區(qū)域公路客運能耗的系統(tǒng)動力學模型構(gòu)建研究

陳君

摘 要：隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展和城鄉(xiāng)一體化建設(shè)速度的加快，越來越多的投資涌向交通運輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。一方面使得我國交通迅速發(fā)展，為人民日益增長的物質(zhì)文化需要提供了有利的保障；另一方面交通運輸?shù)陌l(fā)展卻對環(huán)境帶來了負效應(yīng)，產(chǎn)生了大量的交通能耗。大量的交通能耗有悖于可持續(xù)發(fā)展的理念。因此在節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟的要求下，必須考慮如何在確保運輸需求的條件下，盡可能做到節(jié)能減排、降低交通能耗。以陜西省為例，采用系統(tǒng)動力學方法和Vensim軟件，進行陜西省公路客運能耗的系統(tǒng)動力學模型構(gòu)建并通過歷史檢驗和靈敏度分析對模型進行實證分析，為區(qū)域交通能耗的計算與分析提供了一種新的方法與思路。

關(guān)鍵詞：公路客運；能耗；系統(tǒng)動力學

中圖分類號：F54 文獻標志碼：A 文章編號：1002-2589（2013）20-0081-02

一、研究意義

低碳經(jīng)濟以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)，包含了低碳能源、低碳技術(shù)、低碳產(chǎn)業(yè)、低碳生活等多種形態(tài)，目的在于促進人類的可持續(xù)發(fā)展，是對經(jīng)濟發(fā)展方式、能源消費方式和人類生活方式的一次全新變革。

其中如何降低排放量，已成為發(fā)展低碳經(jīng)濟，非常重要的一個部分。在中國，根據(jù)《2010中國低碳發(fā)展報告》，我國交通運輸部門能耗和CO2排放量在“十一五”前三年（2006-2008年）分別上漲14.1%和13.3%。2008年，交通運輸能源消耗量為2.9億噸標準煤，占整個社會能源消耗量的10.4%，占終端能耗的15.9%；CO2排放量6.3億噸，占終端排放總量的9.9%，反映出交通運輸?shù)哪茉聪恼忌鐣偰芎妮^大的比例。

同時，根據(jù)陜西省的交通規(guī)劃，要在十二五期間調(diào)整交通結(jié)構(gòu)，落實節(jié)能減排政策，降低交通能源消耗。因而在全國交通能耗比例高和陜西省交通規(guī)劃的大背景下，本文來研究陜西省公路客運系統(tǒng)的能源消耗具有理論和應(yīng)用的雙重價值。

另外，對區(qū)域交通這個復(fù)雜、動態(tài)的大系統(tǒng)，利用系統(tǒng)動力學的理論與方法，對區(qū)域交通周轉(zhuǎn)量增長、能源消耗進行建模，是對系統(tǒng)動力學在交通領(lǐng)域研究方法的一次探索和實踐，而且也是對結(jié)合系統(tǒng)動力學與系統(tǒng)工程理論方法來解決交通問題的一次嘗試。

二、陜西省公路客運能源消耗SD模型構(gòu)建

（一）系統(tǒng)分析及模型建立

公路交通是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，包括社會經(jīng)濟、交通需求和供給、公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能源消耗及交通政策等方面。

其中交通需求是一種派生需求，與經(jīng)濟發(fā)展水平、區(qū)域人口數(shù)量、居民生活水平、出行方式選擇、交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等因素相關(guān)。交通供給是區(qū)域規(guī)劃、交通設(shè)施建設(shè)水平和交通政策等方面的反映，包括等級公路比例及公路運輸網(wǎng)絡(luò)密度等。上述兩者共同影響客運周轉(zhuǎn)量的變化。與公路客運能源消耗緊密關(guān)聯(lián)的另一主要因素即是公路運輸單耗，其主要受車輛技術(shù)性能、車齡分布狀況、實載率、燃料類型、車輛的大型化情況、節(jié)能技術(shù)利用程度等因素的影響。上述諸因素隨著時間的影響形成系統(tǒng)的動態(tài)反饋。

（二）建立模型

1.模型假設(shè)

在模擬的時間段內(nèi)，人口以現(xiàn)在的速度穩(wěn)定增長，且國家的人口政策沒有重大變化。

2.數(shù)據(jù)來源

模型中歷年人口、GDP、公路運輸網(wǎng)絡(luò)密度、第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重、客運周轉(zhuǎn)量、實載率、百噸公里油耗、車輛的大型化情況等數(shù)據(jù)均來源于《陜西省統(tǒng)計年鑒2011》。模型中的其他表函數(shù)的數(shù)據(jù)采用多元回歸的方法獲得。

3.構(gòu)建模型

模型模擬區(qū)間為1997年—2011年，時間間隔為DT=1年。對于缺失的數(shù)據(jù)通過專家估計法、經(jīng)驗預(yù)測法，以及趨勢外推法等方法生成。

4.模型分析

根據(jù)目前的政策及客觀數(shù)據(jù)選擇與之相一致的參數(shù)，主要輸出結(jié)果參見下圖2-1。

由于從2008年開始，我國道路客運車輛全面采用電子控制達到歐III排放水平的發(fā)動機，因此在2008年以后車輛百噸公里油耗有了一個明顯的下降（幾乎是原來的1/2）。從圖中亦可以看出，客運能耗在2008年也有了一個明顯的回落。

三、陜西省公路客運能源消耗SD模型實證

（一）歷史檢驗

對比1997年—2011年的模擬結(jié)果與實際數(shù)值，判斷模型的準確性。選取兩個狀態(tài)變量和兩個輔助變量，即客運周轉(zhuǎn)量、公路客運能耗、百噸公里油耗和人均GDP進行檢驗。通過對比，如表3-1所示，每年這四個量的預(yù)測誤差都不超過2.5%，有較好的預(yù)測效果。

（二）靈敏度分析

取模型中的狀態(tài)變量和輔助變量做靈敏度分析。選取2010年為時間點，使參數(shù)的值增加10%，然后運行模型，然后可以得到系統(tǒng)中的狀態(tài)變量對該參數(shù)的靈敏度，求均值，即得到模型系統(tǒng)對所選取參數(shù)的靈敏度。

經(jīng)過靈敏度分析之后，如表3-2所示，靈敏度均值都小于0.03，說明系統(tǒng)具有較強的穩(wěn)定型，可以做模擬預(yù)測。

四、結(jié)論

本文首先對研究的問題做系統(tǒng)分析，明確其中主要的因果關(guān)系回路，然后說明了模型的各種假設(shè)以及數(shù)據(jù)的來源，利用已知數(shù)據(jù)，建立陜西省公路客運能耗的系統(tǒng)動力學模型。在Vensim中運行系統(tǒng)動力學模型，根據(jù)模擬的數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)，對模型進行檢驗，包括直觀檢驗和歷史檢驗，最后對模型進行靈敏度分析，驗證了模型具有良好的預(yù)測效果和穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]李志鵬.基于系統(tǒng)動力學的城市交通能源消耗與碳排放預(yù)測[D].天津：天津大學，2012.

[2]周銀香.基于系統(tǒng)動力學視角的城市交通能源消耗及碳排放研究——以杭州市為例[J].城市發(fā)展研究，2012，（9）.

[3]李明玉.能源供給與能源消費的系統(tǒng)動力學模型[D].沈陽：東北大學，2009.

[4]孫猛.中國能源消費碳排放變化的影響因素實證研究[D].長春：吉林大學，2010.