城市交通低碳發(fā)展的智能化選擇

劉 露

(天津師范大學(xué)，天津 300387)

城市交通低碳發(fā)展是我國(guó)實(shí)現(xiàn)低碳目標(biāo)和建設(shè)低碳社會(huì)的必要步驟和重要內(nèi)容［1］。城市要實(shí)現(xiàn)交通領(lǐng)域既滿足居民的交通需求，又能有效降低碳排放和能源消耗，需要大力發(fā)展智能化交通建設(shè)［2］。智能交通系統(tǒng)是21世紀(jì)現(xiàn)代化地面交通運(yùn)輸體系低碳化發(fā)展的模式和方向，是交通運(yùn)輸進(jìn)入信息時(shí)代的重要標(biāo)志［3］。

1 低碳城市與智能交通內(nèi)涵

低碳城市的概念最早由英國(guó)提出，是指隨著經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，城市中CO2排放及能源消耗都保持較低的增長(zhǎng)水平［4］。低碳城市要以提高能源效率和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)為手段，促進(jìn)城市以較少的資源環(huán)境消耗和碳排放量，取得較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式［5］。低碳城市交通是以低碳經(jīng)濟(jì)為發(fā)展模式、以低碳生活為市民行為特征、以低碳社會(huì)為政府建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的城市交通［6］。低碳交通體現(xiàn)了交通領(lǐng)域中發(fā)展模式和發(fā)展理念的探索和創(chuàng)新［7］。低碳交通是動(dòng)態(tài)追求社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與交通能耗和排放低碳化協(xié)調(diào)發(fā)展的過程［8］。低碳交通的特征在于高能效、低能耗、低污染、低排放，要求在滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所產(chǎn)生的交通需求的前提下，體現(xiàn)在交通領(lǐng)域的人與自然和諧發(fā)展［9］。智能交通系統(tǒng) (Intelligent Transportation Systems，ITS)正是實(shí)現(xiàn)低碳城市交通中人、車、路和環(huán)境之間和諧發(fā)展的最有效方式。

智能交通系統(tǒng)是將先進(jìn)信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效地集成，對(duì)各種交通情況進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效協(xié)調(diào)和處理的綜合運(yùn)輸和管理系統(tǒng)［10］。智能交通系統(tǒng)的內(nèi)涵包括:①運(yùn)用現(xiàn)代科技管理城市交通;②科學(xué)合理引導(dǎo)和控制城市交通流;③提高現(xiàn)有道路網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率;④保障城市交通運(yùn)輸安全;⑤節(jié)約城市土地資源;⑥降低城市能耗，減少污染［11］。因此，本文提出城市交通低碳發(fā)展要積極推動(dòng)智能交通系統(tǒng)的研究與建設(shè):整合各種資源，建立統(tǒng)一的智能交通發(fā)展平臺(tái)，方便各地智能交通設(shè)施溝通和融合;引導(dǎo)人們出行的智能化選擇;推動(dòng)智能交通相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，加快市場(chǎng)推廣［12］。

2 國(guó)內(nèi)外城市交通智能化研究現(xiàn)狀

隨著世界城市化進(jìn)程加快，交通擁堵、事故頻發(fā)、環(huán)境惡化等問題變得日趨嚴(yán)重。由于城市交通系統(tǒng)的復(fù)雜性，單獨(dú)從擴(kuò)大路網(wǎng)規(guī)模很難從根本上解決問題。在智能交通的研究領(lǐng)域，國(guó)外有許多可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。各國(guó)對(duì)ITS的理解和應(yīng)用各有差異，但實(shí)質(zhì)卻是一致的。

2.1 國(guó)外城市交通智能化研究現(xiàn)狀

歐洲、美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)積極開發(fā)智能交通系統(tǒng)，運(yùn)用高新技術(shù)提高現(xiàn)有道路運(yùn)輸效率，大幅度提高路網(wǎng)通行能力。

日本以政府為主導(dǎo)，推廣使用VICS、ETC等智能交通技術(shù)，以提高車輛行駛速度，進(jìn)而提高燃油效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般汽車平均時(shí)速20km時(shí)其二氧化碳排放量比時(shí)速40km高30%，比時(shí)速60km高60%以上［13］。日本交通部門還制定了新的交通管理系統(tǒng)，如高智能的綜合交通控制系統(tǒng)、安全駕駛輔助系統(tǒng)和交通信息服務(wù)系統(tǒng)以及公交優(yōu)先系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)使日本城市交通狀況得到優(yōu)化，交通事故及溫室氣體的排放都有了明顯減少，大大提高了平均車速，節(jié)約了大量燃油，減少了人們的出行時(shí)間。

美國(guó)對(duì)ITS的研究取得了令人矚目的成就，不僅源于其先進(jìn)的信息技術(shù)以及強(qiáng)大的資金支持，其完善的運(yùn)輸政策在推進(jìn)智能交通發(fā)展中也起到了十分重要的作用［14］。美國(guó)智能交通普及率已高達(dá)80%以上，并且ITS發(fā)展重點(diǎn)由ITS研究開發(fā)轉(zhuǎn)移為ITS基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施和集成，有效地綜合應(yīng)用于地面交通管理體系，大范圍、全方位地發(fā)揮實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效作用。

德國(guó)擁有智能化與現(xiàn)代化的公共交通系統(tǒng)，其公共交通極為發(fā)達(dá)，市內(nèi)交通主要是地鐵、輕軌和公共汽車，出行十分快捷方便。交通信號(hào)體系將先進(jìn)的智能交通技術(shù)、自動(dòng)控制理論、運(yùn)籌學(xué)等有效地綜合運(yùn)用于整個(gè)交通服務(wù)、管理與控制，從而基本解決了道路交通擁擠問題［15］。

除了上述發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)以外，新興的工業(yè)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家也開始了ITS的全面開發(fā)和研究，如新加坡已經(jīng)在全國(guó)推行電子不停車收費(fèi)系統(tǒng) (ETC)，實(shí)行區(qū)域通行系統(tǒng)，在劃定區(qū)域內(nèi)對(duì)高峰時(shí)段通行車輛進(jìn)行收費(fèi)，使城市平均車速和公交出行比例都有大幅提高［16］。

2.2 國(guó)內(nèi)城市交通智能化研究現(xiàn)狀

我國(guó)ITS發(fā)展涉及的領(lǐng)域可分為:交通管理、電子收費(fèi)、交通信息服務(wù)、智能公路與安全輔助駕駛、交通運(yùn)輸安全、運(yùn)營(yíng)管理、綜合運(yùn)輸、交通基礎(chǔ)設(shè)施管理、ITS數(shù)據(jù)管理等［17］。北京已建成60多個(gè)智能交通應(yīng)用系統(tǒng);廣州建設(shè)了智能交通公共服務(wù)平臺(tái)和公交車智能調(diào)度管理服務(wù)系統(tǒng);上海城市道路交通信息智能化系統(tǒng)及平臺(tái)軟件不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)精度持續(xù)提高，監(jiān)控范圍逐步擴(kuò)大［18］。

3 城市交通發(fā)展問題及原因分析

近年來，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城市交通機(jī)動(dòng)化需求以每年15%的速度不斷增加，而城市道路交通建設(shè)的年增長(zhǎng)率僅為4% ～5%。［19］由此帶來的城市交通擁堵、二氧化碳排放量增加、環(huán)境污染加劇等問題嚴(yán)重影響和制約著城市居民的生產(chǎn)和生活，究其原因主要涉及以下幾個(gè)方面:

3.1 出行者缺乏低碳理念

城市交通低碳發(fā)展，要依靠出行者具有低碳出行的價(jià)值理念和選擇低碳交通工具的意識(shí)。長(zhǎng)期以來，居民自覺的低碳意識(shí)缺乏，在文化符號(hào)、成功、財(cái)富、先進(jìn)等價(jià)值的沖擊下，交通工具的選擇往往與先進(jìn)、享受、文明聯(lián)系起來，完全忽略了對(duì)于低碳價(jià)值的考慮。城市交通機(jī)動(dòng)化是碳排放的主體根源，而小汽車的普及加快了能源消耗和碳排放水平，同時(shí)也引起了交通擁堵和交通事故的多發(fā)。

3.2 公交優(yōu)先體系尚未形成

在城市公共交通系統(tǒng)中，最適合低碳交通發(fā)展要求的主要包括地鐵、輕軌、市郊鐵路、有軌電車及懸浮列車等城市軌道交通系統(tǒng)。我國(guó)城市公共交通體系不斷完善，但是由于公交線路布局不合理和車輛總量供應(yīng)不足，造成公共交通之間不能順暢銜接，而使大多數(shù)出行者放棄乘坐公交，選擇小汽車出行。因此，多種交通方式在交通樞紐的整合既是目前公共交通規(guī)劃設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，也是提高交通運(yùn)輸效率的關(guān)鍵舉措。

3.3 交通路網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理

城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和路網(wǎng)密度的不合理是造成交通擁堵的主要原因［20］。城市路網(wǎng)分布沒有按照不同的交通出行主體合理分配，迎合了小汽車的加速發(fā)展，而忽略了公共交通、自行車和步行通行的利益。加之路網(wǎng)密度低，機(jī)動(dòng)車爭(zhēng)路擁堵的狀況不斷加劇，而擁擠狀況下的燃油消耗將比正常行駛狀況下高出10%左右，擁堵造成的碳排放數(shù)量巨大。

3.4 新能源發(fā)展有待提高

交通能源的高消耗、低效率和石油對(duì)外依存度增加，已經(jīng)對(duì)我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅。節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟(jì)已成為交通運(yùn)輸業(yè)持續(xù)發(fā)展的唯一出路。我國(guó)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用和節(jié)能產(chǎn)品開發(fā)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域都相對(duì)滯后，新能源和新產(chǎn)品的價(jià)格和可信度不佳［21］。新能源發(fā)展方面仍存在產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)無序、市場(chǎng)推廣度不高、自主創(chuàng)新的動(dòng)力和能力缺乏、節(jié)能環(huán)保技術(shù)研發(fā)投入不足等問題。新能源汽車在減少碳排放方面作用顯著。以電動(dòng)汽車為例，假定其每百公里耗電15度，每年行駛1萬公里，則每輛電動(dòng)汽車全年二氧化碳排放僅1噸左右，而傳統(tǒng)燃油汽車每輛年均排放二氧化碳達(dá)23噸左右，碳減排效果達(dá)50%，但目前我國(guó)城市電動(dòng)汽車發(fā)展緩慢［22］。

4 城市交通低碳發(fā)展的智能化選擇

中國(guó)需要發(fā)展低碳交通，2009年，國(guó)務(wù)院明確要求加快建設(shè)以低碳排放為特征的交通運(yùn)輸體系［23］。實(shí)現(xiàn)城市交通的低碳發(fā)展離不開科學(xué)合理的規(guī)劃和系統(tǒng)全面的實(shí)踐，特別是要借助ITS技術(shù)來提高城市交通管理水平，有效調(diào)控城市交通方式銜接，充分利用現(xiàn)有城市道路基礎(chǔ)設(shè)施，保障城市居民安全出行，改善城市人居環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展［24］。

4.1 制定統(tǒng)一智能交通標(biāo)準(zhǔn)

堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)先行，2011年全國(guó)智能運(yùn)輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) (TCITS)和中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)相互合作，進(jìn)一步發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，加快交通運(yùn)輸和現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展融合，合力推動(dòng)智能交通通信標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展［25］。智能交通建設(shè)要以科技服務(wù)城市交通需求，制定智能交通系統(tǒng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可避免造成不必要的資源重置和浪費(fèi)，響應(yīng)低碳環(huán)保的要求，達(dá)到促進(jìn)城市交通一體化建設(shè)的目標(biāo)。

4.2 構(gòu)筑公共交通智能化信息平臺(tái)

智能交通是跨學(xué)科、跨行業(yè)、涵蓋多元技術(shù)范疇的新興領(lǐng)域，多技術(shù)融合和交通系統(tǒng)一體化趨勢(shì)已日趨明顯。城市交通多元化發(fā)展對(duì)于信息技術(shù)更加系統(tǒng)化和一體化要求也更高。加快建立一體化城市交通信息系統(tǒng)，整合不同部門和不同交通系統(tǒng)的交通信息，加強(qiáng)交通信息采集基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，逐步建立和完善交通信息發(fā)布與誘導(dǎo)系統(tǒng)，形成多層次、多模式、運(yùn)行高效的信息平臺(tái)，為公眾開放服務(wù)，實(shí)現(xiàn)居民出行的“零距離換乘”和交通運(yùn)輸?shù)摹盁o縫銜接”［26］。各個(gè)城市的交通智能化信息中心都要從過去的簡(jiǎn)單視頻監(jiān)控和接警中心升級(jí)到一個(gè)城市交通管理中樞所在，融合多個(gè)交通管理子系統(tǒng)。城市智能公交信息系統(tǒng)平臺(tái)可為居民提供出行交通方式選擇、路徑導(dǎo)航、換乘、實(shí)時(shí)路況等交通信息服務(wù);引導(dǎo)城市交通網(wǎng)絡(luò)需求、運(yùn)力供給均衡發(fā)展;提高交通服務(wù)效率，減少無效碳排放。出租車智能調(diào)度信息平臺(tái)可通過出租車統(tǒng)一?？奎c(diǎn)實(shí)行差別化運(yùn)營(yíng)，以電信預(yù)約方式為主、巡弋出租和專用候車點(diǎn)出租為輔的出行系統(tǒng)，以提高實(shí)載率，減少碳排放。

4.3 準(zhǔn)確快速提取交通信息

交通管理是交通信息收集、提煉和傳遞的過程，智能交通系統(tǒng)已成為交通管理部門獲取精確可靠數(shù)據(jù)和提煉準(zhǔn)確有效決策支持信息能力的重要手段;成為出行者獲得實(shí)時(shí)路網(wǎng)狀態(tài)信息，進(jìn)行出行選擇的現(xiàn)實(shí)需求。車聯(lián)網(wǎng)即綜合了現(xiàn)有電子信息技術(shù)，將每輛汽車都作為一個(gè)動(dòng)態(tài)交通信息源，通過無線通信技術(shù)接入到網(wǎng)絡(luò)中，建立以車為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車—車、車—路信息的互相交換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流的主動(dòng)和被動(dòng)調(diào)配［27］。交通管理者和出行者充分獲取道路交通動(dòng)態(tài)、靜態(tài)信息并實(shí)時(shí)地分析和有效地利用，可以大大提高交通安全性和效率。同時(shí)，通過信息共享提升信息利用效益，以實(shí)現(xiàn)信息價(jià)值的最大化，達(dá)到區(qū)域交通協(xié)調(diào)管理。

4.4 加快發(fā)展ETC系統(tǒng)

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng) (Electronic Toll Collection，ETC)是一種用于高速公路、大橋和隧道的電子自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)［28］。ETC系統(tǒng)可以顯著提高車輛的行駛效率，減少能源浪費(fèi)和環(huán)境污染，是緩解收費(fèi)站交通堵塞的有效手段，降低了收費(fèi)站的管理成本。未來ETC系統(tǒng)也可用于城市核心區(qū)域擁堵收費(fèi)，通過在不同時(shí)段執(zhí)行不同收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，抑制高峰時(shí)段過度交通需求，引導(dǎo)居民選擇公交出行，有效減少能源消耗和環(huán)境污染，以緩解城市核心區(qū)域的交通擁堵問題。

4.5 推廣智能交通工具使用

智能汽車是具有環(huán)境感知、決策預(yù)判、多等級(jí)輔助駕駛等功能的高新技術(shù)綜合體，是智能交通系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，也是世界汽車工業(yè)研發(fā)的新動(dòng)力［29］。智能汽車可顯著提高通行能力，減少交通擁堵，降低汽車油耗，大幅度提高交通安全性，降低事故發(fā)生率。

5 小結(jié)

城市交通低碳發(fā)展是實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，需要樹立科學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展觀，利用智能交通系統(tǒng)來滿足日益增長(zhǎng)的交通需求，達(dá)到城市交通的管理者、參與者、交通環(huán)境系統(tǒng)的和諧統(tǒng)一。

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