本科畢業(yè)設(shè)計-城市電動公交經(jīng)濟(jì)性研究分析-以杭州為例優(yōu)秀碩士學(xué)位論文培育申請書

項目編號：“管理科學(xué)與工程”省高校人文社科重點(diǎn)研究基地優(yōu)秀碩士學(xué)位論文培育申請書論文名稱：城市電動公交經(jīng)濟(jì)性研究分析—以杭州為例論文作者：王艷陽所在學(xué)院：管理學(xué)院申報日期：2016/10/15“管理科學(xué)與工程”省高校人文社科重點(diǎn)研究基地制二〇一六年九月一、簡介概況論文名稱城市電動公交經(jīng)濟(jì)性分析研究—以杭州為例論文性質(zhì)（）基礎(chǔ)研究（√）應(yīng)用基礎(chǔ)研究論文來源（）自主立題（√）教師研究選題起止時間自2016年10月至2017年10月作者已獲得的資助1、省新苗人才計劃2、校優(yōu)秀學(xué)位論文培育3、其他：申請人姓名王艷陽性別男出生年月1991/10入學(xué)年月2016/09所在院系管理學(xué)院聯(lián)系電子信箱651940391@主要成員姓名年齡性別專業(yè)具體分工王艷陽24男管理科學(xué)與工程建模及仿真指導(dǎo)教師姓名許雪琦性別女出生年月1974/01主要研究方向信息系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)等近三年獲獎成果：省部級獎項，廳局級獎項近三年科研經(jīng)費(fèi)___2___萬元，年均0.7萬元論文主要內(nèi)容簡介隨著城市交通的不斷改進(jìn)，人們對于交通工具的選擇也逐漸區(qū)域多樣化，城市電動車素以平穩(wěn)、低噪音、零排放的優(yōu)點(diǎn)受到市政的青睞，然而考慮到前端能源的產(chǎn)生因素影響，純電動公交車并沒有真正的實(shí)現(xiàn)零排放，其經(jīng)濟(jì)性和低污染也需要進(jìn)行定量化研究，從而界定城市所需電動公交的數(shù)量，以及電動公交的班次和路線，本文以杭州市為例，從研究人們對于交通工具的選擇傾向，以及所選交通工具所耗費(fèi)的能源，產(chǎn)生污染所需的治理費(fèi)用等出發(fā)，設(shè)置相應(yīng)的變量，通過多目標(biāo)規(guī)劃的方法實(shí)現(xiàn)城市交通狀況的整體最優(yōu)。最后經(jīng)過系統(tǒng)仿真，驗證協(xié)調(diào)算法模型在解決杭州市城市交通所需電動公交數(shù)量及班次的情況。二、論文撰寫的意義、內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)1、論文撰寫的背景和意義1.1選題背景隨著城市化的不斷加劇，城市交通規(guī)模不斷增大，所產(chǎn)生的污染以及運(yùn)輸成本逐漸增大，根據(jù)高德地圖近兩年發(fā)布的《中國主要城市交通分析報告》，杭州市穩(wěn)列中國擁堵城市TOP10。2015年第三季度城市高峰擁堵延遲指數(shù)為1.99，全國排名第三（報告采用“擁堵延時指數(shù)”作為城市擁堵程度的評價指標(biāo)，即城市居民平均一次出行實(shí)際旅行時間與自由流狀態(tài)下旅行時間的比值）。根據(jù)杭州市統(tǒng)計年鑒的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，杭州市2015年年末汽車保有量已高達(dá)280萬輛，如圖1.1所示。城市汽車數(shù)量增加導(dǎo)致環(huán)境污染增加，不僅影響了居民的身體健康、而且汽車數(shù)量增加使得交通過于擁堵造成城市時間成本浪費(fèi)，這成為制約杭州經(jīng)濟(jì)發(fā)展和影響居民生活水平和身體健康的主要因素。圖1.1杭州市2006——2015汽車保有量的增長趨勢圖電動公交是解決城市交通擁堵和城市環(huán)境污染的重要途徑之一，國內(nèi)外很多城市都采用了這個技術(shù)。杭州也引入了電動公交，但是仍未達(dá)到城市的相應(yīng)需求。為了促進(jìn)電動公交系統(tǒng)在城市中起到更為積極的作用，使得公交系統(tǒng)運(yùn)營成本降低，解決環(huán)境污染，提高道路的運(yùn)行效率，論文特地選定了相應(yīng)指標(biāo)并在約束條件下進(jìn)行了多目標(biāo)線性規(guī)劃。并對比燃油公交進(jìn)行最優(yōu)性比較得出電動公交的優(yōu)越性。1.2研究意義研究和實(shí)際案例表明，電動公交是未來發(fā)展的趨勢。降低運(yùn)營成本，改善生態(tài)環(huán)境是現(xiàn)階段我們需要慎重考慮的關(guān)鍵。雖然電動公交在一定程度上改善上城市交通污染的現(xiàn)狀，但城市交通污染問題依然沒能得到很好的解決，能源前端依然產(chǎn)生一定的污染。在理論和技術(shù)上，現(xiàn)有電動公交系統(tǒng)依然可以進(jìn)行更好的優(yōu)化。在大規(guī)模的密集型城市中對電動公交進(jìn)行成本分析、前端污染分析仍然需要重點(diǎn)考慮。從整體目標(biāo)來看，電動公交系統(tǒng)將伴隨城市地鐵系統(tǒng)，以及公共自行車系統(tǒng)成為城市的主要運(yùn)行方式，并實(shí)現(xiàn)整個城市區(qū)域內(nèi)交通運(yùn)行效果最優(yōu)化，與此同時有助于解決城市交通容量不足、交通擁堵等問題，為城市的發(fā)展提供經(jīng)濟(jì)高效節(jié)能的電動公交系統(tǒng)。本文提出的城市電動公交運(yùn)行系統(tǒng)方案具有成本相對較低，污染小，運(yùn)營效率高的優(yōu)點(diǎn)，對于其他城市電功公交運(yùn)行系統(tǒng)的建立及優(yōu)化具有借鑒意義，也為解決城市交通問題提供前瞻性指導(dǎo)。2、論文撰寫的目標(biāo)與主要內(nèi)容2.1研究目標(biāo)隨著城市化進(jìn)程的加快，部分大城市開始使用電動公交這一經(jīng)濟(jì)環(huán)保交通工具。但在電動公交步入城市中的同時，城市自行車、城市地鐵、私家車、滴滴打車等經(jīng)濟(jì)環(huán)保型交通工具也不斷涌現(xiàn)，因此如何合理的安排電動公交車的數(shù)量成為了當(dāng)下亟需解決的問題。本文針對杭州市公交車、地鐵以及城市自行車、出租車乃至人們對于步行的選擇做了相應(yīng)的研究，通過對各種交通工具的選擇以及各種交通工具的運(yùn)行所需消耗的資源以及處理所產(chǎn)生污染所需消耗的資金數(shù)目進(jìn)行了分析，通過尋找定量的評價指標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型得到滿意度較高的優(yōu)化方案，并對電動公交數(shù)量進(jìn)行量化，為交通局以環(huán)保局提供相關(guān)的指導(dǎo)和借鑒，為城市電動公交的設(shè)置提供理論研究和決策依據(jù)。2.2研究內(nèi)容本文以杭州市為例研究城市電動公交的數(shù)量設(shè)置與優(yōu)化，采用時間序列法分析未來采取電動公交出行的人員數(shù)量，提出電動公交于其他交通搭配的方案，實(shí)現(xiàn)多種交通工具共同運(yùn)行達(dá)到交通運(yùn)行成本整體最優(yōu)的目標(biāo)，運(yùn)用Excel進(jìn)行最優(yōu)性求解并進(jìn)行最優(yōu)性檢驗，驗證交通運(yùn)行搭配的最有性。從文章的邏輯順序出發(fā)，本文的主要研究內(nèi)容為：（1）數(shù)據(jù)分析。采用時間序列法對從實(shí)際調(diào)研中得出的人們對于各種交通方式選擇的傾向以及數(shù)量進(jìn)行分析，得出未來人們對各種交通工具選擇的數(shù)量，即乘地鐵出行、乘電動公交出行、自行車、出租車以及步行人數(shù)。（2）城市交通工具協(xié)同模型研究。論文分析了杭州市地鐵、公交出租車以及步行的協(xié)同方式，各種交通工具相互配合解決杭州的交通擁堵問題。隨著交通流不斷增大，碳排放量不斷增多，采用地鐵、公交、公共自行車以及出租車等交通工具協(xié)同解決交通污染問題，實(shí)現(xiàn)碳排放量的最小化、交通成本的最小化。根據(jù)整體最優(yōu)化原理，需要各變量之間的關(guān)系以及約束方程，從而是目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)化。論文著重分析各種交通工具之間的差別，以及乘坐各種交通工具所消耗的成本和產(chǎn)生的碳排放量，最后得到整體最優(yōu)狀況下所使用電動公交的數(shù)量。（3）仿真技術(shù)。從理論和技術(shù)上分析采用計算機(jī)仿真技術(shù)對于交通污染和交通成本狀況的模擬的合理性，驗證采用VISSIM對實(shí)際交通仿真的有效性，并為評價指標(biāo)輸出數(shù)據(jù)。根據(jù)得出的仿真數(shù)據(jù)，論文從產(chǎn)生污染的指標(biāo)（包括碳的排放、二氧化硫的排放、公交運(yùn)行的時間和距離等指標(biāo)）和路段運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)（包括耗油量、耗電量、以及人們行駛過程中平均消耗的能量）兩個方面對電動公交的優(yōu)越性進(jìn)行評價，并與之前的燃油公交運(yùn)行指標(biāo)做對比，驗證論文模型的有效性。3、論文撰寫所具備的基礎(chǔ)（包括優(yōu)勢、資料收集情況等）3.1在文獻(xiàn)查閱方面在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，筆者閱讀了大量相關(guān)文獻(xiàn)。簡略的文獻(xiàn)綜述如下：電動公交車指純電動公交車，全部使用電能行駛，該類產(chǎn)品噪音小，行駛穩(wěn)定性高，并且實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過程中的零排放。電動公交車是主要以以車載電源為動力，選配合適的車載蓄電池或電纜供電設(shè)備提供電能驅(qū)動行駛的公交車。其具備良好動力性能、持續(xù)行駛里程達(dá)500公里、電池使用壽命長（兩年以上）而且成本較低、與整車的配備良好。符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。將電動公交的經(jīng)濟(jì)性研究主要集中在以下幾個方面：（1）電動公交的運(yùn)行成本研究方面；紀(jì)錚翔、陳小鴻依托現(xiàn)代信息采集的數(shù)據(jù)根據(jù)交通流的特點(diǎn)深入研究各個評價指標(biāo)之后，建立起一套多種類多層次的指標(biāo)體系，通過運(yùn)行速度、車流量能力以及相應(yīng)的符合系數(shù)，車輛延誤時間、車輛運(yùn)行時間、路網(wǎng)里程、密度、機(jī)動車保有量等進(jìn)行了一系列的指標(biāo)體系，本文根據(jù)不同狀態(tài)下能源的消耗量進(jìn)行比對，考慮購車成本，電池的消耗、電力消耗、充電站的建設(shè)消耗以及燃油汽車的購車成本、耗油量等進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，查找最優(yōu)解繼而運(yùn)用對比分析比較電動公交的經(jīng)濟(jì)性。（2）能源污染的研究方面。張婷、胡建等以淄博市為例對根據(jù)國家發(fā)改委發(fā)布的“國家溫室氣體自愿減排方法學(xué)”探討了純電動公交車碳減排放量的方法并提出一種考慮碳收益的公交綜合成本計算方法在分析單線調(diào)度的基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了純電動公交的區(qū)域電動模式，建立了一類考慮碳收益的多目標(biāo)分析方法在成本函數(shù)中引入碳收益之后能夠運(yùn)用該種方法同理性分析燃油汽車以及地鐵、出租車的能源污染方面的研究。（3）電動公交與其他交通聯(lián)合優(yōu)化方面。劉治彥、岳曉燕、趙瑞研究分析認(rèn)為應(yīng)當(dāng)建立步行、自行車、公交車的依次增高的定價進(jìn)行公交治理優(yōu)化，政府加大對公共交通的補(bǔ)貼，從城市高度控制城市交通的規(guī)模，因此本文參考該思想設(shè)計了電動公交與其他交通工具的優(yōu)化，不僅體現(xiàn)電動公交的優(yōu)化，而且使得城市運(yùn)營成本整體降低，污染減少建立多目標(biāo)規(guī)劃模型，并用Excel軟件對該模型求解，并進(jìn)行最優(yōu)性檢驗。3.2在實(shí)際交通數(shù)據(jù)搜集方面項目開始之前，本文的實(shí)際數(shù)據(jù)來自三方面：實(shí)地調(diào)研與杭州公交集團(tuán)統(tǒng)計數(shù)據(jù)平臺以及對官方電動公交的參數(shù)及耗電量調(diào)查。（1）實(shí)地調(diào)研時間：2015年4月6日—4月10日（周一至周五），本文研究通勤時段早高峰，故選取周一至周五交通數(shù)據(jù)，周六、周日交通不在研究范圍內(nèi)。調(diào)研路段：“龍翔橋”調(diào)研目的：了解人們對交通工具的選擇比例以及各種以龍翔橋為出發(fā)點(diǎn)或中轉(zhuǎn)點(diǎn)的交通工具運(yùn)行里程以及運(yùn)行班次、頻率等調(diào)研內(nèi)容：1）對“龍翔橋”的各種交通工具進(jìn)行統(tǒng)計，記錄公交線路、長度、班次、停車間斷時間、等基礎(chǔ)信息；2）記錄各個時間點(diǎn)人們選擇不同交通工具的決策；3）訪談公交司機(jī)、出租車司機(jī)有關(guān)路段情況；4）統(tǒng)計車輛構(gòu)成：根據(jù)獲取的“龍翔橋”實(shí)際交通狀況，分析各種交通工具所占的比例。（2）杭州公交集團(tuán)統(tǒng)計數(shù)據(jù)平臺根據(jù)杭州市公交集團(tuán)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截止到今年6月份為止該集團(tuán)主城區(qū)5006輛運(yùn)營車輛中，各類清潔能源、節(jié)能與新能源車輛已達(dá)4383輛，占運(yùn)營車輛總數(shù)的87.55%。在清潔能源、節(jié)能與新能源車輛中，油電混合動力公交車901輛，液化天然氣公交車1604輛，“比亞迪”純電動公交車1500輛，“萬向”純電動公交車220輛，即充式無軌電車150輛，觀光電瓶車8輛。其表示圖如下圖3.2.1杭州公交集團(tuán)公交數(shù)量餅狀圖（3）電動公交的參數(shù)及耗電量本文以杭州市投入的比亞迪K9電動公交為例進(jìn)行了調(diào)查，截圖得到得到了其車型型號表，其性能參數(shù)如下：圖3.3.1比亞迪K9車型號此外，經(jīng)數(shù)據(jù)搜集得到耗電量調(diào)查圖標(biāo)，如下圖3.3.2電池耗電量統(tǒng)計折線圖杭州市電動公交運(yùn)行所需的耗電量，前端電力生產(chǎn)而衍生的碳化物，以及地鐵、出租所消耗的資源依然需要進(jìn)一步調(diào)查研究，下文基于所采過后的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。4、論文的創(chuàng)新之處與預(yù)期成果4.1創(chuàng)新之處本文基于多目標(biāo)規(guī)劃的基本理論，對比論述了杭州電動公交和燃油公交的優(yōu)劣以及電動公交設(shè)置數(shù)量的問題；采用時間序列分析法對未來乘坐公交出行的人數(shù)進(jìn)行預(yù)測，對搜集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出電動公交能夠節(jié)約的資源以及能夠減少的環(huán)境污染。以杭州市的電動公交系統(tǒng)作為研究對象，首先采用時間序列法對其實(shí)際交通數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對杭州市所需電動公交數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化，針對其產(chǎn)生的前端污染數(shù)量以及所消耗的資源數(shù)目結(jié)合地鐵、公共自行車等交通工具的特性對電動公交的數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化，采用對比分析的方法得出電動公交相對于燃油公交的優(yōu)勢之處，并運(yùn)用VISSIM對優(yōu)化的模型進(jìn)行系統(tǒng)仿真。本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在：（1）采用定量方法對燃油公交和電動公交產(chǎn)生的污染和消耗的資源進(jìn)行分析，基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果，找出燃油公交和電動公交的平衡點(diǎn)，從而采取針對性的解決措施。采用時間序列法對由實(shí)地調(diào)研和杭州統(tǒng)計平臺獲得的公交車、地鐵的人流量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，得出了未來的人流量趨勢，并以此計算將來所需要的交通工具數(shù)量及各種交通工具的數(shù)量搭配。（2）采用抽樣統(tǒng)計分析的方法對人流量進(jìn)行估計，并根據(jù)實(shí)際交通流對電動公交的班次進(jìn)行計算以此來確定電動公交總的里程數(shù)。并結(jié)合其他交通工具日載乘客流量確定其他交通方式的里程數(shù)量以及往返車次，從而確定各種交通工具所消耗的資源以及所產(chǎn)生的污染，從而分析出現(xiàn)有電動公交體系的經(jīng)濟(jì)性是否契合了整體的最優(yōu)性，其目的是使得現(xiàn)有評價更為科學(xué)和宏觀，而絕非但一方面考慮電動公交的造價和消耗問題，從所抽取的樣本中估計人流量的整體數(shù)量。當(dāng)人流量達(dá)到一定時，對電動公交數(shù)量以及電動公交班次加以調(diào)整。電動公交數(shù)量及班次的調(diào)整不僅考慮了調(diào)整過后所耗費(fèi)資源的多少而且也考慮到能源前端對環(huán)境的影響如碳的排放、二氧化硫的排放等，通過抽樣統(tǒng)計的方法，也去驗證交通監(jiān)管部門所給出的數(shù)據(jù)有效性，從而真正意義上實(shí)現(xiàn)對電動公交經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化分析。4.2預(yù)期成果項目規(guī)定時間內(nèi)在核心期刊發(fā)表論文一篇研究報告一份，提交政府或交通相關(guān)部門三、論文撰寫的可行性與方案（包括研究計劃、實(shí)施進(jìn)度等）可行性分析：經(jīng)濟(jì)可行性：在項目經(jīng)費(fèi)的支持下，論文前期獲取的公交數(shù)據(jù)以及人流量的調(diào)查可以進(jìn)一步完善。項目后期的建模與仿真主要利用學(xué)校的現(xiàn)代物流實(shí)驗室機(jī)房電腦完成。項目完成后，合理的配置電動公交數(shù)量可以極大的降低整體經(jīng)濟(jì)成本，對杭州的生態(tài)環(huán)境與交通狀況帶來極大的社會與經(jīng)濟(jì)效益。技術(shù)可行性：項目組成員熟練掌握R軟件，用于處理獲取的“龍翔橋”交通流數(shù)據(jù)，分析該路段與時間波動情況。用VISSIM軟件對“龍翔橋”路段交通狀況進(jìn)行仿真，得出在信號燈協(xié)同模型下的路段各種輸出指標(biāo)，與之前的車道情況做橫向?qū)Ρ?，驗證模型的有效性。應(yīng)用可行性：論文數(shù)據(jù)來自于實(shí)地調(diào)研與交通部門的官方數(shù)據(jù)