上 海 理 工 大 学 学 报 第 38 卷 第 4 期 犑. 犝 狀 犻 狏 犲 狉 狊 犻 狋 狔 狅 犳 犛 犺 犪 狀 犵 犺 犪 犻 犳 狅 狉 犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲 犪 狀 犱 犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 犵 狔 犞 狅 犾.38 犖 狅.4 2016 文 章 编 号 :1007-6735(2016)04-0357-05 犇 犗 犐 :10.13255/ 犼. 犮 狀 犽 犻. 犼 狌 狊 狊 狋.2016.04.009 上 海 市 汽 车 燃 油 消 耗 因 素 的 系 统 动 力 学 研 究 李 哲 丰, 严 广 乐 ( 上 海 理 工 大 学 管 理 学 院, 上 海 200093) 摘 要 : 汽 车 燃 油 产 生 的 尾 气 是 造 成 空 气 污 染 的 重 要 因 素, 有 效 控 制 汽 车 燃 油 消 耗, 可 以 降 低 空 气 污 染 水 平. 采 用 系 统 动 力 学 的 方 法 和 犞 犲 狀 狊 犻 犿 仿 真 软 件, 并 基 于 2004 2014 年 上 海 市 城 市 交 通 的 相 关 数 据, 构 建 出 上 海 市 汽 车 燃 油 消 耗 的 系 统 动 力 学 模 型, 利 用 控 制 变 量 法 对 道 路 管 理 水 平 汽 车 限 购 政 策 触 发 条 件 以 及 报 废 率 分 别 进 行 模 拟 仿 真. 分 析 仿 真 的 结 果 后 发 现 道 路 的 管 理 水 平 与 汽 车 燃 油 消 耗 成 反 比, 把 汽 车 限 购 政 策 的 触 发 条 件 设 置 在 230~250 万 辆 之 间, 汽 车 报 废 率 维 持 在 5.6%~ 5.8%, 其 产 生 的 节 能 减 排 效 果 最 为 明 显. 最 后 基 于 现 阶 段 上 海 市 节 能 减 排 的 要 求, 制 定 出 上 中 下 3 套 降 低 汽 车 燃 油 消 耗 的 方 案, 为 决 策 者 的 决 策 提 供 理 论 上 的 支 持. 关 键 词 : 系 统 动 力 学 ; 仿 真 ; 汽 车 燃 油 消 耗 ; 节 能 中 图 分 类 号 : 犝 491 文 献 标 志 码 : 犃 犃 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊 狅 狀 狋 犺 犲 犉 狌 犲 犾 犆 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 狅 犳 犃 狌 狋 狅 犿 狅 犫 犻 犾 犲 犻 狀 犛 犺 犪 狀 犵 犺 犪 犻 犅 犪 狊 犲 犱 狅 狀 犛 狔 狊 狋 犲 犿 犇 狔 狀 犪 犿 犻 犮 狊 犔 犐 犣 犺 犲 犳 犲 狀 犵, 犢 犃 犖 犌 狌 犪 狀 犵 犾 犲 ( 犅 狌 狊 犻 狀 犲 狊 狊 犛 犮 犺 狅 狅 犾, 犝 狀 犻 狏 犲 狉 狊 犻 狋 狔 狅 犳 犛 犺 犪 狀 犵 犺 犪 犻 犳 狅 狉 犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲 犪 狀 犱 犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔, 犛 犺 犪 狀 犵 犺 犪 犻 200093, 犆 犺 犻 狀 犪 ) 犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋 : 犉 狌 犲 犾 犮 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 狅 犳 犪 狌 狋 狅 犿 狅 犫 犻 犾 犲 犻 狊 狅 狀 犲 狅 犳 狋 犺 犲 犳 犪 犮 狋 狅 狉 狊 狋 犺 犪 狋 犮 犪 狌 狊 犲 犪 犻 狉 狆 狅 犾 狌 狋 犻 狅 狀. 犐 狋 犻 狊 狏 犲 狉 狔 犲 犳 犲 犮 狋 犻 狏 犲 犳 狅 狉 狅 狌 狉 犲 狀 狏 犻 狉 狅 狀 犿 犲 狀 狋 狆 狉 狅 狋 犲 犮 狋 犻 狅 狀 狋 狅 犮 狅 狀 狋 狉 狅 犾 狋 犺 犲 犳 狌 犲 犾 犮 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 狅 犳 犪 狌 狋 狅 犿 狅 犫 犻 犾 犲. 犃 犮 狅 狉 犱 犻 狀 犵 狋 狅 狋 犺 犲 狋 犺 犲 狅 狉 犻 犲 狊 犪 狀 犱 犿 犲 狋 犺 狅 犱 狊 狅 犳 狊 狔 狊 狋 犲 犿 犱 狔 狀 犪 犿 犻 犮 狊 ( 犛 犇 ) 犪 狀 犱 狑 犻 狋 犺 狋 犺 犲 犺 犲 犾 狆 狅 犳 犞 犲 狀 狊 犻 犿 狊 狅 犳 狋 狑 犪 狉 犲, 犪 犛 犇 犿 狅 犱 犲 犾 犳 狅 狉 狋 犺 犲 犳 狌 犲 犾 犮 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 狅 犳 犪 狌 狋 狅 犿 狅 犫 犻 犾 犲 犻 狀 犛 犺 犪 狀 犵 犺 犪 犻 狑 犪 狊 犮 狅 狀 狊 狋 狉 狌 犮 狋 犲 犱 犫 犪 狊 犲 犱 狅 狀 狋 犺 犲 狋 狉 犪 犳 犻 犮 犱 犪 狋 狅 犳 犛 犺 犪 狀 犵 犺 犪 犻 犳 狉 狅 犿 2004 狋 狅 2014. 犜 犺 犲 狉 狅 犪 犱 犿 犪 狀 犪 犵 犲 犿 犲 狀 狋 犾 犲 狏 犲 犾, 犪 狌 狋 狅 犿 狅 犫 犻 犾 犲 狆 狌 狉 犮 犺 犪 狊 犲 狆 狅 犾 犻 犮 狔 犪 狀 犱 犪 狌 狋 狅 犿 狅 犫 犻 犾 犲 狊 犮 狉 犪 狆 狉 犪 狋 犲 狑 犲 狉 犲 狊 犻 犿 狌 犾 犪 狋 犲 犱 犫 狔 狋 犺 犲 犿 犲 狋 犺 狅 犱 狅 犳 犮 狅 狀 狋 狉 狅 犾 狏 犪 狉 犻 犪 犫 犾 犲 狊. 犜 犺 犲 狉 犲 狊 狌 犾 狋 狊 犺 狅 狑 狋 犺 犪 狋 犺 犲 狉 狅 犪 犱 犿 犪 狀 犪 犵 犲 犿 犲 狀 狋 犾 犲 狏 犲 犾 犻 狊 犻 狀 狏 犲 狉 狊 犲 犾 狔 狆 狉 狅 狆 狅 狉 狋 犻 狅 狀 犪 犾 狋 狅 狋 犺 犲 犳 狌 犲 犾 犮 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 狅 犳 狋 犺 犲 犮 犪 狉 犪 狀 犱 犻 狋 犻 狊 犿 狅 狊 狋 犲 犳 犲 犮 狋 犻 狏 犲 犳 狅 狉 狉 犲 犱 狌 犮 犻 狀 犵 犪 狌 狋 狅 犿 狅 犫 犻 犾 犲 犳 狌 犲 犾 犮 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 狋 狅 犿 犪 犻 狀 狋 犪 犻 狀 狋 犺 犲 狀 狌 犿 犫 犲 狉 狅 犳 犪 狌 狋 狅 犿 狅 犫 犻 犾 犲 狊 犫 犲 狋 狑 犲 狀 2.3 犿 犻 犾 狅 狀 犪 狀 犱 2.5 犿 犻 犾 狅 狀, 犪 狀 犱 犽 犲 狆 狋 犺 犲 狊 犮 狉 犪 狆 狉 犪 狋 犲 犫 犲 狋 狑 犲 狀 5.6% 犪 狀 犱 5.8%. 犜 犺 狉 犲 狊 犮 犺 犲 犿 犲 狊 狑 犲 狉 犲 犳 狅 狉 犿 狌 犾 犪 狋 犲 犱 狋 狅 狉 犲 犱 狌 犮 犲 狋 犺 犲 犳 狌 犲 犾 犮 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 狅 犳 犪 狌 狋 狅 犿 狅 犫 犻 犾 犲 犫 犪 狊 犲 犱 狅 狀 狋 犺 犲 狉 犲 狇 狌 犻 狉 犲 犿 犲 狀 狋 狊 狅 犳 犲 狀 犲 狉 犵 狔 犮 狅 狀 狊 犲 狉 狏 犪 狋 犻 狅 狀 犪 狀 犱 犲 犿 犻 狊 犻 狅 狀 狉 犲 犱 狌 犮 狋 犻 狅 狀 犻 狀 犛 犺 犪 狀 犵 犺 犪 犻, 狑 犺 犻 犮 犺 狆 狉 狅 狏 犻 犱 犲 犱 犪 狋 犺 犲 狅 狉 犲 狋 犻 犮 犪 犾 狊 狌 狆 狅 狉 狋 犳 狅 狉 狋 犺 犲 狆 狅 犾 犻 犮 狔 犿 犪 犽 犲 狉 狊. 犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊 : 狊 狔 狊 狋 犲 犿 犱 狔 狀 犪 犿 犻 犮 狊 ; 狊 犻 犿 狌 犾 犪 狋 犻 狅 狀 ; 犳 狌 犲 犾 犮 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 ; 犲 狀 犲 狉 犵 狔 犮 狅 狀 狊 犲 狉 狏 犪 狋 犻 狅 狀 收 稿 日 期 :2016-02-28 基 金 项 目 : 上 海 市 一 流 学 科 建 设 资 助 项 目 ( 犛 1201 犢 犔 犡 犓 ) 第 一 作 者 : 李 哲 丰 (1991-), 男, 硕 士 研 究 生. 研 究 方 向 : 社 会 经 济 复 杂 系 统. 犈 犿 犪 犻 犾 : 狆 犲 狋 犲 狉 犾 犲 犲 狑 犲 犾 @ 狊 犻 狀 犪. 犮 狅 犿 通 信 作 者 : 严 广 乐 (1957-), 男, 教 授. 研 究 方 向 : 社 会 经 济 系 统 系 统 科 学. 犈 犿 犪 犻 犾 : 犵 犾 狔 犪 狀 2003@ 狊 犻 狀 犪. 犮 狀
358 上 海 理 工 大 学 学 报 2016 年 第 38 卷 空 气 污 染 是 人 们 当 前 面 临 的 重 大 环 境 问 题, 汽 车 尾 气 的 排 放 是 引 起 这 一 问 题 的 主 要 原 因. 相 较 于 北 方 城 市 因 燃 煤 和 汽 车 尾 气 排 放 综 合 作 用 造 成 的 空 气 污 染, 上 海 的 空 气 污 染 主 要 来 源 于 汽 车 的 尾 气 排 [1] 放, 而 减 少 汽 车 尾 气 排 放 的 最 直 接 方 法 就 是 降 低 汽 车 的 燃 油 消 耗. 当 前 减 少 汽 车 燃 油 消 耗 的 研 究 主 [2] 要 集 中 在 汽 车 发 动 机 的 设 计 改 良 控 制 汽 车 保 有 [3] [4] 量 道 路 拥 挤 程 度 对 汽 车 燃 油 消 耗 的 影 响 等 方 面. 但 影 响 汽 车 燃 油 消 耗 的 因 素 是 多 方 面 的, 单 从 一 个 角 度 去 分 析 就 与 实 际 情 况 不 相 符, 因 此 从 宏 观 角 度 去 研 究 影 响 汽 车 燃 油 消 耗 问 题 对 于 改 善 空 气 污 染 具 有 重 要 意 义. 系 统 动 力 学 正 是 从 宏 观 角 度 去 探 究 解 决 问 题 的 一 个 重 要 方 法, 所 以 本 文 将 基 于 系 统 动 力 学 的 方 法 建 立 汽 车 燃 油 消 耗 相 关 模 型, 通 过 对 模 型 的 研 究, 给 出 影 响 汽 车 燃 油 消 耗 的 相 关 因 素, 提 出 减 少 燃 油 消 耗 的 相 关 措 施, 从 而 有 效 降 低 空 气 污 染, 并 为 相 关 的 决 策 者 提 供 理 论 依 据. 1 国 内 外 研 究 现 状 国 内 对 于 汽 车 油 耗 的 研 究 相 较 于 国 外 起 步 较 晚, 主 要 是 基 于 在 静 态 环 境 下 建 立 汽 车 燃 油 消 耗 的 [5] 预 测 模 型. 赵 志 国 等 提 出 汽 车 的 燃 油 消 耗 与 环 境 [6] 道 路 驾 驶 水 平 有 关 ; 项 乔 军 以 发 动 机 台 架 实 验 的 [7] 数 据 为 基 础, 建 立 了 燃 油 消 耗 的 预 测 模 型 ; 华 智 等 根 据 道 路 在 畅 通 条 件 下 和 拥 堵 条 件 下 得 到 的 数 据, 建 立 了 燃 油 消 耗 的 模 型. 国 外 对 于 汽 车 油 耗 的 研 究 多 关 注 于 汽 车 的 硬 件 方 面, 主 要 是 基 于 发 动 机 改 进 和 汽 车 外 形 的 设 计 改 进 从 而 减 少 汽 车 的 耗 油 量 [8]. 另 一 方 面, 由 于 20 世 纪 发 生 过 石 油 危 机, 在 那 段 时 间 里, 对 于 汽 车 耗 油 量 的 研 究 主 要 在 于 疏 通 交 通 建 设 道 路 方 面 [9]. 从 上 述 文 献 可 知, 这 些 研 究 大 多 数 都 是 基 于 静 态 系 统 的, 而 静 态 系 统 对 于 现 实 社 会 显 然 是 不 适 用 的. 社 会 是 一 个 开 放 的 大 系 统, 时 时 刻 刻 都 在 发 生 着 变 化, 因 此, 要 得 到 一 个 可 信 度 较 高 的 汽 车 燃 油 消 耗 模 型, 就 需 要 从 宏 观 动 态 的 角 度 去 研 究, 而 系 统 动 力 学 就 十 分 符 合 这 一 标 准. 2 建 立 系 统 动 力 学 模 型 2.1 相 关 理 论 的 介 绍 系 统 动 力 学 ( 狊 狔 狊 狋 犲 犿 犱 狔 狀 犪 犿 犻 犮 狊, 犛 犇 ) 是 由 美 国 麻 省 理 工 学 院 教 授 犉 狅 狉 犲 狊 狋 犲 狉 在 20 世 纪 60 年 代 创 立 的, 该 方 法 注 重 系 统 内 部 结 构 和 反 馈 机 制, 擅 长 处 理 长 周 期 高 阶 次 非 线 性 多 变 量 多 反 馈 的 复 杂 系 统 问 题, 自 创 立 以 来 已 在 多 领 域 得 到 广 泛 运 用 [10]. 汽 车 耗 油 量 的 分 析 牵 扯 的 关 系 众 多, 属 于 复 杂 系 统 的 范 畴, 因 此 利 用 系 统 动 力 学 研 究 该 问 题 是 合 适 的. 2.2 系 统 分 析 2.2.1 任 务 调 研 与 目 标 分 析 近 年 来 不 断 加 重 的 空 气 污 染 导 致 每 年 的 秋 冬 季 节 雾 霾 频 发. 北 方 的 空 气 污 染 问 题 主 要 源 于 冬 季 供 暖 燃 煤 排 放 以 及 汽 车 尾 气 排 放. 上 海 作 为 南 方 城 市, 由 于 没 有 冬 季 集 中 供 暖 的 传 统, 因 此 本 地 燃 煤 排 放 不 是 造 成 空 气 污 染 的 主 要 原 因, 而 汽 车 尾 气 就 成 了 空 气 污 染 的 主 要 来 源. 控 制 汽 车 尾 气 排 放 能 够 极 大 地 减 少 空 气 污 染 问 题, 而 建 立 汽 车 燃 油 消 耗 模 型 的 意 义 就 在 于 降 低 汽 车 油 耗 可 以 显 著 降 低 汽 车 尾 气 排 放. 通 过 对 模 型 的 分 析, 本 文 将 提 出 减 少 燃 油 消 耗 的 可 行 方 法, 从 而 降 低 汽 车 尾 气 对 空 气 造 成 的 污 染. 2.2.2 边 界 划 分 系 统 动 力 学 分 析 的 方 法 是 基 于 系 统 内 部 各 要 素 之 间 的 关 系 进 行 研 究 的, 假 设 这 个 系 统 的 外 部 环 境 对 系 统 内 部 各 个 要 素 没 有 影 响, 并 且 内 部 环 境 对 外 部 环 境 也 没 有 影 响. 因 此 要 确 定 一 个 系 统 的 边 界, 对 这 个 边 界 内 的 变 量 进 行 研 究, 排 除 外 部 变 量 [11]. 通 过 阅 读 相 关 文 献 并 结 合 实 际 情 况 发 现, 汽 车 的 燃 油 消 耗 不 单 单 与 汽 车 的 保 有 量 有 关, 还 与 下 述 变 量 有 直 接 关 系, 于 是 本 文 把 这 些 变 量 设 置 为 研 究 对 象 : 汽 车 的 需 求 量 汽 车 的 报 废 量 一 辆 汽 车 平 均 行 驶 的 里 程 一 辆 汽 车 在 路 上 平 均 消 耗 的 时 间 道 路 的 拥 挤 程 度 道 路 的 管 理 水 平 汽 车 限 购 的 政 策 条 件 等 水 平 量. 2.3 因 果 关 系 和 系 统 动 力 学 模 型 系 统 内 部 各 要 素 之 间 的 因 果 关 系 的 相 互 作 用 影 响 着 系 统 的 变 化, 而 影 响 系 统 变 化 的 因 素 主 要 有 : 汽 车 保 有 量 年 报 废 量 平 均 燃 油 消 耗 平 均 行 驶 时 间 拥 挤 度 管 理 水 平 行 驶 里 程 年 需 求 量 年 增 长 量 和 政 策 条 件. 其 因 果 关 系 图 如 图 1 所 示. 由 图 1 所 示 的 因 果 关 系 图 可 以 发 现, 影 响 汽 车 燃 油 总 量 的 因 素 主 要 有 : 平 均 燃 油 消 耗 汽 车 保 有 量 和 行 驶 里 程 这 3 个 要 素, 因 此 本 文 将 会 围 绕 着 这 3 个 变 量 对 模 型 进 行 研 究. 本 动 力 学 模 型 将 以 2004 年 为 仿 真 的 元 年, 模 型 中 的 相 关 数 据 也 采 用 2004 年 上 海 市 的 相 关 数 据.
第 4 期 李 哲 丰, 等 : 上 海 市 汽 车 燃 油 消 耗 因 素 的 系 统 动 力 学 研 究 359 图 1 燃 油 消 耗 因 果 图 犉 犻 犵.1 犆 犪 狌 狊 犪 犾 犻 狋 狔 犱 犻 犪 犵 狉 犪 犿 狅 犳 狌 犲 犾 犮 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 通 过 对 因 果 图 的 分 析, 可 以 获 得 对 应 的 汽 车 燃 油 消 耗 系 统 动 力 学 模 型, 如 图 2 所 示. 暂 未 考 虑 经 济 因 素. 犲. 巴 黎 气 候 大 会 在 2015 年 12 月 份 刚 刚 结 束, 大 会 通 过 的 气 候 公 约 显 示, 到 2050 年 全 球 的 碳 排 放 量 要 减 少 50%. 因 此 本 文 在 政 策 讨 论 时 以 在 现 有 基 础 上 减 少 50% 的 燃 油 消 耗 作 为 上 等 决 策 目 标,35% 作 为 中 等 决 策 目 标,20% 作 为 基 本 决 策 目 标. 部 分 方 程 示 例 : 报 废 率 =0.048; 平 均 行 驶 时 间 =24 拥 挤 度 + 72, 年 需 求 量 = 犐 犖 犜 犈 犌 ( 年 增 长 量,25), 汽 车 保 有 量 = 犐 犖 犜 犈 犌 (+ 年 需 求 量 - 年 报 废 量,202.85), 政 策 条 件 = 犐 犉 犜 犎 犈 犖 犈 犔 犛 犈 ( 汽 车 保 有 量 >230,1,0); 拥 挤 度 = 犾 狀 ( 汽 车 保 有 量 /50). 因 模 型 方 程 较 多 故 不 一 一 举 例, 该 模 型 考 虑 了 影 响 汽 车 燃 油 消 耗 的 主 要 因 素, 可 动 态 演 示 目 标 变 量 的 长 期 发 展 情 况. 2.5 系 统 模 型 试 验 由 于 无 法 获 得 上 海 市 汽 车 燃 油 总 量 的 真 实 数 据, 故 本 文 选 取 上 海 市 2004 2014 年 汽 车 保 有 量 的 数 据 对 模 型 的 可 靠 性 进 行 检 验. 仿 真 的 具 体 结 果 如 表 1 所 示, 其 中 犛 狋 犲 狆 1, 犛 狋 犲 狆 2 和 犛 狋 犲 狆 3, 分 别 代 表 仿 真 时 选 取 的 步 长 为 一 年 半 年 和 一 个 季 度. 图 2 汽 车 燃 油 消 耗 系 统 动 力 学 模 型 犉 犻 犵.2 犛 狔 狊 狋 犲 犿 犱 狔 狀 犪 犿 犻 犮 狊 犳 犾 狅 狑 犱 犻 犪 犵 狉 犪 犿 狅 犳 犳 狌 犲 犾 犮 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 表 1 汽 车 保 有 量 模 型 仿 真 结 果 表 犜 犪 犫.1 犛 犻 犿 狌 犾 犪 狋 犻 狅 狀 狉 犲 狊 狌 犾 狋 狊 犫 狔 狋 犺 犲 犿 狅 犱 犲 犾 狅 犳 犪 狌 狋 狅 犿 狅 犫 犻 犾 犲 犮 犪 狆 犪 犮 犻 狋 狔 万 辆 2.4 假 设 与 模 型 方 程 由 于 该 模 型 是 以 上 海 市 为 例 的, 因 此 其 中 的 一 些 变 量 就 直 接 利 用 上 海 市 的 相 关 数 据 进 行 直 接 的 输 入, 例 如 汽 车 的 年 增 长 率 汽 车 的 年 报 废 量 年 需 求 量 以 及 汽 车 保 有 量 等, 因 此 在 后 续 的 模 型 运 行 中, 对 于 不 同 的 城 市, 这 些 参 数 应 当 作 出 相 应 的 变 化. 参 数 设 定 : 犪. 假 定 政 策 条 件 只 与 汽 车 的 数 量 有 关, 当 汽 车 的 保 有 量 超 过 事 先 界 定 的 数 量 时, 便 会 触 发 限 购 政 策, 对 汽 车 的 需 求 量 和 增 长 率 进 行 控 制, 在 本 模 型 中, 初 定 的 限 购 数 量 为 230 万 辆. 犫. 本 模 型 的 仿 真 元 年 是 2004 年, 因 此 在 设 定 汽 车 保 有 量 初 始 值 时, 根 据 上 海 市 统 计 年 鉴 的 统 计 显 示, 把 汽 车 的 初 始 保 有 量 设 置 为 202.85 万 辆, 第 一 年 的 需 求 设 置 为 2005 年 与 2004 年 汽 车 保 有 量 的 差 值. 犮. 根 据 上 海 市 统 计 年 鉴, 分 析 2004 2014 年 的 上 海 市 汽 车 保 有 量, 可 以 发 现 这 10 年 中, 上 海 市 汽 车 保 有 量 的 年 增 长 率 约 为 8%, 因 此 在 相 关 数 据 的 使 用 中, 汽 车 需 求 量 的 年 增 长 率 即 为 该 数 值. 犱. 本 文 在 决 策 时 以 减 少 燃 油 消 耗 为 主 要 标 准, 年 份 犛 狋 犲 狆 1 犛 狋 犲 狆 2 犛 狋 犲 狆 3 2004 202.850 202.850 202.850 2005 212.003 212.276 212.417 2006 222.247 222.829 223.130 2007 233.653 234.585 235.068 2008 246.300 247.024 246.827 2009 257.863 258.403 257.578 2010 268.402 268.784 267.378 2011 277.978 278.221 276.281 2012 286.645 286.770 284.337 2013 295.446 295.432 292.527 2014 302.493 302.430 299.107 对 模 型 选 取 不 同 步 长 (1;0.5;0.25) 进 行 仿 真 检 验,1;0.5;0.25 分 别 代 表 仿 真 的 时 间 量 纲 为 一 年 半 年 和 一 个 季. 从 图 3( 见 下 页 ) 中 可 知 仿 真 的 数 据 基 本 稳 定, 所 建 立 的 模 型 参 数 敏 感 性 较 弱, 反 映 了 该 系 统 的 复 杂 性, 因 此 该 模 型 基 本 可 行, 具 备 鲁 棒 性. 对 比 上 海 市 2004 2014 年 汽 车 实 际 保 有 量 与 仿 真 的 数 据 结 果 后 可 知, 相 对 误 差 在 可 接 受 的 范 围 内, 模 型 预 测 的 结 果 与 实 际 结 果 基 本 相 似, 如 表 2 所 示 ( 见 下 页 ), 证 明 模 型 可 行.
360 上 海 理 工 大 学 学 报 2016 年 第 38 卷 图 3 模 型 稳 定 性 分 析 犉 犻 犵.3 犛 狋 犪 犫 犻 犾 狋 狔 犪 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狅 犳 狋 犺 犲 犿 狅 犱 犲 犾 表 2 [12] 预 测 数 据 与 实 际 数 据 比 较 犜 犪 犫.2 犆 狅 犿 狆 犪 狉 犪 狋 犻 狅 狀 犫 犲 狋 狑 犲 狀 狋 犺 犲 狉 犲 狊 狌 犾 狋 狊 狅 犳 狊 犻 犿 狌 犾 犪 狋 犻 狅 狀 犪 狀 犱 狉 犲 犪 犾 犻 狋 狔 年 份 实 际 汽 车 保 有 量 / 万 辆 仿 真 汽 车 保 有 量 / 万 辆 误 差 /% 2004 202.85 202.850 0.00 2005 221.74 212.003-4.39 2006 238.13 222.247-6.67 2007 253.60 233.653-7.87 2008 261.50 246.300-5.81 2009 285.00 257.863-9.52 2010 309.70 268.402-13.34 2011 329.17 277.978-15.55 2012 260.90 286.645 9.87 2013 282.46` 295.446 4.60 2014 304.45 302.493-0.66 图 4 不 同 限 购 条 件 触 发 数 量 下 的 燃 油 消 耗 犉 犻 犵.4 犉 狌 犲 犾 犮 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 狌 狀 犱 犲 狉 犱 犻 犳 犲 狉 犲 狀 狋 犪 狌 狋 狅 犿 狅 犫 犻 犾 犲 狆 狌 狉 犮 犺 犪 狊 犲 狆 狅 犾 犻 犮 犲 狊 以 4.8% 为 基 础, 以 0.2% 递 增 进 行 仿 真, 最 终 使 报 废 率 达 到 6%, 汽 车 的 限 购 政 策 维 持 在 310 万 辆, 大 致 为 2014 年 的 汽 车 保 有 量 水 平, 得 到 图 5 数 据. 从 图 5 中 分 析 发 现 报 废 率 在 5.2%~5.4% 之 间 时 汽 车 的 燃 油 消 耗 不 降 反 升, 因 此 这 个 数 值 的 报 废 率 是 不 合 理 的, 并 且 随 着 报 废 率 的 上 升, 燃 油 消 耗 降 低 的 数 量 越 不 明 显. 3 模 型 使 用 3.1 控 制 汽 车 保 有 量 政 策 首 先, 对 汽 车 的 保 有 量 进 行 控 制, 对 于 模 型 中 的 政 策 条 件 参 数 进 行 控 制, 改 变 触 发 控 制 政 策 的 汽 车 数 量. 假 设 以 2014 年 的 汽 车 保 有 量 作 为 触 发 条 件, 以 20 万 辆 汽 车 为 差 量 进 行 仿 真, 得 到 相 应 的 汽 车 燃 油 消 耗 量 犙, 得 到 图 4 的 结 果. 从 图 4 可 发 现 随 着 汽 车 限 购 的 触 发 条 件 不 断 降 低, 燃 油 减 排 效 果 先 变 大 后 减 小, 其 变 化 是 非 线 性 的, 触 发 条 件 控 制 在 230~250 万 辆 区 间, 减 排 效 果 最 明 显. 并 且 在 仿 真 中 发 现 控 制 的 差 值 在 10 万 辆 以 内, 燃 油 消 耗 的 下 降 量 没 有 明 显 改 变. 3.2 控 制 报 废 率 政 策 报 废 率 的 变 化 对 燃 油 消 耗 有 很 大 影 响, 特 别 地, 年 代 越 久 的 汽 车 单 位 距 离 的 燃 油 消 耗 越 大. 数 据 显 示 上 海 市 的 汽 车 报 废 率 为 4.8%, 故 在 此 次 仿 真 中 图 5 不 同 报 废 率 条 件 下 的 燃 油 消 耗 犉 犻 犵.5 犉 狌 犲 犾 犮 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 狌 狀 犱 犲 狉 犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 狊 犮 狉 犪 狆 狉 犪 狋 犲 狊 3.3 控 制 拥 挤 度 加 强 道 路 疏 通 管 理, 建 设 更 多 道 路 也 是 减 少 汽 车 尾 气 排 放 的 一 个 重 要 措 施, 保 持 汽 车 限 购 触 发 量 为 310 万 辆, 报 废 率 为 4.8% 进 行 仿 真, 得 到 图 6 的 结 果. 从 图 6 分 析 可 以 看 出 随 着 拥 挤 度 的 降 低, 汽 车 燃 油 消 耗 的 降 低 效 果 明 显, 越 通 畅 的 道 路 对 于 降 低 汽 车 燃 油 消 耗 的 效 果 越 明 显. 3.4 政 策 分 析 在 现 有 条 件 下, 到 2050 年 上 海 的 汽 车 燃 油 消 耗 为 74752.6 10 5 犔, 那 么 按 照 上 等 中 等 和 基 本 政 策 所 需 要 的 燃 油 消 耗 量 分 别 为 37376.3 10 5 犔,
第 4 期 李 哲 丰, 等 : 上 海 市 汽 车 燃 油 消 耗 因 素 的 系 统 动 力 学 研 究 361 车 燃 油 消 耗 的 各 个 因 素, 把 这 些 因 素 设 为 变 量, 赋 予 不 同 的 值 就 可 以 发 现 各 因 素 对 于 减 少 燃 油 消 耗 作 用 的 大 小, 选 择 效 果 最 明 显 的 因 素 对 其 进 行 优 化, 有 利 于 减 少 汽 车 燃 油 消 耗. 汽 车 尾 气 的 排 放 作 为 上 海 空 气 污 染 的 重 要 因 素, 此 模 型 的 提 出 对 于 从 源 头 上 治 理 空 气 污 染 问 题 具 有 实 际 意 义. 同 时, 上 述 3 项 措 施 实 施 的 经 济 效 益 本 文 暂 时 没 有 涉 及, 在 今 后 的 实 际 实 施 中, 可 以 根 据 相 关 的 条 件, 得 到 一 个 经 济 效 益 最 高 的 方 案. 图 6 不 同 拥 挤 度 情 况 下 的 燃 油 消 耗 犉 犻 犵.6 犉 狌 犲 犾 犮 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 狌 狀 犱 犲 狉 犱 犻 犳 犲 狉 犲 狀 狋 狉 狅 犪 犱 犿 犪 狀 犪 犵 犲 犿 犲 狀 狋 犾 犲 狏 犲 犾 狊 48589.19 10 5 犔,59802.08 10 5 犔, 对 所 需 的 目 标 值 分 别 进 行 仿 真. 为 了 减 少 燃 油 消 耗 量 50%, 在 本 文 叙 述 的 数 据 条 件 下, 得 到 2050 年 最 低 的 燃 油 消 耗 量 为 45309.9 10 5 犔. 由 于 现 有 的 道 路 通 畅 程 度 和 控 制 汽 车 购 买 的 政 策 条 件 已 经 不 太 容 易 修 改, 因 此 唯 一 的 办 法 就 是 提 高 汽 车 的 报 废 率. 但 通 过 不 断 改 变 报 废 率 的 数 值, 仍 然 无 法 达 到 降 低 燃 油 消 耗 50% 的 目 标, 可 见 这 样 的 一 个 目 标 就 现 有 的 技 术 条 件 和 道 路 管 理 水 平 是 难 以 实 现 的. 接 着 对 减 少 燃 油 消 耗 量 35% 进 行 仿 真, 把 汽 车 限 购 的 触 发 条 件 设 置 在 220 万 辆, 报 废 率 设 置 为 6%, 道 路 管 理 水 平 设 置 为 犾 狀 ( 汽 车 保 有 量 /35) 的 情 况 下 可 以 实 现 这 样 一 个 目 标, 从 仿 真 的 结 果 来 看 燃 油 的 消 耗 将 在 2033 年 达 到 峰 值, 随 后 逐 年 降 低, 并 且 在 2050 年 没 有 再 度 增 长 的 趋 势. 最 后 对 减 少 燃 油 消 耗 量 20% 进 行 仿 真, 把 汽 车 限 购 触 发 条 件 设 置 为 250 万 辆, 报 废 率 设 置 为 5.8%, 道 路 管 理 水 平 设 置 为 犾 狀 ( 汽 车 保 有 量 /35) 的 情 况 下 可 以 实 现 这 样 一 个 目 标, 燃 油 消 耗 的 峰 值 仍 然 在 2033 年, 随 后 逐 年 降 低, 并 且 在 2050 年 没 有 再 度 增 长 的 趋 势. 从 上 述 的 政 策 仿 真 来 看,2033 年 上 海 的 燃 油 消 耗 值 将 达 到 峰 值, 随 之 而 来 的 污 染 问 题 也 将 达 到 最 大, 为 了 平 稳 度 过 这 个 峰 值, 加 强 管 控, 提 高 道 路 管 理 水 平 尤 为 关 键, 而 控 制 汽 车 限 购 的 触 发 条 件 则 不 利 于 汽 车 工 业 的 发 展, 应 该 慎 重 考 虑. 4 结 束 语 本 文 通 过 建 立 汽 车 燃 油 消 耗 模 型, 分 析 影 响 汽 参 考 文 献 : [1] 梁 朝 晖. 上 海 市 碳 排 放 的 历 史 特 征 与 远 期 趋 势 分 析 [ 犑 ]. 上 海 经 济 研 究,2009(7):79-87. [2] 陈 正 江. 汽 车 动 力 传 动 系 统 优 化 设 计 研 究 [ 犇 ]. 武 汉 : 武 汉 理 工 大 学,2005. [3] 樊 洁, 严 广 乐. 基 于 系 统 动 力 学 的 北 京 市 私 家 车 总 量 仿 真 与 控 制 [ 犑 ]. 公 路 交 通 科 技,2009,26(12): 120-125. [4] 杜 春 燕, 周 溪 召, 智 路 平. 基 于 系 统 动 力 学 的 交 叉 口 通 行 能 力 测 算 模 型 的 仿 真 与 分 析 [ 犑 ]. 上 海 理 工 大 学 学 报,2014,36(5):449-455. [5] 赵 志 国, 王 生 昌. 浅 析 影 响 汽 车 燃 油 消 耗 的 外 界 因 素 [ 犑 ]. 物 流 技 术 与 应 用 ( 货 运 车 辆 ),2008(2):52-54. [6] 项 乔 君. 城 市 交 通 系 统 汽 车 燃 油 消 耗 研 究 [ 犇 ]. 南 京 : 东 南 大 学,2000. [7] 华 智, 李 朝 阳. 城 市 交 通 系 统 汽 车 燃 油 消 耗 宏 观 预 测 方 法 以 苏 州 为 例 [ 犑 ]. 交 通 运 输 工 程 与 信 息 学 报, 2009,7(4):102-108. [8] 犇 犈 犔 犗 犚 犕 犈 犃, 犞 犐 犑 犃 犢 犃 犌 犗 犘 犃 犔 犚, 犓 犃 犚 犅 犗 犠 犛 犓 犐 犇, 犲 狋 犪 犾. 犐 犿 狆 犪 犮 狋 狅 犳 犪 犱 狏 犪 狀 犮 犲 犱 狋 犲 犮 犺 狀 狅 犾 犵 犻 犲 狊 狅 狀 犿 犲 犱 犻 狌 犿 犱 狌 狋 狔 狋 狉 狌 犮 犽 狊 犳 狌 犲 犾 犲 犳 犻 犮 犲 狀 犮 狔 [ 犚 ]. 犖 犲 狑 狔 狅 狉 犽 : 犛 犃 犈 犐 狀 狋 犲 狉 狀 犪 狋 犻 狅 狀 犪 犾, 2010. [9] 犆 狅 犿 犻 狋 犲 狋 狅 犪 狊 犲 狊 犳 狌 犲 犾 犲 犮 狅 狀 狅 犿 狔 狋 犲 犮 犺 狀 狅 犾 犵 犻 犲 狊 犳 狅 狉 犿 犲 犱 犻 狌 犿 犪 狀 犱 犺 犲 犪 狏 狔 犱 狌 狋 狔 狏 犲 犺 犻 犮 犾 犲 狊, 犅 狅 犪 狉 犱 狅 狀 犲 狀 犲 狉 犵 狔 犪 狀 犱 犲 狀 狏 犻 狉 狅 狀 犿 犲 狀 狋 犪 犾 狊 狔 狊 狋 犲 犿 狊, 犖 犪 狋 犻 狅 狀 犪 犾 狉 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺 犮 狅 狌 狀 犮 犻 犾, 犲 狋 犪 犾. 犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 犵 犻 犲 狊 犪 狀 犱 犪 狆 狉 狅 犪 犮 犺 犲 狊 狋 狅 狉 犲 犱 狌 犮 犻 狀 犵 狋 犺 犲 犳 狌 犲 犾 犮 狅 狀 狊 狌 犿 狆 狋 犻 狅 狀 狅 犳 犿 犲 犱 犻 狌 犿 犪 狀 犱 犺 犲 犪 狏 狔 犱 狌 狋 狔 狏 犲 犺 犻 犮 犾 犲 狊 [ 犕 ]. 犠 犪 狊 犺 犻 狀 犵 狋 狅 狀 : 犜 犺 犲 犖 犪 狋 犻 狅 狀 犪 犾 犃 犮 犪 犱 犲 犿 犻 犲 狊 犘 狉 犲 狊,2010. [10] 王 其 藩. 系 统 动 力 学 [ 犕 ]. 上 海 : 上 海 财 经 大 学 出 版 社,2009. [11] 陈 成 鲜, 严 广 乐. 我 国 水 资 源 可 持 续 发 展 系 统 动 力 学 模 型 研 究 [ 犑 ]. 上 海 理 工 大 学 学 报,2000,22(2): 154-159. [12] 王 建 平, 朱 章 海. 上 海 统 计 年 鉴 [ 犕 ]. 北 京 : 中 国 统 计 出 版 社,2015. ( 编 辑 : 丁 红 艺 )