城市交通承载力的研究（可编辑）

城市交通承载力的研究（可编辑） 城市交通承载力的研究 同济大学交通运输工程学院 博士学位论文 城市交通承载力研究 姓名:侯德劭 申请学位级别:博士 专业:交通运输与管理 指导教师:晏克非 20080301摘要 摘 要 可持续发展作为规范人类社会发展的一种模式,日益为越来越多的人所接 受。交通可持续发展是城市可持续发展的重要内容,城市交通可持续发展战略 已经在我国许多城市逐步实施,然而目前我国尚未建立一套完整的分析和评价 城市交通发展是否超越可持续发展“度”的理论和方法。随着承载力概念的引 入,承载力作为可持续发展的阈值已在诸多领域得到应用,但如何在可持续发 展条件下,分析和评价城市交通的承载能力成为一个新的课题。因此,本论文 立足于我国城市可持续发展的大背景,针对城市交通体系的主要特征,采用定 性与定量相结合的方法,对城市交通承载力系统的内涵、组成、理论分析方法 和评价方法进行了深入研究,取得了一定成果。 首先,系统分析了在可持续发展条件下交通发展的阈值条件。提出了城市 交通设施承载力和城市交通环境承载力的概念,分析了其主要内涵;探讨城市 交通承载力的系统组成及各组成之间的内在联系,提出了城市交通承载力研究 的关键问题。 其次,在城市交通设施资源承载力分析方面,从定性的角度探讨了城市道 路网和轨道交通网络设施的承载机制,构建了不同交通需求固定分布、可 约束分布与道路网络设施承载力、轨道网络设施承载力的双向优化模型, 该模型可计算不同约束条件下的交通设施资源承载力,拓展了城市交通承载力 研究的广度和深度。以遗传算法作为重要的研究手段与方法,通过算例对研究 的成果进行了验证。 第三,在城市交通环境承载力方面,根据交通污染的两个主要部分一大气 污染和噪声污染两者之间不同的特性,分析了两种污染产生、传播与不同交通 方式的关系;在满足城市环境排放的前提下,分别以大气污染容量和噪声 环境容量为约束,对道路交通建立交通环境承载力分析模型。其中考虑大气环 境容量约束的道路交通承载力模型分析考虑了宏观和微观两种情况;并对不同 的分析模型通过算例进行了验证。对轨道交通则考虑了噪声环境容量约束的承 载力分析模型。 第四,在城市交通承载力评价方面,构建了基于的城市交通承载力评 价系统,提出了城市交通承载力评价的指标体系,在城市交通承载力评价中分 别考虑了单因素评价分析和综合评价分析,用多级模糊模式识别评价方法对城摘要 市交通承载力状态进行综合评价。提出了建立城市交通承载力预警机制和改善 提高城市交通承载力的若干建议。 最后,论文对研究的成果进行了简要总结,论文中的成果对于我国城市交 通的可持续发展的研究具有一定的参考价值。同时,对未来进一步研究的方向 进行了简单讨论和设想。 关键词:城市交通,可持续发展,交通承载力,交通设施,环境容量,优化模 型,承载力评价 ? ., .,., .., , ., . . ... .... ,. . 矗 ,硒. ..趾剧.哪 , 锄妇... :, , , , . 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定, 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版,并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在不以赢利为目的的前 提下,学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 荔筇书叼 本授权书。 指导教师签名: 学位论文作者签名: 日 年 月 日 年 月同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 刈年彩月甲日 影嬲第章绪论 第章绪论 .研究背景及问题的提出 城市交通拥挤、交通环境恶化是我国城市化发展面临的主要问题。城市交 通可持续发展的规划和建设近些年来在世界各国得到大力发展和倡导,我国城 市交通可持续发展战略近几年也开始快速发展和实施,但还处于起步阶段。要 深化和完善以人为本、可持续发展的城市交通在一定程度上取决于是否建立了 分析评价城市交通超越可持续发展“度”的警示机制与体系。随着承载力概念 的引入,承载力作为可持续发展的阈值条件在诸多领域都得到深入研究,而在 城市交通方面却是一个新的课题。城市交通承载力的研究是城市交通可持续发 展和智能运输系统的重要研究内容,可以为交通需求管理提供 依据,是国际上正在研究的前沿课题之一。 ..城市化发展的宏观环境 伴随着国民经济高速增长,我国的城市化进程在加快,城市化水平也在迅 速提高。这一方面使得城市快速发展,城市已经成为全国经济发展的中心;另 一方面城市人口高度集聚,人们在享受城市化带来的喜悦的同时也在改变城市 的平衡,城市的承载力的不断地下降使得城市发展超越城市的承载力,从而导 致城市综合功能及效益的下降,甚至引发经济社会发展与城市生态环境系统的 尖锐矛盾。体现在城市交通领域,是城市的机动车数量不断增加,交通拥挤程 度日渐加剧,交通负荷已经逐渐超越了城市对交通的承载能力,从而引发愈来 愈严重的城市社会生活和环境问题。 、城市交通拥挤 当城市交通需求超越交通供给时就会出现交通拥挤。首先,城市社会经济 活动的增强,往往使城市交通总量以倍于人口增长的速度增长。其次,不 合理的土地利用增加了拥挤的程度,城市土地的高强度开发和缺乏管理的郊区 化,引发了市民出行次数增多和出行距离增大,一些大城市的居民出行调查显 示,从年代中期到年,人均出行次数和出行距离增长了%。以上第章绪论 海为例“】,居民日均出行次数从年的.次/日提高到年的.次/ 日,增长.%;出行距离从.公里/次延长到.公里/次,增长%。第三, 城市资源是有限的,尽管城市交通设施的增长幅度较快,仍赶不上城市交通量 年均的增长速度。最后,不合理的城市交通资源配置使得运载效率低的交通 方式占用了大多数城市交通资源,降低了城市交通的可承载能力。我国城市交 通需求超越交通承载能力的现象非常严重,最新公布的“中国城市畅行指数 年度”指出:年中国城市畅行程度受评得分为五十四点一分,未达及 格线,表明了城市交通正处于拥堵困境。 资料来源:://...//型// ..。 、城市交通污染 环境污染对许多城市来说都是一种威胁,联合国环境规划署公布的年 《亚洲城市空气污染》的评估报告则显示,亚洲每年有多达万的入因空气污 染而过早死亡。我国的状况也不例外,年中国环境状况公报》显示我国城 市污染仍然严重,年监测的个城市中,地级及以上城市含地、州、 盟首府所在地,以下同个,县级城市个。空气质量达到一级标准的城 市个占.%、二级标准的城市个占.%、三级标准的城市 个占.%、劣于三级标准的城市个占.%。全国开展区域环境噪声 监测的个市县中,城市区域声环境质量为好的城市有个占.%、 较好的城市个占.%、轻度污染的城市个占.%、中度污 染的城市个占.%、重度污染的城市个占.%。近年来,随着各 大中城市中心区功能置换和工厂的搬迁,城市固定污染源所造成的污染逐年 减 轻。然而,随着机动车拥有量的快速增长,交通噪音污染和废气污染已经成为 城市环境污染的主要来源之一。同时交通拥挤、堵塞引起的低速行驶使机动 车 的尾气排污越来越严重。照此下去,城市交通不但不会让城市生活更美好, 而 且会成为影响城市生活的重要因素。 ..可持续发展的理念 、可持续发展的大背景‘ 面对全球生态环境的日益恶化,国际社会开始对全球发展问题进行理性思 考。年在世界自然保护联盟起草的《世界自然保护战略》、年联合国第章绪论 通过的世界环境与发展委员会起草的文件《我们共同的未来》,以及年在 巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展大会通过的《里约宣言》和《世纪 议程》,将可持续发展的思想和理念付诸行动的开始,并把实现可持续发展作为 人类共同追求的目标。年可持续发展世界首脑会议通过了《约翰内斯堡可 持续发展声明》、《可持续发展世界首脑会议实施计划的主要目标》文件,进一 步完善了可持续发展的目标和体制框架。 中国是世界上最大的发展中国家,由于其人口基数大、人均资源相对紧缺、 经济发展和科学技术水平较为落后、环境污染比较严重、生态环境脆弱,经济 发展与生态环境的矛盾显得尤为突出,因此,走可持续发展的道路是中国彻底 摆脱贫穷、人口、资源和环境困境的唯一正确选择。年联合国环境与发展 大会后,我国政府也组织制定了《中国世纪议程一中国世纪人口、环境 与发展白皮书》,作为指导我国国民经济和社会发展的纲领性文件,开始了我国 可持续发展的进程。为了全面推动可持续发展战略的实施,明确世纪初我国 实施可持续发展战略的目标、基本原则、重点领域及保障措施,保证我国国民 经济和社会发展第三步战略目标的顺利实现,在总结以往成就和经验的基础上, 根据新的形势和可持续发展的新要求,特制定《中国世纪初可持续发展行动 纲要》。纲要明确了我国未来可持续发展部分重点领域。城市城镇的可持续 发展是首要任务之一。目前中国已进人城市化的中期阶段,随着城市化进程的 加快,城市资源的供应已日趋紧张,资源承载力在不断下降。因此,作为中国 经济增长的关键环节,城市资源的“瓶颈”地位已突显出来。这就迫使中国在 加快城市经济发展的同时,必须正确认识人与自然的关系,慎重处理经济、资 源与环境的关系,着力解决资源、环境对经济增长的制约。 、城市交通可持续发展的提出 可持续发展已经成为人类的共识和国际社会关注的焦点。在城市交通领域, 由于城市交通问题对社会、经济以及资源环境等所造成的负面作用已经越来越 严重,因此,有必要坚持可持续发展的思想,改变传统的交通发展和管理模式, 协调城市交通与社会、经济和资源环境之间的相互关系,逐步解决如此复杂的 城市交通问题。 在此背景下,世界银行在评价交通政策和行动时提出了三个方面的可持续 要求:主要包括经济的可持续;社会的可持续;环境的可持续。我国《北京宣 言》中提出了与上述思想基本一致的有关交通发展的政策和规划应当符合的四第章绪论 项标准。可持续发展作为规范人类社会发展的一种模式,日益为越来越多的人所 接受,基于可持续条件下的承载力研究在诸多领域都取得较大成就。 、可持续发展与承载力相互依存 承载力和可持续发展概念都是在人类改造自然、适应自然,全球环境污染 不断加剧、生态环境恶化不断加重在环境要素对人类发展产生限制条件下提出 的。其相互问的依存关系得已经到了国际组织和各国学者的普遍肯定’’。 可持续发展是不断提高人群生活质量和环境承载力的、满足当代人需求又 不能损害子孙后代满足其需求能力、满足一个地区或一个国家的人群需求又不 损害别的地区或别的国家的人群满足其需求能力的发展。然而资源、环境的容 限调控属于当代科学技术难题之一。要谋求人与自然协调、社会经济的可持续 发展,在人口与经济快速增长的形势下,只能在环境保护与资源持续利用之间, 寻求合理的代价与适度的承载力的动态平衡临界点。 承载力与可持续发展在某种意义上是一致的,是一个事件的两个方而,可 持续发展和承载力解决的核心问题都是人口、资源、环境与发展问题,只是承 载力和可持续发展在不同层次看待同一个问题。 对于城市交通而言,要实现其可持续发展,就必然要在城市资源利用和城 市环境保护之间寻求适度的交通承载能力来进行城市交通规划和管理。 ..智能交通系统和城市需求管理嗍的推行 随着城市交通快速发展,人们发现沿袭“社会经济发展一交通需求增长一基 础设施扩张一环境污染加重一能源消耗增加一土地资源占用一制约社会经济发展’’ 的传统的交通发展方式不但不能摆脱“拥挤一缓和一再拥挤’’的恶性循环而且已 经不适应可持续发展的要求。国外城市交通发展的基本结论是:交通需求总是 趋于超过交通设施的供给能力即所谓的定律。智能交通系统 成为解决这些问题的主要途径,在管理理论上则提出了交通需求管理。 早在年代交通需求管理就在部分国家得到初步的研究和运用;新加坡于 年代开始实施交通需求管理;香港、日本也先后采取了的若干措施。 年美国交通政策白皮书一“路上综合交通运输效益法案”,宣布, 把与交通规划结合起来,其目的是发挥多种交通方式的特长,尤其是大容 量公共交通和快速轨道交通的特长,年美国出版了《交通需求管理手册》 第章绪论 阳,促进策略、预测、评价进一步完善,进行曼哈顿、纽约等多个大城 市实验,取得一定成果,也遇到相当大困难。年月,在北京召开由联合 国人居中心、中国共同主持的“国际城市交通研讨会”,会议中心议题之一是围 绕“城市交通需求管理”,从认识与实践两方面进行探讨,会议提出在中国大城 市实施的行动计划。同年月日北京召开中国城市交通发展战略国 际研讨会,通过北京宣言“中国城市交通发展战略’’,提出“五项原则”、“四项 标准”、“八项行动”,以提高运输效率、提高城市交通管理地位、制定交通需求 管理政策作来未来交通发展之战略。 强调“交通目的是实现人和物的移动,而不是车的移动、“以人的需要 为中心”。其包含三个内禀特性:第一:交通的需求不仅是客流还包括货流,交 通需求不仅是出行的生成产生与吸引,还包括出行方式及其在空间与路网上 的分布:第二:交通发展始终受到交通设施供应与空间约束,而交通需求总是 趋于超过交通供给悖论;第三:交通运输需求与供应涉及到规划、建, 设、管理的全过程,涉及到社会学、行为学、经济学的方方面面。的内涵强 调三个“优化’’:即优化土地利用模式消除不合理的需求,消除效率低 下的需求,以提高道路的使用效率和经济效率;优化出行结构改善交通。 行为,寻求新的出行替代;优化交通流配置。的最终目的是使交通需 求在交通可承载的范围内运行和发展。 由以上分析,本课题的研究背景主要包括:问题城市化快速发展带来的。 交通问题、目标可持续发展目标、手段智能交通管理,城市交通承载力 研究是为达到可持续发展目的的重要手段,是智能交通管理的重要内容。 .研究的目的和意义 ..研究的目的 城市交通可持续发展就是要避免交通发展超越城市资源供给的限度和环境 负荷,即交通发展是有度的,不能超越其承载能力。本研究的目的就是探寻交 通可持续发展与交通承载力的关系;分析城市交通承载力的内涵、城市交通承 载力的结构组成以及各要组成素之间的关系:探讨城市交通承载力分析的理论 和方法,为我国城市交通发展预警机制体系建设提供参考,为城市交通建设和第章绪论 管理提供依据。 ..研究的意义 近年来,我国一些大中城市陆续推行了城市交通可持续发展策略,在实施 手段上主要是推行公交优先、交通需求管理等措施。但措施实施效率还亟待提 高,突出表现在对城市交通可持续发展与承载力关系的认识不充分;城市交通 承载力评价理论依据不足,尚未建立城市交通承载力的评价预警体系及机制, 没有专门的超载预警信息发布方式和窗口等问题。因此,立足于我国城市可持 续发展的大背景,在深入分析城市交通承载力内涵的基础上,研究城市交通承 载力及其评价的理论方法,对于指导城市交通承载力预警机制及预警体系的建 设具有实际意义;对于我国城市的可持续发展的评价和实践具有一定的推广价 值。 .国内外研究现状 ..承载力与可持续发展 承载力的概念的起源、演化 承载力 ,亦译为 一词原为物理力学中 的一个物理量,指物体在不产生任何破坏时所能承受的最大负荷,如地基承载 力,结构的极限承载力等具有力学的量纲,可以通过野外的或室内的力学试 验得到具体数据,在某些情况下如在材料弹性范围内或在一定试验资料基础 上也可通过力学理论或经验公式计算。当学者研究区域社会经济系统时,也 借用了这一概念,以描述区域资源、设施系统对外部环境变化的最大承受能力。 随着研究的深入,承载力被发展为成为描述发展限制程度最常用的概念。 最初借用承载力一词的其他学科是群落生态学,其含义是“某一特定环境 条件下主要指生存空问、营养物质、阳光等生态因子的配合,某种生物个体 存在数量的最高极限”。世纪末期,发表了著名的《人口原理》?, 为承载力概念赋予了新的内涵,同时 .哺进一步深化了这个概念,并使其 带来了深远的影响:一方面,通过对古典经济学的影响,对世纪的人:学和 . 第章绪论 经济学研究产生了重要影响;另一方面,通过对的影响,为其以后生物 学和生态学的发展带来了重要影响,导致世纪末期承载力概念在这两个领域 得到广泛的应用。 承载力理论在实践中的最初应用领域是世纪年代后期至世纪初期 的畜牧业。在北美、南美及亚洲草原地区,由于草地开垦、过度放牧等原因, 土地开始退化,为有效管理草原和取得最大经济效益,一些学者将承载力理 论 引入到草原管理中,如美国农业部年年鉴就曾采用这一概念。稍后,认识 到这一概念的有用性,野生动物学家也将其引入到野生动物管理领域中 .【们。年,和?在美国农业部公报中也应用 』町, 了这一概念。在人类生态学领域,和 铂于年在有关研究中 应用了承载力概念,认为可根据某一地区的食物资源来确定该地区的人口容 量, 直接带动了土地承载力领域的研究。应该说,承载力理论在这一领域的应用取 得了成效,即使在今天,草原生态等相关领域仍在使用这一概念。年, 在其颇具影响的《生态学原理》中,将承载力概念与对数增长方程相联系, 从而使承载力概念具有了较精确的数学形式。 工业化革命以后,全球性区域发展的规模与速度加剧,特别是人口的急剧 增长,导致一些地区超出其应有的区域经济负荷,特别是超出其土地资源的承 载能力,进而出现环境恶化和资源短缺,进一步加剧了区域经济的不稳定,最 终导致若干地区出现粮食危机。于是生物学家和生态学家将承载力的概念发展 并应用到人类生态学中,以研究现有土地到底可承载多少人口。与土地承载力 并用的相关概念还有区域人口承载容量、土地负载力、地域容量、地域潜力等。 世纪年代后期和年代初期,联合国粮农组织和教科文 组织先后组织了承载力的大型研究,提出了一些承载力定义和量化 方法阮本清等,钔。较具有影响的研究有个。年代初,澳大利亚 .采用多目标决策分析法进行的该国土地承载力研 的和 究;始于年的组织的发展中国家土地的潜在人口支持能力研究; 年代初,资助下英国科学家等进行的资源承载力研究,并提出著 名的模型。 我国对承载力的研究开展较晚,年由中国科学院自然资源综合考察委 员会主持的《中国土地资源生产能力及人口承载量研究》,为目前公认国内最早 的有关承载力的研究。整个国内承载力研究的发展主要遵循士地承载力,到自第章绪论 然资源承载力,再到相关专业领域承载力如水、环境、城市生态等的发展 脉络。空问对象,从主要定位于一国或者一个地区等大尺度研究对象转变为聚 焦于狭义的城市区域研究。研究的方法,从早期的比较粗糙的建模,向充分考 虑各影响因子并采用最新的技术手段/等方向发展,以提高结果的精 度和可用性。对承载力研究的早期进展许多学者陈百明髓,;聂庆华引, ;封志吲,曾作过系统的总结。 进入世纪,随全球经济一体化、中国加入/的宏观背景下,原有的承 载力研究思路已经不能适应时代的发展。郭秀锐帕、王书华, 分别就该时期土地承载力研究的最新发展做了总结。传统意义上的土地承载力 研究向精细化,综合化发展。周纯等啪则对珠江三角洲地区土地资源 承载力进行研究,并提出了土地承载力的新定义和针对珠三角地区的新计算方 法。同时出现了国土资源承载力、自然资源承载力、矿产资源承载力、土地资 源承载力、环境承载力等一系列衍生概念。对具体承载力概念的评价也走向 定 量和综合齐亚彬, 其后国内承载力的研究较多的转入专业领域的研究,并着眼于与城市空间 的结合。如城市生态系统承载力徐琳瑜,嗌、城市水环境承载力赵 然杭,啪等的研究、城市交通系统人承载力李振福,啪。同 时对承载力概念固有的模糊性和不确定性进行反思龙腾锐,瞄。 承载力与可持续发展研究 年代后期,可持续发展概念和思想得以提出,承载力被认为是它的一个 固有方面,并与之相结合而获得新的发展。 年,诺贝尔经济学奖获得者与其他国际知名的经济学家和生态 学家一起,在上发表了“经济增长、承载力和环境一文 ., ., ., .,跚,建立模型分析了环境污染与资本 收益率的关系,并指出了政策和政治体制对其关系的影响,在学界和政界均 引 起极大的反响。美国生态学会 /更是以此 阱杂志上刊登了一组文章,引发 为主题,在 了承载力研究的新热潮。 目前,承载力概念在人口、自然资源管理及环境规划和管理等领域都得到 了广泛的应用和研究。在上述发展过程中,大量的承载力定义和量化模型得 以 提出,渊和恻等还进一步提出了生物物理承载力 第章绪论 和社会承载力 、文化承载力 等概念。 总体上,承载力的应用可分为生物学和生态学、应用生态学和人口生态学 等三大方面:从研究方法上看,又可分为特殊实证承载力和理论承 、一般实证承载力 ..,;从具体应用上 载力 等三类 看,还可主要归纳为自然资源或环境对人口的承载力、某生境对特定生物的 承 载力和娱乐旅游承载力等三类,其中尤其是在土地承载力的概念、内涵和量 化 模型等方面取得了丰硕的成果郭秀锐?等, 概括而言,自然资源或环境对人口的承载力是一个与资源禀赋、技术手 段、社会选择和价值观念等密切相关的、具有相对极限内涵和伦理特征的概 念, 它本质上是不固定的、非静态的和非单一关系的 ., .,; ..,; ..,。应当指出,承载力概念在获得广泛应用和发展的同‘ 时,也在不同领域内均因为可操作性问题受到了众多的批评, 和啪等学者认为它具有固有的模糊性和不确定性而建议废弃之。 而现阶段的中国,经济虽然取得了巨大的发展,但是其发展对资源能源的 消耗巨大,随人口的城市化步伐的加快,加剧经济短缺的压力。可以说目前中 国已经步入一个新经济短缺的时代清议,:供给增长低于需求增长, 能源短缺,经济增长是以消耗能源为代价等。这一趋势在东南沿海经济发达 地 区表现尤为明显,该区域的资源,社会基础设施已严重超载。 ..城市交通承载力研究 城市承载力 城市承载力评估研究己成为目前国内外城市容量研究的热点问题之一。 城市承载力可定义为:能使城市环境系统可持续发展,不导致其退化和不 可逆转破坏的人类活动、人增长、土地利用、物质发展的水平 .,。这个概念基于以下的假设,啪,存在某种环境的 阈值,如果超越了将导致自然环境严重和不可逆转的破坏。当阈值能被提前 确 定时,承载力方法能被用来指导实践。例如当需要管理交通系统等城市设施 时, 系统容量承载力阈值,的确定将是直截了当的。 第章绪论 影响承载力的因素可根据应用的目的和空间背景进行分类。早期的研究确 定多种不同的承载力指标体系。口钉 .,;柚】’。 蚓,: 唑: 与上述指标体系稍有不同,玎将承载力与四个主要分类联系在一起: 环境生态类、城市设施类、公共意识类、公共机构类。嗽利用 上水、下水、废弃物处置、铁路、道路和房屋等指标量化城市设施的承载力。 九 旧建立的城市承载力的评价指标体系并建立了评价模型; 在其城市自然环境承载力指标评估体系中主要考虑了空气和水的影响。 其选取了以下的七个指标:能源和绿地面积作为生态环境承载力的决定性指标; 道路系统、地铁系统、上水、下水、废弃物处置作为城市设施的承载力的决定 性指标。 我国学者对城市承载力进行了较深入研究。倪天麒论述了城市环境容载 力的概念、定义及其功能,特别是就环境容量与环境承载力的各自特征及其相 互关系和彼此差异进行了详细分析。在理论研究的基础上,作者根据城市环境 系统的特点,进一步论述其综合功能与作用。在提出城市环境系统有效规模概 念的基础上,对环境系统要素的环境容量以及由环境资源与生物、人文构成的 复合系统的承载力进行了计量方法上的探索性研究。 城市交通承载力研究 目前对城市交通承载力作为一个整体来进行专门研究还很少,但与交通承 载力相关研究已经取得一定的成就,主要体现在:城市交通拥挤和交通容量、 基于可持续发展的城市交通规划与管理研究、城市交通环境承载力研究、城 市 交通人口承载力研究。分述如下: 城市交通拥挤和交通设施容量 交通拥挤是各大城市的普遍现象,而研究交通容量是缓解交通拥挤的解决 主要手段之一。国内外学者在这两方面都大量的研究。交通拥挤的研究主要 在 拥挤的形成机理、负面影响、评价量化方法和政治手段等,取得了卓越的成 就。 而对交通设施容量则主要体现在路网容量,以及不同状况下路网承载能力。 国外在交通拥挤的成因、识别、评价和改善方面都作了大量研究。, .认为拥挤产生主要是由于只乘载卜人的私人小汽车占用 了大量的道路空间,减少小汽车才是解决拥挤的办法;,.,,, .,,.针对英国的系统,提出了评价拥挤的指标 第章绪论 “ .,旧对识别拥挤 ”:,.., 状态作了研究,并提出拥挤判别阈值;,,,?. 呻根据遗传算法的原理提出了交通拥挤指标;,,唧则 提出了评估交通拥挤的量化方法,提出了种服务水平,同时考虑了不同的交 通工具对总体交通拥挤的影响。在此背景下,交通管理也取得迅速发展,, ..,..,,,哺?提出了用交通系统管理来解 决交通拥挤问题的思路,其重点是如何提高现有交通网络的利用效率,从而充 分发挥交通网络的通行能力;,.,瞰针对无休止的交通需求 提出了交通需求管理的概念,其目的是使交通增长限制在城市社会经济 发展能承受的范围内。 陆化普旧通过对北京与东京土地利用、交通结构以及交通运输系统 等方面的比较研究,探讨了特大城市土地利用形态、交通结构和道路交通网构 成与城市交通需求特性之间的关系,总结交通运输系统建设的经验教训,并提? 出从土地利用和交通结构等方面综合解决城市交通问题的若干建议。 晏克非啤系统的阐述了交通需求得特性,特别是深入分析了经济 增长一土地利用一交通需求之间的联系,从微观经济理论入手分析了交通供需平” 衡与供需均衡的关系,提出了供给适度理论和交通需求管理的理论方法。 吴涛汹运用微观经济学原理,建立了一个直观的图解模型,来分析 停车需求管理补偿交通拥挤的外部成本及停车的社会成本、削减交通量、缓解、 交通拥挤的机理和效果,并与道路定价和其他交通限制措施进行比较。 崔智涛呻分析了交通拥挤产生的原因及其外部成本产生的机理,在 此基础上构建了一定城市规模下交通拥挤所带来的外部成本的计量公式。 张毅媚饰钉对交通拥挤的机理作了深入的研究,作者运用经济学的 相关原理分析了城市交通的拥挤的作用机理,认为城市交通拥挤与开发商追求 土地区位巨大的级差效益有关:同时她还根据模糊数学的原理,将行驶效率、 低速行驶率、饱和度三个参数组合成若干模糊推理准则,提出了拥挤水平指数, 实现了连续量评价道路拥挤的目标。 陈涛旧针对道路交通拥挤问题,提出道路交通拥挤的三种空间形态, 通过叙述突变理论和道路交通系统发生突变后具有的基本特征和运行规律,利 用势函数和动能函数描述拥挤空间交通系统变量之间关系,确定了拥挤空间的 突变临界点、稳定点和分叉集点,在此基础上提出限制交通流的拥挤控制模型和第章绪论 可行方法。 国外对路网容量的研究较早,但是直到二十世纪七十年代才取得飞速发展。 酬提出了一个就简单增长分配技术的确定路网容量的启发式 的算法;同时饭田恭敬呦提出了利用交通量分配法计算路网容量模型的方法。 随着和哺第一个提出关于平衡路网容量模型使得 路网容量研究取得进一步深化,后来他又提出了相应的算法。和 旧在考虑平衡路网的容量时采用过饱和流量公式。在交通容 量模型方面主要有下几种模型:路网工程与行车时间控制下的交通容量计算模 型旧;时空消耗概念下的路网交通容量计算模型哺钉;交通流量模型旧。 陈春妹嘲是国内系统研究路网容量的学者之一,在论文中首先定 义了理想路网容量和实际路网容量的概念,然后遵循“时空消耗”的思路建立 了理想状态下广义路网模型,并对相关参数进行了修正,同时以随机效用理论 为基础,建立了整个路网中交通个体在路网容量极限状态下的平均行驶时间模 型。 周溪召瞰提出了动态网络承载模型,该模型开始采用承载的概念, 描述的是拥挤网络在一定时期内在路径流率被给定的条件下,确定依赖于时间 的路段承载量、路段出行时间和路径出行时问笔者的目标在于提出动态多用 户网络承载模型无需条件,该研究同时证明网络承载模型解的存在性。 白玉旧分析了停车需求、交通出行与路网容量对停车需求的 影响,以区域路网总容量及路网服务水平为约束,对停车需求的交通出行预 测方法进行修正,提出了一种基于路网容量的停车需求预测方法。应用结果表明 该方法能够有效反映路网容量对停车需求预测的影响,是一种有效的停车需求 预测方法。 杨晓萍旧以图论中的网络极大流理论为基础,提出了城市道路网容 量问题属于多起、终点的网络最大流问题。从调整需求着手,建立了理想 条件下城市道路网容量的计算模型,并给出了考虑路网服务水平的城市道路网 容量计算思路。 城市交通可持续发展 国内外学者对城市交通的可持续发展的研究较多,这些研究侧重于对未来 交通政策、规划和措施的研究。许多交通政策和措施已经应用到实践中去,并 取得了一定的成效。第章绪论 杨浩教授的《交通运输的可持续发展》叫较全面地阐述了交通运输 可持续发展的有关问题,深入揭示了交通运输可持续发展、社会经济可持续发 展与城市可持续发展之间的相互关系,提出了交通运输可持续发展的评价指标 体系,探讨了可持续发展的交通战略和政策问题。 陈学武口妇在《可持续发展的城市交通系统模式研究》的博士论文 中对城市交通系统总体容量、基于“路网服务水平”概念的路网总体容量进行 了深入的研究,并提出了综合城市环境容量的定义,在此基础上建立了不同交 通结构条件下城市交通系统环境车辆容量分析模型;同时考虑城市交通系统 总体容量与环境容量的约束,研究了城市可持续发展的交通方式,并提出了交 通可持续发展评价体系。 林震口钉提出了以生态承载力为城市交通系统发展的阈值的方法, 并把资源系统、环境系统看作是生态承载力的两个主要因素,建立城市交通可 持续发展的演化模型。 赵建有口在解析城市交通发展目标的基础上,提出了包括发展水平、 发展能力和协调能力三个方面的指标体系,并将其分等级标定,在此基础上采用 改进的层次分析法计算出交通可持续发展的综合指数,以此评判城市交通可持 续发展的状态。 这些研究对城市交通的发展度、协调度和持续度三个可持续发展度基本要 素进行分析,提出了城市交通可持续发展规划的理论与方法;建立了城市交通, 可持续发展评价指标体系和评价模型。 城市交通环境与环境交通承载力 年, 口钔在对噪声影响作了大规模社会调查的基础上, 通过相关分析建立了客观评价量与主观反应相互联系的数学模型,证明了某些 噪声评价量与主观反应有较好的相关性;口町进行了基于步行耽搁 和交通事故风险的环境容量计算分析;耵进行了过街道机动车 污染浓度的测量和风洞实验;口刀将与时间相关的二维气流模式用于 评价城市街道中污染物扩散特征; 副研究 认为机动车排放因子 对车速很敏感,同时提出了部分车型的排放因子 与速度的变化关系模型; 口钔进行了拥挤、污染和人行道 状况在交通网络模型中的管理分析。 刘志硕呻一玎是我国研究城市交通环境承载力较早的学者之~,他应用第章绪论 系统工程的原理和方法分析了污染物在环境系统中的输入输出模式,尝试性地 建立了城市交通环境承载力的动态量化模型;年他对城市交通环 境承载力进行了进一步研究,在研究中他将交通容量划分为微观交通容量和宏 观交通容量,然后从系统的观点出发提出了一种新的基于交通环境承载力的城 市交通容量确定方法并进行了应用。 年,程继夏啪讨论分析了环境污染中与机动车有关的各种污染因子及 污染量与机动车数量的关系,提出了环境交通容量和交通环境容量的概念及与 交通容量的区别和关系,通过结合现有的研究成果建立了环境交通容量的计算 模型,并确定了与交通环境容量的逻辑关系。作者以西安为例,验证了理论分 析的正确性。同时定量分析了西安市环境状况和机动车对环境的影响状况和发 展潜力,确定了西安机动车的最大交通环境保有量。 王振报嘲在对微观路段和交叉口环境交通容量分析的基础上, 运用机动车尾气扩散箱型模式建立路段环境交通容量计算模型,研究中考虑满 足环境空气质量标准和保证路段的通行能力,研究主要考虑降低机动车污染物 排放因子,并得出了相应的计算模型。 牟瑞芳呻从承载力的概念入手,对交通环境承载力的概念、内涵 以及本质进行了分析。提出了交通效用的概念,以交通效用的最大化作为衡量 交通系统能力的指标,并初步提出了相应的承载力计算模型。 杨日辉啡提出将交通环境承载力相关理论应用到公路网交通量预 测中,提出基于交通环境承载力的公路网交通量预测模型。从环境系统污染物 的输入输出模型出发,构建了基于大气污染承载力的公路网交通量预测数学模 型,从而为实现基于大气环境的交通量控制目标,为交通规划部门制定可持续的 交通发展规模提供科学决策依据。 杨忠振九在城市环境交通承载力研究方面作了更加深入的研究,他 以城市环境承载力为约束条件研究了城市内可容纳的最大乘用车保有量。研究 中把预测模型看作一个双层优化问题,其中上层是环境承载力约束下的最大乘 用车保有量模型,以交通小区的乘用车保有量之和最大为目标函数,以各路段的 环境承载力为约束条件;下层是道路网上的用户平衡分配模型,模拟乘用车出行 者的路径选择行为,预测交通需求在道路网上的分布及行驶特征。由此构建了一 个基于灵敏度分析的算法用于实现上下层模型间的反馈及同时求解两个优化问题。 第章绪论 城市交通承载力相关研究 城市交通发展影响因素主要为城市交通承载力研究提供背景要素集合,参 考数据的可获得性和研究可操作性,筛选出有用指标,组成评价的指标体系。 目前对城市交通发展的影响因素的研究主要包括以下几个方面:城市交通 与环境的关系及综合测度韩小亮,咿,城市交通体系与城市空间格局 互动影响毛蒋兴,呻,居民日常出行时间与城市的关系 ,,四,城市开发强度与城市交通的关系周素红, 咖等。侯德劭西?在带状城市的交通规划中将设施承载和环境承载的约束 条件应用到交通可持续发展的理论中,并进行了应用尝试。对城市交通人口承 载力的研究相对较少。李振福嘶对交通人口承载力进行了界定,并用 系统工程中的多目标决策方法对城市交通人口承载力进行了研究,在研究中 引进了相关属性的可能度与满意度的概念,并把它合并成另一相关属性,可能满 意度,一种定量的多目标决策研究方法,提出了交通人口承载力指标体系及评价 方法。?在其城市土地人口承载力指标评估体系中考虑了道路 系统和地铁系统的交通承载力作为决定性指标,通过对区域的人口承载力 进行评价。在考虑道路交通承载能力因素中采用及服务水平和.每小 时:的排放量作为参数,评价了地块人口承载能力,同时计算了该区域合适的 容积率。在地铁运输系统的人口承载力分析方面,则以%的容积率作为参数, 采用 ’模型计算区域土地系统的人口承载力。 ..国内外研究现状评价 从国内外文献资料看,承载力这一物理学概念与量纲,随着土地退化、环 境污染和人口膨胀等问题的出现,而被拓展并应用至整个自然界,成为用以描 述区域系统对外部环境变化的最大承受能力,即描述发展限制程度的概念。特 别是在可持续发展的背景下,“承载力与可持续发展的相互连结关系”已得 到了 国际组织和各国学者的普遍肯定。其主要表现在承载力和可持续发展概念都是 在人类改造自然、适应自然,全球环境污染不断加剧、生态环境恶化不断加重 在环境要素对人类发展产生限制条件提出的。可持续发展是以保护自然资源和 环境为基础,同资源与环境的承载力相协调的发展策略。承载力与可持续发展 在某种意义上是一致的,是一个事件的两个方面,可持续发展和承载力解决的第章绪论 核心问题都是人口、资源、环境与发展问题,只是承载力和可持续发展在不同 层次看待同一个问题,承载力已经成为可持续发展的固有特性,是衡量可持续 发展的有力指标。随着城市化的快速发展,承载力也同益成为城市可持续发展 研究的重要领域。但用承载力来分析和研究城市交通的理论和应用研究还相对 薄弱,特别是通过对城市交通承载力的系统评估来为城市管理提供决策支持系 统的研究还较为缺乏。 承载力已经成为当今社会研究各种区域、资源、环境可持续发展分析 和评价的较好手段。其在生态环境中的应用尤为成熟,在城市体系中的应用也 .. 越来越广泛。 基于可持续发展的城市交通系统规划理论与方法取得较大进展,但对 城市交通系统承载力的研究还较少,特别是如何把交通承载力分析评价系统纳 入日常的城市管理体系的工作尚未开展。 在已有的研究中,有关城市交通系统容量的研究已经进行了大量的工 作,但过去所作的工作基本上是以土地资源、交通设施、交通环境等单要素研 究为主,并未虑交通系统的整体效应,而城市交通承载力强调以交通系统整体 为研究对象,注重整体效应。其效应可表述为,城市交通承载力系统内任何要 素的变化,都会影响其它要素的变化,从而影响到城市交通承载力的整体结构 与功能。 在城市交通设施交通承载力方面,对路网容量的研究较为深入。但对 路网容量研究主要是考虑各种情形下的宏观路网,没有考虑基于动静平衡状态 下,静态设施对路网承载的影响。而基于城市轨道交通设施的承载力研究较 少。 对交通环境承载力研究相对较深入,但研究主要考虑车辆尾气因子, 对交通噪声因子研究较少,而且所确定的交通环境承载力主要是宏观的汽车保 有量,不能体现对局部区域分析和评价,不能完全体现交通环境的影响对承载 力的影响,其模型对城市的时空资源也没有反映。 对于城市交通承载力的研究尚未形成完整体系,具体表现在:,关 于城市交通承载力的研究,基本停留在某一个方面,或者散落在其他相关研究 之中,并未完成城市交通承载力系统:,城市交通承载力指数与评估的理论 与方法体系尚未形成。,如何运用交通承载力指标进行城市交通、城市人口 乃至城市系统的管理与调控,目前尚缺乏研究。 第章绪论 .研究的主要内容和方法 ..主要研究内容 城市交通承载力系统分析 从交通发展模式出发探讨可持续发展条件下交通承载力的阈值条件,分析 城市交通承载力系统的基本构成及其功能特点、系统构成及各部分的相互联系。 城市交通设施承载力分析 从城市道路网和轨道网络两大设施网络入手,探讨城市道路网和轨道交通 网络设施的承载力情况:研究不同情形、不同交通需求一交通资源供给条件 下的 道路网络承载力、轨道网络承载力以及交通一体化承载力分析模型。 城市交通环境承载力分析模型 分析交通污染的特性及其对城市的影响,在满足城市环境排放标准的前提’ 下,以环境容量为约束,对道路交通和轨道交通建立交通承载力分析模型。 基于的城市交通承载力评价系统 建立以地理信息系统为基础平台,可视化的城市交通承载力分析评 价系统框架;构建城市交通承载力评价指标体系,探讨交通承载力评价方法。 城市交通承载力改善策略 针对当前一些城市建设中突破城市交通承载力,特别是交通设施资源和环 境资源透支,导致交通拥堵严重、居民生活环境恶化、城市危机频频发生等 问 题,探讨提升城市交通承载力及其系统管理效能的建议与对策。 ..研究方法 本研究从查阅文献资料入手,归纳、总结国内外研究的阶段与进展情况, 进而定位本研究的对象与研究重点。采用的查阅手段包括:同济大学图书馆 馆 藏资料与网上电子资源;上海交通大学、上海图书馆藏资料;美国相关资料; 中国科技期刊网全文、/全文数据库英文;著名交通网站如: 册..。.., /..等搜索引擎。 本文是在对承载力理论及方法系统研究的基础上,充分运用交通工程学、 系统学、环境学等学科知识,采用规范研究和实证研究相结合、定性分析和定第章绪论 量分析相结合、静态分析和动态分析相结合等方法。为实现本课题提出的主要 内容,将通过三个层面开展研究,其中:技术基础是研究的前提,侧重于完成 城市交通系统各要素的效应分析。技术方法是课题研究的主体,侧重于完成交 通一资源一环境的可持续发展分析以及对应得优化技术和分析模型。技术实现是 课题研究的成果应用,通过基于的软件系统开发来实现课题的成果显示。 ..技术路线 本研究的技术路线框图见下图.。 图.论文研究技术路线第章城市交通承载力系统分析 第章城市交通承载力系统分析 系统分析方法是指从系统的角度出发,对所研究的系统进行定性和定量的 理论分析或实验研究,从而完成系统要素、系统结构的分析、系统结构和环境 相互影响分析等内容,为系统综合、系统规划设计、系统管理等提供理论和实 验依据。 本文对城市交通承载力的研究工作是在对城市交通系统分析的基础上展开 的,通过分析城市交通系统包含的主要子系统和元素、以及各元素之间的关 系、 特性,探讨城市交通承载力的系统组成、各部分的相互依存、相互制约的内在 联系。为有关城市交通设施承载力、城市环境交通承载力、城市交通人口承载 力以及各种城市交通承载力承载指数、承载力系统评估等相关内容的研究的展 开做好理论铺垫。 .基于可持续发展的城市交通系统分析 ..城市交通系统的基本构成 讨论城市交通承载力不可避免地要讨论城市交通系统,一方面城市交通系 统是本研究的主题,另一方面承载力是城市交通系统可持续发展的一个属性。 目前对于“城市交通”的概念及其系统划分还存在一些不同的界定。广义的概 念魄删将“城市交通划分为“城市内部交通”和“城市外部交通”,既包括城 市内部各种运输方式的所有交通基础设施,交通工具、行人、交通管理设施和 人员,也包括城市外部与内部的交通联系;狭义的城市交通系统一般只包括城 市内部交通。应该说明的是,对城市交通不同的界定只是在不同的研究背景 下 为了突出特定问题而采用的不同的名称,其内容是一致的。 城市交通系统根据不同的目的划分为不同的子系统,但其最基本的组成要 素是交通设施、交通工具和人。因此,城市交通系统是一个由人、交通工具、 交通设施等单个要素组成的复杂、开放的系统,具有多变量、多目标、多层次 和多属性等特点。本文将城市交通系统划分为交通需求系统、交通供给系统和第章城市交通承载力系统分析 交通管理系统三个部分。如图?。 图.城市交通系统基本结构组成 交通系统需求由客运需求与货运需求组成,其中客运需求表现为客运机动 车、非机动车和行人,货运需求主要是货运车辆。交通供给系统主要有基本设 施和辅助设施两个子系统组成,包括道路设施、轨道设施、停车设施、公交设 施和货运设施。交通管理系统在城市交通系统中起着管理和控制作用,由管理 设施、管理人员、#管理#和管理政策等组成。城市交通系统运行的好坏,取 决于交通管理系统提供的运行条件与管理质量水平。 ..城市交通系统与外部环境的相互关系 城市交通是一个复杂巨系统,其特性主要包括三个方面:城市交通系统结 构的复杂性;城市交通的多样性;城市交通环境的复杂性。首先城市交通系统 涵盖了社会系统、经济系统、基础系统和环境系统,系统内部、各系统之间的 关系十分复杂;其次城市交通承载着机动车出行、非机动车出行,公共交通出 行和非公共交通出行,道路交通和轨道交通等多种交通模型,城市交通的功能 第章城市交通承载力系统分析 和分类多种多样;再次,城市交通系统借助于交通设施和交通工具来实现人和 物质在空间上的位移,即实现其运输功能,是一个子系统或要素,与城市系统 中各子系统之间有着不可分割的、密切的联系,其他要素和子系统相对于城市 交通来说就是环境,环境对城市交通系统的影响和制约包含自然资源、经济 技