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城市交通污染和拥堵是我国城市化进程所面临的重大“城市病”问题,论文综合了环境保护和交通管理两大领域,建立了包含社会、经济、土地等多重因素的集成模型。按照“模拟→评价→分析→优化→调控→反馈”的整体思路,从城市土地交通一体化建模、城市交通的环境导向、交通与城市生态调控等3个方面系统分析了城市交通环境管理的研究进展、前沿及开展此研究的重要性和迫切性,识别出该研究的主要问题和发展趋势。
论文创建了环境导向式城市交通系统(EOUT)理论和概念体系,阐释和界定了相关概念和内涵,包括:城市交通系统的可持续发展、交通政策集成中的环境要素、经济-社会-环境多目标优化的交通系统、交通与土地利用的相互联系、交通与环境的相互联系等。由此论文建立了EOUT的理论基础为:城市复合生态系统理论、城市生态系统健康理论、交通环境外部性理论和交通与城市可持续发展论;EOUT的理论体系是:不确定性理论在城市交通环境系统的应用、城市发展与交通的相互作用分析、土地利用和交通一体化发展论及交通的城市生态调控方法等。
在内涵识别和理论分析的基础上,论文创新性地构建了环境导向式城市交通系统调控管理的研究方法体系:(Ⅰ)研究定位,包括范围确定和问题诊断等;(Ⅱ)研究目标设定;(Ⅲ)模拟评价,包括系统模拟和综合评价等;(Ⅳ)特征分析,含效益分析和外部性分析;(Ⅴ)调控模型,即系统优化和调控管理等。根据方法体系论文创建了环境导向式城市交通管理综合模型(EOUTCM),包括5个紧密联系且相互反馈的子模型:环境导向式城市交通系统复合模拟模型(EOUTSSFIM),城市土地利用综合效益模型(ULUSEAM),城市生态交通综合评价模型(EOUTSCAM),城市交通环境外部性特征分析模型(UTSEAM),城市交通系统不确定性机会约束多目标调控管理模型(EOUTSICCMORMM)。EOUTCM模型利用系统动力学方法构建,含85个主要方程和751个参数及变量;其中优化调控模型中含4组目标函数和6组约束方程,以模糊评判作为情景分析的定量分析依据。各子模型间通过参数和约束条件相互关联,并在统一的程宁语言下实现参数共享。在研究的全过程中探讨不确定性,主要采用敏感性分析、Bootstrap采样、拉丁超立方抽样、模糊评判等方法进行分析和表征。
论文选用城市化进程快、交通环境问题突出的北京市开展实证分析。根据系统模拟和预测模型的结果,指出在一般发展情形下该市的道路、车辆、大气污染总量、土地占用和能耗需求等均呈增长趋势。小汽车的环境压力在所有交通方式中最大,而公共汽车和轨道交通的环境导向优势最明显。城市经济发展、城区扩展、居民收入增加等因素是引起交通用地增长的主要驱动因素。全市土地利用变化的动态度逐年上升,交通和建筑等用地面积逐渐增加,熵值呈下降趋势,表明土地利用类型的有序度上升。交通是大气PAHs污染的首要来源之一,PAHs对居民的健康产生一定风险。对城市病诊断和环境导向式交通系统综合评价的结果表明,影响北京市环境导向式交通系统的主要因素是大气环境指标如NO2等。求解北京市EOUT的优化凋控模型并对8种情景进行分析,结果表明,偏好小汽车的发展模式时,2020年NOx排放量为430.41t/d,HC为1210.9t/d。而在偏好公共交通(含轨道交通)以及清洁燃料的发展策略下,2020年NOx排放量为332.88t/d,HC为582.52t/d,比偏好小汽车的发展方式更具环境导向式特性。据此提出了基于环境导向的交通政策建议:发展公共汽车和轨道交通、适当控制小汽车、提高机动车排放标准、推广清洁燃料、完善城市交通网络体系等。案例研究证明了论文所提出的研究方法体系的适用性,为促进地方政府的交通环境管理建立了一定的科学依据和决策基础,在其它城市的相似问题具有参考价值。