着巨大的生存挑战。有人研究认为，汽车尾
气污染造成的全球温室效应的贡献率达15%。机动车污染的影响体现在：
（1）交通污染对城市环境的影响
改革开放以来，随着发展战略调整与改革深入，城市化水平不断提高。自20
世纪80年代以来，我国城市化进程步入了快速增长时期，城市化水平呈现逐年上
升趋势。不断增加的城市化率和不断增加的机动车保有量产生了大量交通问题：
交通拥堵，车流速度缓慢，机动车排放出大量的污染物，污染城市环境，对生活
在城市中的居民身体健康和私有财产都产生严重影响。城市空气污染将是城市发
展，特别是大城市发展面临的严峻问题。在北京、上海、广州等特大城市，机动
基于交通污染社会成本的网络优化模型研究
2
车排放的CO、NMHC和NOx等有害物质已经成为城市大气污染的主源。根据1996
年上海市机动车实际行驶工况下测定的污染排放系数计算，上海市燃油机动车辆
每年向大气中排放CO约38万吨，NOx约8.15万吨，NMHC约10万吨，铅约123.5
万吨[1]。
（2）交通污染对居民健康的影响
表 1 交通污染对居民健康的影响
尾气污染物
主要危害
碳氧化物
（CO，CO2）
CO 可引起窒息或死亡；CO2浓度较高时对人会产生不良影响
氮氧化物
（NOx）
有毒，会对呼吸系统和视觉系统产生刺激性；参与大气中的光化学反
应，形成光化学烟雾后其毒性更强；抑制植物生长
碳氢化合物
（HC）
其中的多环芳烃类物质（PAH）大多数都具有致癌作用；是酸雨的成
分之一，还会破坏臭氧层的催化作用，引起光化学反应，生成危害极
大的光化学烟雾
固体悬浮物
（TSP）
微颗粒会增加呼吸系统疾病、心血管疾病，及与癌症相关的死亡、肺
炎、肺功能衰减及哮喘等
铅
铅对新陈代谢和生命组织的运动有影响，会引起儿童贫血和智力迟
钝；成人血液中铅含量增加到 60～120μg/100g 血液时，会感觉到疲
倦、易怒、轻微的头痛及出现贫血般的脸色苍白；当急性铅中毒使血
液中的铅浓度超过 120μg/100g 时，会导致急性的大脑疾病，心理失
衡及高度侵犯性的行为，同时也可能造成手脚肌肉无力以及导致手脚
瘫痪
（3）交通污染对城市社会经济发展的影响
许多发达国家道路交通的社会耗费占到国民生产总值的5%，
[2]这项费用主要
用于道路网络上机动车造成的空气及噪声污染和交通事故的治理。Luk Shiu-Fai[3]
研究得出，在香港，交通的拥塞引发了空气污染和生产时间的虚耗，金钱的损失
每年约为230亿港元。虽然国内目前环境损失还没有成熟的估算方法，但研究表
明环境污染对中国国民经济影响也是相当严重的。1996年中国社会科学院的一份
研究报告指出：
90年代以来中国环境污染的年损失已高达1000亿元，占当年GNP
的3％，其中还不包括资源破坏的损失，如果把水污染加在一起，中国仅环境污
染每年造成的损失要高达540亿美元[4]。
（4）交通污染对城市可持续发展的影响
《中国21世纪初可持续发展行动纲要》在“环境保护和污染防治”一节中指
出要强化重点城市大气污染防治工作。在城市交通管理上，“整合城市交通结构，
优先发展公共交通，特大城市要注重发展轨道交通，建立公共交通优先的路网系
统，控制城市机动车尾气污染和噪声污染。” 城市交通污染不仅影响了当代人需
求的满足，对城市居民的健康带来了影响；从“平等、公正”的角度，环境属于
所有的人，属于全人类，而一部分过分使用私人交通工具，更多地燃烧化石燃料，
摘要：

摘要随着城市化和城市机动化的发展，诸于机动车尾气污染、交通拥挤和交通事故等城市交通问题日趋突出，给城市的可持续发展带来了巨大挑战。在过去的半个世纪里，交通规划的基本理论处于不断发展和完善之中，各种交通模型不断丰富，并得到有效应用，为解决世界各国的城市病问题做出了重大贡献。我国正处于社会发展、经济转型的关键时期，为更好的促进“资源节约型、环境友好性”城市的发展，深入理解可持续城市交通的内涵，建立一套城市可持续发展的交通规划体系迫在眉睫。目前，国内外的相关研究主要集中在城市机动车尾气污染排放研究、机动车尾气污染带来的社会成本研究、基于交通污染社会成本的交通规划研究等领域，本研究在前人研究的基础上，...

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