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摘 要：针对城市客运交通的碳排放不断增长的问题，以客运交通结构优化为基础，从城市交通可持续发展角度出发，构建了以最小化碳排放为目标的城市交通结构优化的线性规划模型，其中各种交通方式的周转量为决策变量。同时客运交通结构优化考虑了出行需求总量约束、道路资源约束、能耗约束、出行人次约束以及各种交通方式发展规模约束，并以合肥为例进行了分析。
关键字：城市客运交通结构；线性规划模型；低碳；
中图分类号：C913文献标识码： A
0 、引言
随着我国城市化进程的不断发展，城市居民的出行需求也迅速增长，由城市交通引起的交通碳排放和污染问题也越趋严重。国际能源署2009年的报告《运输、能源与二氧化碳：迈向可持续发展》表明，全世界CO2总排放量的25%来自交通运输。在城市交通结构中不同交通方式的客运量比例反映了不同交通方式在客运交通系统中的不同地位，并且直接影响着城市客运交通的二氧化碳，如何優化城市客运交通结构，实现城市客运交通结构的低碳问题也必将是我们研究的一项首要任务。陆化普[1]（2004）建立了基于能源消耗约束下的城市交通结构体系优化模型，考虑了城市各种能源消耗与交通污染的密切关联性,把能源消耗作为约束条件的同时，保留了环境容量和交通容量约束条件，对城市交通系统进行优化。吕慎[2]（2007）建立了大城市客运交通结构优化的单目标线性规划模型，其中决策变量为城市客运交通系统中各种交通方式的周转量。本文在此基础上主要以优化城市客运交通结构为内容，构建城市低碳发展的结构模式，可以有效满足管理者减少城市交通碳排放的要求。
1、城市交通结构优化目标分析
在城市交通CO2排放越来越严重的背景下，发展城市低碳交通，减少城市交通部门的温室气体排放是建设低碳城市，提高城市居民生活质量，走可持续发展之路的必然要求。在城市交通发展过程中，交通管理者希望城市交通CO2排放量最少，具体表示如下：
式中：为CO2排放量； 为第种交通方式CO2排放因子，单位：；为第种交通方式的客运周转量，单位：；为出行方式的种类。
2、城市交通结构优化的约束确定
对于城市交通结构的优化，我们主要从城市交通系统的可持续发展及城市客运效率两大方面进行考虑其约束条件。城市交通系统可持续发展约束主要包括：道路资源约束和能源消耗约束两个个方面；而对于客运效用则从出行需求、出行方式发展规模、以及出行人次与周转量关系进行考虑。
(1)出行需求约束
(2-1)
式中：为日客运需求周转总量，可由下式[3]确定：
其中：为规划年城市居民出行发生总量；为现状年居民的平均出行距离；为规划年城市用地面积；为现状城市用地面积。
(2)发展规模约束
(2-2)
式中：与分别为第种交通方式承担客运周转量的上限和下限。
(3)道路资源约束
道路资源约束构成了城市客运交通结构优化的刚性约束条件之一[3]，城市机动车的发展不能超出城市道路网络的容量要求，其具体约束形式如下：
(2-3)
式中：、分别为第中出行方式人均动态占地面积以及城市的人均道路面积。主要通过城市总体规划得到，的确定主要参考文献[4,5]。
(4)能源消耗约束
为了满足城市交通系统的可持续发展目标，能源在城市交通系统中的消耗需要得到合理的控制，不能使其超过城市交通可持续发展的能源消耗水平，其约束形式如下：
(2-4)
式中：为第种交通方式的能源消耗因子，单位：；为交通能源消耗的上限，规划年人均城市客运交通能耗上限为每人每日为18.1MJ[6]。
3、模型应用
本文主要考虑步行、自行车、常规公交、出租车、私家车、轨道交通6种类型。以合肥市2010年为现状年，2020年为规划目标年，对合肥市交通结构进行优化。根据《合肥市公共交通专项规划》、《2006到2020年合肥市城市总体规划》以及《安徽统计年鉴—2012》，目标年合肥市总出行发生量为1576万人次/日。目标年及现状年建设用地面积分别为360平方公里和325.91平方公里。现状年全日平均出行距离参考文献[7]数据，根据不同出行目的和取平均值，为：5.705公里。目标年合肥市交通需求周转量为9451.33，人均道路用地面积为20，合肥市规划人口为710万。现状年合肥市居民各种出行方式比例分别为：公共汽车22.8%；出租车6.2%；私家车21.2%；自行车3.1%；步行35.3%[7]。根据相关文献[7-10]，结合合肥市相关状况，确定相关参数，其中由于轨道交通是在建工程，我们假定其平均出行距离为8.5km，为3%，各种交通方式相关参数如下表1：
表1 各交通方式的相关参数
出行方式 轨道交通 公交车 出租车 私家车 自行车 步行
8.5 6.95 8.87 8.6 3.11 1.36
0.5 1.5 30 15 8 0.75
0.049 0.075 0.135 0.135 0 0
0.322 0.714 5.59 2.795 0 0
出行 比例 上限 30% 30% 10% 25% 10% 35.5%
下限 10% 20% 3% 10% 5% 15%
发展
规模 上限 4222.11 3451.44 1468.83 3557.82 490.14 800.06
下限 1407.37 2300.96 440.65 1423.13 245.69 338.05
其中为现状年各种出行方式的平均出行距离，规划年各种出行方式的平均出行距离可由式确定。文中所建立的线性规划模型求解方法简单，可通过Matlab进行求解。以、、、、、分别表示轨道交通、公交车、出租车、私家车、自行车、步行的规划年客运周转量。
求解得出：=3996，=2300，=440，=1423.13，=490.14，=800。从中我们可以看出需要大力发展公共交通，提高公共交通的客运周转量。
4、结论
城市客运交通系统结构优化是一个复杂的系统优化问题。针对城市交通系统中二氧化碳排放不断增长的问题，以城市客运交通结构优化为基础，建立了以低碳为目标的城市客运交通结构优化模型，为城市交通可持续发展提供了一定理论与方法。
参考文献
[1]陆化普, 王建伟, 张鹏. 基于能源消耗的城市交通结构优化[J]. 清华大学学报(自然科学版). 2004, 44(3): 383-386.
[2]吕慎, 田锋, 李旭宏. 大城市客运交通结构优化模型研究[J]. 公路交通科技,2007, 24(7): 117-120.
[3]胡兵. 可持续发展的城市客运交通系统结构的研究[D]. 西安：长安大学硕士学位论文, 2006.
[4]陆锡明, 陈小雁. 客运规划与城市发展 [M] .上海:华东理工大学出版社, 1996.
[5]程斌. 轨道交通与城市交通可持续发展 [M].中国铁道科学,2001.
[6]丁哲. 交通方式结构对城市可持续发展的影响分析[D]. 南京: 南京林业大学硕士学位论文, 2008.
[7]陈熙. 合肥市主城区居民出行特征及其规划响应对策研究[D]. 合肥：安徽建筑工业学院，2011.
[8]陈飞, 褚大建, 许琨. 城市低碳交通发展模型、现状问题及目标策略——以上海市实证分析为例 [J]. 城市规划学刊,2009.
[9]陈静,张景秋. 低碳经济视角下的北京公共交通发展研究 [J]. 改革与战略，2010.
[10]张生瑞, 周伟, 姜彩良等. 城市客运结构评价体系及评价方法[J]. 长安大学学报(自然科学版),2004,24（4）.
关键字：城市客运交通结构；线性规划模型；低碳；
中图分类号：C913文献标识码： A
0 、引言
随着我国城市化进程的不断发展，城市居民的出行需求也迅速增长，由城市交通引起的交通碳排放和污染问题也越趋严重。国际能源署2009年的报告《运输、能源与二氧化碳：迈向可持续发展》表明，全世界CO2总排放量的25%来自交通运输。在城市交通结构中不同交通方式的客运量比例反映了不同交通方式在客运交通系统中的不同地位，并且直接影响着城市客运交通的二氧化碳，如何優化城市客运交通结构，实现城市客运交通结构的低碳问题也必将是我们研究的一项首要任务。陆化普[1]（2004）建立了基于能源消耗约束下的城市交通结构体系优化模型，考虑了城市各种能源消耗与交通污染的密切关联性,把能源消耗作为约束条件的同时，保留了环境容量和交通容量约束条件，对城市交通系统进行优化。吕慎[2]（2007）建立了大城市客运交通结构优化的单目标线性规划模型，其中决策变量为城市客运交通系统中各种交通方式的周转量。本文在此基础上主要以优化城市客运交通结构为内容，构建城市低碳发展的结构模式，可以有效满足管理者减少城市交通碳排放的要求。
1、城市交通结构优化目标分析
在城市交通CO2排放越来越严重的背景下，发展城市低碳交通，减少城市交通部门的温室气体排放是建设低碳城市，提高城市居民生活质量，走可持续发展之路的必然要求。在城市交通发展过程中，交通管理者希望城市交通CO2排放量最少，具体表示如下：
式中：为CO2排放量； 为第种交通方式CO2排放因子，单位：；为第种交通方式的客运周转量，单位：；为出行方式的种类。
2、城市交通结构优化的约束确定
对于城市交通结构的优化，我们主要从城市交通系统的可持续发展及城市客运效率两大方面进行考虑其约束条件。城市交通系统可持续发展约束主要包括：道路资源约束和能源消耗约束两个个方面；而对于客运效用则从出行需求、出行方式发展规模、以及出行人次与周转量关系进行考虑。
(1)出行需求约束
(2-1)
式中：为日客运需求周转总量，可由下式[3]确定：
其中：为规划年城市居民出行发生总量；为现状年居民的平均出行距离；为规划年城市用地面积；为现状城市用地面积。
(2)发展规模约束
(2-2)
式中：与分别为第种交通方式承担客运周转量的上限和下限。
(3)道路资源约束
道路资源约束构成了城市客运交通结构优化的刚性约束条件之一[3]，城市机动车的发展不能超出城市道路网络的容量要求，其具体约束形式如下：
(2-3)
式中：、分别为第中出行方式人均动态占地面积以及城市的人均道路面积。主要通过城市总体规划得到，的确定主要参考文献[4,5]。
(4)能源消耗约束
为了满足城市交通系统的可持续发展目标，能源在城市交通系统中的消耗需要得到合理的控制，不能使其超过城市交通可持续发展的能源消耗水平，其约束形式如下：
(2-4)
式中：为第种交通方式的能源消耗因子，单位：；为交通能源消耗的上限，规划年人均城市客运交通能耗上限为每人每日为18.1MJ[6]。
3、模型应用
本文主要考虑步行、自行车、常规公交、出租车、私家车、轨道交通6种类型。以合肥市2010年为现状年，2020年为规划目标年，对合肥市交通结构进行优化。根据《合肥市公共交通专项规划》、《2006到2020年合肥市城市总体规划》以及《安徽统计年鉴—2012》，目标年合肥市总出行发生量为1576万人次/日。目标年及现状年建设用地面积分别为360平方公里和325.91平方公里。现状年全日平均出行距离参考文献[7]数据，根据不同出行目的和取平均值，为：5.705公里。目标年合肥市交通需求周转量为9451.33，人均道路用地面积为20，合肥市规划人口为710万。现状年合肥市居民各种出行方式比例分别为：公共汽车22.8%；出租车6.2%；私家车21.2%；自行车3.1%；步行35.3%[7]。根据相关文献[7-10]，结合合肥市相关状况，确定相关参数，其中由于轨道交通是在建工程，我们假定其平均出行距离为8.5km，为3%，各种交通方式相关参数如下表1：
表1 各交通方式的相关参数
出行方式 轨道交通 公交车 出租车 私家车 自行车 步行
8.5 6.95 8.87 8.6 3.11 1.36
0.5 1.5 30 15 8 0.75
0.049 0.075 0.135 0.135 0 0
0.322 0.714 5.59 2.795 0 0
出行 比例 上限 30% 30% 10% 25% 10% 35.5%
下限 10% 20% 3% 10% 5% 15%
发展
规模 上限 4222.11 3451.44 1468.83 3557.82 490.14 800.06
下限 1407.37 2300.96 440.65 1423.13 245.69 338.05
其中为现状年各种出行方式的平均出行距离，规划年各种出行方式的平均出行距离可由式确定。文中所建立的线性规划模型求解方法简单，可通过Matlab进行求解。以、、、、、分别表示轨道交通、公交车、出租车、私家车、自行车、步行的规划年客运周转量。
求解得出：=3996，=2300，=440，=1423.13，=490.14，=800。从中我们可以看出需要大力发展公共交通，提高公共交通的客运周转量。
4、结论
城市客运交通系统结构优化是一个复杂的系统优化问题。针对城市交通系统中二氧化碳排放不断增长的问题，以城市客运交通结构优化为基础，建立了以低碳为目标的城市客运交通结构优化模型，为城市交通可持续发展提供了一定理论与方法。
参考文献
[1]陆化普, 王建伟, 张鹏. 基于能源消耗的城市交通结构优化[J]. 清华大学学报(自然科学版). 2004, 44(3): 383-386.
[2]吕慎, 田锋, 李旭宏. 大城市客运交通结构优化模型研究[J]. 公路交通科技,2007, 24(7): 117-120.
[3]胡兵. 可持续发展的城市客运交通系统结构的研究[D]. 西安：长安大学硕士学位论文, 2006.
[4]陆锡明, 陈小雁. 客运规划与城市发展 [M] .上海:华东理工大学出版社, 1996.
[5]程斌. 轨道交通与城市交通可持续发展 [M].中国铁道科学,2001.
[6]丁哲. 交通方式结构对城市可持续发展的影响分析[D]. 南京: 南京林业大学硕士学位论文, 2008.
[7]陈熙. 合肥市主城区居民出行特征及其规划响应对策研究[D]. 合肥：安徽建筑工业学院，2011.
[8]陈飞, 褚大建, 许琨. 城市低碳交通发展模型、现状问题及目标策略——以上海市实证分析为例 [J]. 城市规划学刊,2009.
[9]陈静,张景秋. 低碳经济视角下的北京公共交通发展研究 [J]. 改革与战略，2010.
[10]张生瑞, 周伟, 姜彩良等. 城市客运结构评价体系及评价方法[J]. 长安大学学报(自然科学版),2004,24（4）.