文摘

随着社会的快速发展,城市交通拥堵已经逐渐成为一个重要的社会问题,许多城市需要解决。对重庆交通拥堵不仅影响居民的正常出行,也带来了更严重的环境污染。针对城市交通拥堵,汽车尾气污染的问题,本文采用系统动力学方法建立模型研究城市交通拥堵的系统视角的私人汽车,卡车和公共交通。首先,我们确定城市机动车出行的交通拥堵程度的指标。第二,我们分析私家车的增长之间的因果关系,旅游的卡车、公共交通、人口、和其他因素,然后建立一个模型和测试模型的稳定性。然后,我们添加一些实用的政策,政策分析的模型。最后,得出结论,限制私家车的政策是有效的旅行在控制私家车的数量,和限制购买政策控制私家车的数量增长的根源,但公共交通的发展是最有效的治疗措施。

1。介绍

中国经济的快速发展和人民收入水平的提高,机动车在服装的各个方面,更需要食物,住房,和运输。使用机动车的快速发展给人们带来了方便,改变了整个交通系统的模式。网上购物越来越受欢迎,促进了物流行业的发展,导致货车使用的不断增加,增加了交通压力。此外,外卖配送的便利,许多交付员工骑摩托车每天穿梭在大街小巷,造成很多交通问题。更重要的是,经济的发展促进了人民生活水平的提高,和人均拥有私家车也继续增加,这是一个道路交通压力的主要来源。

当发生交通堵塞时,车辆缓慢旅行,和快速制动的行为将导致燃烧燃油不足,大量的有害废气,这将增加空气污染。和交通事故的数量正在增加。因此,如何采取有效措施,控制交通拥堵在许多城市迫切需要解决的问题。

百度地图已经发布了一份报告称“中国城市交通研究报告在2018年第三季度的2019年1月。这是各种数据指标的分析得出结论,重庆的交通拥堵指数北京和哈尔滨一样亲密。此外,在百度地图的“2018年第四季度拥堵排名”,重庆的“三大”,后成为最拥挤的大城市北京和哈尔滨。

此外,百度地图也将城市划分为几个类别根据机动车辆的数量:300万多,200万多,100万多,不到100万。重庆位居第二的拥挤在城市有超过300万类别,仅次于北京。重庆,交通拥堵是一个需要改进的问题。

在本文中,我们试图找到交通拥堵的原因,进一步写交通拥堵的模型实际上找到一些方法来管理。指标,用以衡量交通拥堵是什么?如何分析交通拥堵影响因素指标?这些是本文需要解决的问题。

本文的结构如下。部分2介绍了早期文学的研究交通拥堵和系统动力学的原因。部分3包含的基本结构模型和一些假设和前提。部分4介绍了初始数据和模型的仿真。部分5采取一些政策来优化结果。最后,部分6比较了政策和吸引的结论。

2。文献综述

交通拥堵是一个定性指标,其在日常生活中评价是主观的。在学术研究中,学者们通常选择一个定量指标,而不是定性指标进行分析。郭et al。1)选择了道路网交通拥堵指数,公路网络拥堵里程比水平,基于时间的道路网络拥堵水平,和关键拥塞点的数量和分布建立macroindex交通拥堵评价制度,可以从实际数据中获得。

基于研究的交通拥堵,第二步是找出原因。许多学者进行研究从经济、社会和其他方面。交通拥堵的原因分析如下。

赖特和奥伦斯坦认为交通拥堵的主要原因是交通瓶颈(2]。交通瓶颈有两种:第一是交通瓶颈造成的道路本身和交通能力差异造成的不清楚道路形状、道路宽度、或路标。第二个原因是道路的不稳定变化的需求。道路供给不能满足需求的变化造成的拥堵。这种类型的交通拥堵是由无法控制天气引起的。此类瓶颈少之又少,但将导致更大的拥堵。安东尼认为,交通拥堵主要是由于以下问题(3]。首先,由于快速增长的人数,对旅游的需求显著增加。其次,随着机动车辆的数量的增加,越来越多的人选择乘汽车旅行。第三,偶尔的严重交通拥堵是由随机事件引起的紧急情况。在解释基础设施恶化的主要原因由于交通堵塞,Diakaki等人简要概述了提出和实现控制策略,包括三个方面:城市道路网络,高速公路网络,和路线指导(4]。刘等人提出的国内政策的经验供参考国外城市“交通拥塞控制”(5),如加强交通道路供给管理和大力发展城市公共交通。

研究交通拥堵管理包括如下。泰勒认为,收费公路是一种缓解交通问题[6]。麦克奈特认为,传统的交通管理和改进车辆的标准并不是特别有效的需求迅速增长的现实道路使用。他还认为,私家车的使用和购买的控制是有效控制交通拥堵的关键。峡谷等人提出了不同的充电方法和价格与不同的功能在城市停车场,缓解交通拥堵(7]。Muanmas等人提出了从经济学的角度,通过拥挤收费(8),人们可以支付旅行时,产生的边际社会成本的外部性内化交通系统,有效减少交通拥堵。菲什曼等人研究了共享自行车交通堵塞的机理(9]。研究结果表明,自行车共享不仅可以提高身体健康而且可以减少城市交通拥堵和环境污染。从系统动力学的角度,草根阶层等人设计了一个动态规划方法来控制交通问题。通过安装一个当地的模糊逻辑控制器(方法)在每个十字路口,提出了一种动态规划(DP)技术获得绿灯时间红绿灯周期的每个阶段(10]。

本文以城市机动车出行指数来衡量交通拥堵的程度来模拟和分析的程度缓解交通拥堵造成的各种政策。系统动力学是一门学科的分析和研究信息反馈由Forrester W 1956年麻省理工学院。它能够处理高阶、非线性、多重反馈、复杂时变系统问题和政策模拟已经广泛应用于经济和社会发展的各个领域。(11)基于系统动力学的建模步骤如图所示1。Kaparias和贝尔的成就和缺陷分析伦敦的拥挤收费和识别潜在的未来的机会根据最新的技术发展合作领域的智能交通系统(ITS) [12]。

一些文献也试图找到解决交通拥堵问题,利用系统动力学的方法。王,贾庆林的主要因素分析,影响对私家车的需求(13),研究人们对私家车的需求的变化中国加入WTO后。风扇和燕在北京私人汽车保有量进行了仿真分析和比较现有的治理措施对需求的影响(14]。他们得出的结论是,积极发展城市公共交通是最有效的方法来减少私家车。杨et al。15选择北京城市为研究对象,建立了系统动力学模型进行分析,得出的结论是,控制机动车的数量有助于控制交通拥堵。见鬼了,上海汽车车牌拍卖系统是有效地减少对私家车的需求(16]。贾等人用系统动力学的方法建立交通拥堵定价管理模式从环境和社会效益的角度17]。通过动态仿真和比较,合理的方案来缓解交通拥堵和环境污染。Zhang et al。18)构建城市绿色交通的系统动力学模型,并提出了改善公共交通工具,减少碳的排放。

本文从城市机动车出行,考虑到旅行的私家车,公共汽车、卡车和其他机动车和主要建立一个系统的居民私家车旅游和物流两个方面使用。基于系统动力学的应用,本文运用因果图,流程图和相应的数据参数来完成定性分析并完成编程的支持下Vensim软件。然后在模拟,不同的政策变量,并进行实验。最后,定量结果的研究对象可以获得基于时间变化。以重庆为例,本文的核心是分析私家车限制政策,限购政策的私人汽车,货车限制政策,估计改善公共交通分担率的影响。通过上述政策的模拟,可以提出有效的建议减少城市机动车出行,提高解决交通拥堵问题的参考价值。

3所示。模型描述

3.1。的基本模型

目前,有很多指标的定量分析交通拥堵。例如,百度地图的拥堵排名是基于上下班高峰指数。本文主要措施衡量拥堵城市机动车出行。

系统动力学分析了内部元素的相互依存相互作用的系统,假设系统不产生重大影响的外部因素在系统内的元素;因此,变量重要复杂的问题中包括被研究系统。因素相关不显著问题被排除在外。

为了分析城市机动车出行,本文建立了一个复杂的系统,它不仅包含拥有私家车,公共汽车、货运汽车,和其他机动车但也有密切的关系与其他城市人口、经济、环境、政策等。根据本文的研究目的,在系统分析因素最终确定如表所示1。

在确定系统的边界,因果关系图所示2通过分析因素决定。“+”意味着积极的影响和“−”意味着负面影响。城市机动车出行系统的变量主要包括城市经济(GDP),居民人口,城市物流,私家车旅行,货车旅行,乘汽车旅行和其他机动车旅行。通过分析变量之间的关系,可以建立的主要变量的因果关系如图2。随着城市经济和人口的增长,人们购买汽车的需求增加。机动车所有权的增长速度远远超过城市道路面积的增长率,导致更大的交通拥堵。机动车的数量的增加将排放更多的废气,导致更大的环境污染,进而将减少私家车的增长。本文试图减轻城市政策的实施,例如控制私家车的增长旅行和货运汽车旅行,为了减少机动车的数量,缓解交通拥堵。有一些主要的因果电路如下:城市机动车出行⟶私家车废气污染环境污染⟶⟶增长率⟶私人汽车拥有量⟶私家车旅行⟶城市机动车出行城市机动车出行⟶机动车所有权⟶交通因素⟶私家车增长速度⟶私人汽车拥有量⟶私家车旅行⟶城市机动车出行

本文确定了系统边界和建立一个系统库存基于因果关系流图。因果关系只能说明两个变量之间的积极和消极影响。在系统动力学模型中,变量也分为状态变量,变量,等等。说明这不是因果关系图中所示的关系,进一步量化整个模型,我们用Vensim情节股票流(图3)。在政策分析中,添加各种政策之后,新的SD模型如图4。

3.2。一些公式

(1)公共汽车所有权= INTEG(总线所有权∗总线增长率,总线所有权)的初始值(2)城市机动车旅行=公共汽车所有权+其他机动车旅行+私家车旅行+货运汽车旅行(3)消费者心理因素=示范效应^∧0.4∗经济因素^∧0.6(4)总购买价格=汽车购买价格+其他费用(5)Income-to-price比率=人均国内生产总值/汽车购买的总价格(6)总户籍人口=总户籍人口∗户籍人口增长率(7)人均国内生产总值=城市GDP /总户籍人口(8)城市国内生产总值= INTEG(国内生产总值GDP增长体积,初始值)(9)私家车的增长速度=交通因素^∧0.15∗经济因素^∧0.4∗消费者心理因素^∧0.32∗(1−环境因素)^∧0.13∗程度的消费满意度(10)燃料成本= INTEG(燃料成本增长率∗燃料成本、燃料成本)的初始值(11)私人汽车拥有量= INTEG(年度需求私家车−年度私家车报废率,私家车的初始值)(12)年度私家车需求=私人汽车拥有量∗私家车的增长速度(13)每年废弃私家车的数量=私人汽车拥有量∗私家车报废率(14)永久居民= INTEG(永久居民∗人口增长率,永久居民)的初始值(15)人均拥有=私人汽车拥有量/常驻居民(16)其他费用=停车费+燃油费用+汽车购买税(17)车税=买价∗购买税率

3.3。假设和符号

(1)的平均排放的假设₂汽车:汽车排放水平的“国家第四阶段机动车污染物排放标准”为例,轻型汽车的排放大约1.6 l,和最大发射的₂不能超过0.08克/公里。如果每年的距离是15000公里,开车不₂:0.08公斤/公里∗15000公里/ 1000 = 1.2公斤。(2)模型假定经济持续稳定的发展。(3)城市物流在模型中被城市货运量;在模型中,没有₂生产被选为环境污染指数。公共交通分担率实际上是公共交通机动化的分享率。环境污染是无所表达的内容₂。增长率是顺序执行的。(4)假设所有增长速率常数。(5)私家车、公共汽车和卡车主要考虑在表面交通量,而其余的都包含在其他机动车辆。(6)交通因素只考虑车辆的平均道路面积的影响。环境因素与机动车辆的总数成正比。经济因素表示为一个表函数的收入比汽车购买价格。上述获得的索引表函数。消费者心理是经济因素的指数函数和示范效应。(7)私家车的增长速度是来自[中给出的公式12),结合本文研究对象的实际情况;结果表明,私家车的增长速度=交通因素^∧0.15∗经济因素^∧0.4∗消费者心理因素^∧0.32∗(1−环境压力)^∧0.12∗消费者满意度。人均消费的满意程度是由所有权。所有权人均为0时,消费者满意的程度是0,人们急于购买汽车。当人均拥有量高于1时,消费者的汽车需求不高,所以消费者满意的程度往往是1。(8)的限制政策的假设:每个限制尾巴数量将减少车辆出行数量的10%。同样的,当两个尾巴数量限制,大约20%的私人汽车旅行会减少。parity-number限制政策是每两天轮换一次,减少旅行率50%。(9)私人购买的赢率限制政策被认为是30%。(10)在操作的过程中,大力发展公共交通的政策转化为公共交通分担率的年度增长,所示表函数的形式。

4所示。模型仿真

4.1。参数估计

这个模型中采用的参数估计方法如下:(1)采用线性拟合的方法(2)引用统计年鉴的相关数据(3)估计参数值根据行为特征模型的参考(4)鉴定的方法和引用

取对数重庆GDP从2011年到2016年,使用Excel的趋势(图5)。根据图表的趋势,国内生产总值的对数和时间基本上符合线性关系,和决定系数为0.9971,与高度的配件,如下:

重庆的GDP增长率是11.26%。同样,根据统计年鉴的数据,对数拟合进行了变量,每一个层次的,得到的值如表所示2。

重庆交通仿真模型的初始值如表所示3指2011年在中国重庆统计年鉴相关数据(19]。

4.2。模型仿真

不同的步骤大小为0.25(步骤2),0.5(步骤0)和1(当前)选择的系统动力学模型,它代表季度,半年,一年,分别。结果如图所示6。根据趋势图,可以得出结论:系统基本稳定,和模型的操作不会引起发病。

本文以2011 - 2016年重庆统计年鉴数据作为初始值,使发展的中长期模拟汽车在重庆的数量。在表42017年,一些变量的仿真结果与实际统计值。与预测结果相比,每个模拟值的误差小,都不超过5%。模型描述的行为基本上是符合实际的系统行为,和模型基本上是有效的。

4.3。趋势预测

从图可以看出7,没有使用政策调整,旅行的所有类型的汽车将继续增加。因为私家车是最多的所有类型的汽车和需求增长正在迅速发展,它的不断增加会增加交通负担,没有任何控制策略。但也可以看到私家车的快速增长会逐渐慢下来2025左右。虽然总体趋势仍在增加,增长率已经下降缓慢。

公共汽车可以减少私家车的数量,增加总机动车的数量。然而,随着私家车的增长要快得多的增长巴士,巴士的自然增长率不能缓解交通压力,越来越多的私家车带来了。

可以分析,城市GDP的增长和人均收入的增加,人们的消费水平也在增加。网上购物已经成为最常见的购物方法,对物流的需求也相应增加。除了长途运输,如航空、火车、汽车货运的数量也在增加。大型货车重量重,放缓速度,和较低的燃料燃烧,也会造成空气污染和交通压力。

如图8设定的增长率模型随时间而减小。汽车需求可能逐渐减少。因此,增长率可能会继续下降。然而,由于人均车辆不能在很短的时间内达到1,消费者满意度水平在仿真期间不会是零,因此,增长率将降低后,然后方法仍然不变,私家车的数量增长和交通压力将不会缓解。

5。政策优化

5.1。限制私家车的政策

目前,重庆还没有实现大规模的限制政策,只有实现了双数值限制政策Fujian-Macau大桥的桥梁,黄花花园桥,嘉华大桥。本文主要是指三种可能性。大多数现有的国内限制政策已经实施了限制尾巴数字在工作日和周末不限制他们。此外,公共汽车,出租车,官方车辆,和大多数货运车辆不受这一政策的影响。因此,在本文中,假设交通限制政策只有对私家车的出行的影响。

我们设置了参数,填写模型,单独运行仿真三倍的趋势(图9)。

从图可以看出9,限制政策有很大影响减少私人汽车旅行。理论上,限制了尾巴数量越多,旅游和交通负担越小。然而,从图也可以看出,在采用parity-number限制政策,城市机动车出行的数量已经减少了近一半。限制私家车的政策的实施,公共交通的发展不能跟上人们的旅游需求。

5.2。私人汽车购买限制政策

重庆尚未采取具体措施限制车辆的购买。然而,从理论上讲,而不是试图采用其他策略来减少私家车的数量,最好从根源减少汽车的购买。为了抑制私家车的过度增长,采取了不同的购房限制在不同的地方,它主要分为三种类型:北京的随机彩票购买政策,上海牌照拍卖政策和广州拍卖+摇摆政策。本文主要采用北京的政策分析。

近年来,中国政府一直排在前三,无论是机动车的数量和交通拥堵的程度。2010年12月23日,北京开始实施的政策决定私人汽车购买彩票的指标。

彩票政策的具体实现原理一定数量的车辆是分配给每个时期,和被分配在彩票和吸引。所选号码抽水期间也有保质期。如果不使用它,直到最后期限,配额将在下次投资。指北京的前期,车辆的数量分配给每个时期x,参与调查的人数y。赢率是x/y∗100%。在调查之后,发现并不是所有的人参与提取那些购买汽车的需求。由于越来越低的赢率近年来,很多人会选择队列很长一段时间y≥年度对私家车的需求。

如表所示5和图10北京限购政策的,汽车是一个很好的措施来限制私家车的数量。在每个周期的情况下,可以有效地限制汽车的数量你买。不管其他因素,购买一辆汽车是一种有效的政策来缓解交通堵塞。

5.3。关注公共交通的发展

除了私家车,公共交通也是一个不可或缺的现代旅游方式。公共交通的优点是便宜,方便,和绿色。促进公共交通不仅可以减少交通堵塞,也减少环境污染。本文模型的初始值设置时,假设公共交通分担率是恒定的。事实上,这是不可能的,因为政府每年投入大量的资金建设公共交通。例如,近年来,越来越多的在重庆建立了公交线路。轻轨线形成一个网络,和大多数主要城市的地标位置和商业区。

从表6,可以发现,当旅行超过两公里,不到二十公里,人们选择公共交通,私家车相似的概率,因此我们认为运输和可以代替私家车。在一个日益便捷的公共交通网络,人们更倾向于选择公共交通因为停车的困难和交通堵塞的问题。

因此,大力发展公共交通,公共交通工具的共享率私人汽车旅行也不断上升。本文假设公共交通分担率是一个变量会随着时间而改变。调整后的函数,我们进行仿真分析,结果如图11。公共交通的不断发展,城市机动车出行已经大大减少。

5.4。货车限制政策

为了限制通过货运车辆在城市地区,重庆市政府也采取了一些限制汽车货运。主要的限制如下:首先,每天从7点到22:00,所有货运汽车注册地址不禁止在重庆。在重庆,三轴(包括)货车不持有有效护照被禁止进入的主要部分。第二,一天24小时,所有的货车被禁止进入以下部分:双路渝北统景风景区乳峰山下(Huangjiaoping公园的路口和盛湖天宇路),Baiguo路和Qihang大道;禁止批准超过1吨的卡车有一个负载(包容),进入Xingsheng大道。渝北统景风景区乳峰山下

然而,由于货车底部太小,在整个城市旅游的比例并不大,也没有明显的变化在机动车辆的数量。仿真后的结果如图所示12。此外,由于货运汽车物流行业密切相关,如果卡车进入市中心的路段大大地限制,它将有一个伟大的对城市物流循环的影响。

基于城市机动车出行的比较上述四个不同的政策下,我们可以得到图13。

6。结论

在前一节中,我们分析了四种类型的限制性政策。我们发现,这四个城市机动车出行政策有一定的影响。本文的主要目的是为重庆提供合理的政策建议目前的机动车拥堵造成的,所以最后一个步骤是比较政策。

从图13,我们发现每个策略有一定的影响控制机动车的数量在城市旅行,和货车的影响限制政策是最弱的。在短期内,限制私家车的政策有最好的效果。北京限购政策的效果很好,表明限制汽车购买是一个扎根的解决方案。发展公共交通的方法不是那么有效私人汽车限购政策的限制政策和在早期阶段。然而,它将展示它的优点在以后的时期,也是一个有效的方法来控制机动车的发展旅游。

当没有使用策略,仿真结果表明,在未来,私人汽车增长的增长率会逐渐变平。尽管它的总体趋势仍在增长,对私家车的需求将逐渐变平由于增加消费者满意度。

它可以得出的结论是,私家车的数量将减少,如果重庆实现限制私家车的政策。无论是单个数字限制还是双数值限制效果低于parity-number限制政策。因此,parity-number限制措施,可以减少交通堵塞在很短的时间内。北京限购政策从根源减少私家车的数量,所以它是一个有效的措施。发展公共交通是一个长期的解决方案来解决交通拥堵的问题。众所周知,普通民众选择步行旅行时通常不到两公里。超过两公里,普通旅游的人比选择公共交通和私人汽车旅行通常是接近。考虑到停车位的供应在今天的城市很小,如果公共交通方便,人们可能更倾向于选择方便旅行。因此,政府应该计划更多的基金和公共交通的计划,这不仅有助于控制交通拥堵,而且也帮助控制环境污染。控制卡车限制政策对交通拥堵的影响不明显。

但由于模型是一个简化的实际交通系统,许多相关因素和政策也忽略了。首先,它是常识衡量交通拥堵的程度与城市机动车旅行作为一个指标,但它是不够全面的。实际的交通堵塞也可能由于道路网密度和道路宽度等因素。其次,在考虑控制交通拥堵的政策时,本文主要考虑因素,如控制私人汽车旅行的数量和提高公共交通工具的替代率。

实施限制政策和限制政策,简化成线性关系,这篇文章有一定的偏离实际的影响。卡车交通的影响研究也与城市物流产业的发展。本文只考虑城市的白天限制政策,有一定的局限性。最后,为了控制交通拥堵和环境污染,政府必须想出各种新方法与科学技术的发展密切相关。例如,一些外国城市已经开始采取拥挤定价政策。因此,在未来,停车收费和道路建设等因素可以被认为改善交通系统的建设。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究得到了国家社会科学基金重大项目(没有。16 zda010)、四川科技项目(2019 jdr0210和2019 jdr0030号)和中央大学的科研项目的西南财经大学(没有。JBK170503)。