关于智能交通及相关技术赋能助力城市交通碳中和的探讨

2021-11-09毛志坚汪涛戴帅保丽霞顾金刚明扬

汽车与安全 2021年9期

毛志坚汪涛戴帅保丽霞顾金刚明扬

摘要：城市交通减碳是我国交通领域实现碳达峰、碳中和目标的重要组成部分，是应对气候变化的重要内容。本文结合当前交通领域碳排放和城市移动源污染现状，梳理了城市交通减碳若干路径及相关技术，着重就智能交通及相关技术赋能助力城市交通碳中和进行了探讨分析，提出了交通减少碳排放和降低能源消耗“人人参与，共建共享”的倡议。

关键词：城市交通；智能交通；赋能助力；碳中和

Discussion on the contribution of intelligent transportation and related technologies to urban traffic carbon neutrality

MAO Zhijian1，WANG Tao2，DAI Shuai3，BAO Lixia4，GU Jingang5，MING Yang6

（1.Jiangxi Provincial Public Security Bureau Traffic Management Bureau，Nanchang330008，China；2.Shanghai Jiao Tong University，Shanghai200030，China；3.Research Institute for Road Traffic Safety of the Ministry of Public Security，Beijing100062，China；4.Shanghai Urban Construction Design and Research Institute （Group） Co.， Ltd.，Shanghai200003，China；5.Traffic Management Research Institute of the Ministry of Public Security，Wuxi214151，China；6.Nanchang Hangkong University，Nanchang330063，China）

Abstract： Carbon reduction in urban traffic is an important part of achieving carbon peak and carbon neutral goals. It is also an important part of tackling climate change. Combining the current status of carbon emissions in the transportation sector and urban mobile source pollution， this article analyzes several methods and related technologies for urban traffic carbon reduction， discusses the contribution of intelligent transportation and related technologies to urban traffic carbon neutrality. The initiative of “Everyone participates in reducing carbon emissions and energy consumption， CoConstruction and Co-Sharing” is proposed.

Keywords： Urban traffic；intelligent traffic；contribution；carbon neutrality

2020年9月22日，中國在第75届联合国大会上郑重提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”减排承诺，标志着我国经济社会系统性变革向绿色低碳发展吹响了冲锋号。紧接着，2020年12月12日，中国在全球气候雄心峰会上宣布：到2030年，中国单位GDP二氧化碳排放将比2005年（每万元人民币12.26吨标准煤）下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右。实现碳达峰、碳中和目标（见图1），这是我国实现可持续发展、高质量发展的内在要求，是推动社会高水平治理、提升国民高品质生活的关键举措，也是中国基于构建人类命运共同体、应对气候变化的必然选择和责任担当。

碳达峰是指某个地区或行业年度二氧化碳排放量达到历史最高值，然后经历平台期进入持续下降的过程，是二氧化碳排放量由增转降的历史拐点。碳中和是指某个地区在一定时间内人为活动直接和间接排放的二氧化碳，与其通过植树造林等吸收的二氧化碳相互抵消，实现二氧化碳“净零排放”。碳达峰是碳中和的基础和前提，达峰时间的早晚和峰值的高低直接影响碳中和实现的时长和实现的难度。

实现“双碳”目标将深刻影响人们的生产和生活方式，涉及到经济社会发展的方方面面。能源、交通和建筑等各行各业都将面临前所未有的挑战和机遇。2021年2月发布的《国家综合立体交通网规划纲要》明确提出：加快推进绿色低碳发展，交通领域二氧化碳排放尽早达峰，降低污染物及温室气体排放强度。为此，分析交通领域二氧化碳排放现状，加强对减碳实现路径与技术的研究应用具有迫切的时代要求。本文将从智能交通及相关技术赋能助力城市交通领域碳中和作一些探讨分析，以期促进交通领域“双碳”工作的扎实开展，并力争取得积极成效，为我国整体实现“双碳”目标作出应有的努力和贡献。

1碳排放现状

1.1 全球碳排放现状

国际能源署（IEA）公布的数据显示：2019年，全球碳排放量为401亿吨二氧化碳（注：中国碳排放量约为115亿吨二氧化碳），其中86%源自化石燃料利用，14%由土地利用变化产生，这些排放量最终被陆地碳汇吸收31%，被海洋碳汇吸收23%，剩余的46%滞留于大气中（见图2），碳中和就是要想办法把原本将会滞留在大气中的二氧化碳减下来或吸收掉；2020年，全球碳排放量为377.74亿吨二氧化碳，比2019年下降5.8%（其中，交通运输的碳排放比2019年下降14%），而同年中国碳排放量约为115.92亿吨二氧化碳，比2019年增加0.8%，（见图3）。

1.2 我国交通碳排放现状

有关统计数据表明，目前我国交通领域的碳排放占全国终端碳排放的15%，过去9年，我国交通领域碳排放年均增速保持在5%以上，已是温室气体排放增长最快的领域之一。另据《中国移动源环境管理年报（2020）》显示，移动源（机动车）污染已成为我国大中城市空气污染的重要来源，机动车尾气排放是当前城市大气复合污染的重要因素，以2017年北京市的情况为例（见图4）。

截至2020年底，全国机动车保有量达3.72亿辆，其中汽车2.81亿辆，机动车构成比例（见图5），新能源汽车492万辆，占汽车总量的1.75%，新能源汽车与上年相比增加111万辆，增长29.18%，其中纯电动汽车保有量400万辆，占新能源汽车总量的81.32%。从统计情况看，近五年新能源汽车保有量年均增加90万辆，呈持续高速增长趋势（见图6）。

据测算，一辆汽车每燃烧一升燃料大约排放2.5千克二氧化碳，可见交通领域碳排放量非常大，减排的空间也很大。又据2020年12月发布的《机动车污染防治政策的费用效益评估（CBA）技术手册》介绍，未来五年我国还将新增机动车1亿多辆，预计消耗车用汽柴油1亿至1.5亿吨，由此带来的碳排放量也将十分巨大。

值得指出的是，目前我国能源体系中，化石能源依然占据主导地位。从2020年情况看，煤炭消费占到总能源消费量的56.9%，电力结构仍然是火力发电为主，占到全国总发电量的60.8%。专业机构据此测算分析显示，以现有的电力基础设施为纯电动车充电，过程中排放的二氧化碳会比传统的燃油汽车还要更高（见图7）。

另据《2021年度中国主要城市通勤监测报告》显示，中国主要城市万人单程通勤交通碳排放量总体平均值为5.7吨/日，换算每人、每年（往返）通勤交通碳排放量为0.29吨，每人、每天（往返）通勤交通碳排放量为1.15公斤（注：一年工作时间按252天计算）。

2城市交通减碳路径及技术

据统计，2018年交通领域能源消耗量占全国总能源消耗量的10.7%，直接二氧化碳排放为9.8亿吨，其中道路交通占比最高约为73.5%。数据还显示，交通运输的燃油消耗量占全国总消耗量的60%以上，二氧化碳排放量占总排放量的6.7%～14%。交通基础设施快速建设，特别是公路基础设施突飞猛进，导致交通领域能源消耗逐年增长，增长率达9%高于社会平均水平。这些数据表明，交通运输行业是碳减排的主战场，交通减碳是实现“双碳”目标的重要组成部分，同时与实现全国总目标一样也是一项复杂的系统工程。当前，研究探讨交通减碳路径及技术应用十分紧迫关键，鉴于目前我国新能源汽车保有量只占汽车总量的1.75%，加之电力基础设施仍以火力发电为主的现状，故近阶段交通减碳战略仍将以降低化石能源消耗为主，耗能的、低能效的交通方式必须尽快向绿色、低碳、智能、节能、可持续转型。下面就城市交通减碳路径和技术作一些梳理。

2.1城市交通减碳路径

城市交通减碳涉及城市社会方方面面，涵盖城市交通系統中的人、车、路、环境等诸多因素，就其实现路径（见图8）而言，围绕城市交通系统运行“节能增效”将是根本，必须厘清思路、总体谋划、锚定技术、搭建生态、制订措施、出台政策、系统实施、扎实推进。

路径1：发展绿色交通，倡导低碳出行。优化城市出行结构，大力推动以公共交通为导向的城市交通发展模式，提高非机动化出行、公共出行和共享出行比重，强化市民自觉践行环境保护、共建共享城市生态的参与意识，鼓励倡导绿色低碳的出行方式和消费观念，减少私家车出行，提高绿色交通分担率。

路径2：建设智能交通，提高系统效率。依托并充分利用互联网、大数据、人工智能和区块链等新技术，搭建具有数据、算力和交互的在线平台，提升城市智能交通系统建设应用水平，实现城市交通系统各环节精细化、动态化、可视化、智能化管理服务，促进参与交通效率由个体最优向群体协同最优转型。

路径3：推动科学设计，缓解交通拥堵。城市交通系统是一个庞大复杂的时空动态系统，其人、车、路、环境四大要素瞬时交互发生作用，当相互协调时，系统运行顺畅、高效，反之则容易产生无效交通增加碳排放，甚至导致交通拥堵，而相互协调的前提，必须依靠科学的城市设计、交通设计、制度设计。

路径4：优化能源结构，降低交通用能。加快推进电动汽车、燃料电池汽车和氢能汽车等新能源汽车的低碳替代应用，提高新能源汽车的普及率和出行分担率，逐步降低汽柴油车在城市交通能源消费总量中的所占比例，优化改变城市交通运输能源使用结构，降低城市交通运输化石能源消耗，减少碳排放。

2.2城市交通减碳技术

城市交通减碳的路径确定了，相关技术的综合应用至关重要。前面提到，实现“双碳”目标，是我国实现可持续发展、高质量发展的内在要求，是推动社会高水平治理、提升国民高品质生活的关键举措，但这一切都必须依托并通过相应的技术支撑来综合系统实现（见图9）。

技术1：绿色交通规划。（1）在规划的各方面、各阶段均应尽量减少交通系统给环境带来的影响与压力，并将其控制在可接受的范围内，支撑城市环境可持续发展，这是绿色交通的基本内涵；（2）交通组织方式应与用地布局相协调，并能在减少出行次数、缩短出行距离、减少小汽车出行量方面做出应有的贡献，支撑城市空间可持续发展；（3）协调各种交通方式的关系，使其各司其职，避免无序竞争，支撑综合交通协调、可持续发展；（4）在系统构建及管理措施上，充分考虑、应用促进节能减排的新技术、新方法，绿色交通理念在规划中的落实可以概括为绿色交通与城市环境、土地利用、其他交通方式关系的协调以及新技术的应用，不同于传统的以服务小汽车为主的规划思路，绿色交通规划应首先进行公共交通与非机动交通系统规划，其他交通系统规划应以此为前提或约束条件。

技术2：智能交通集成。智能交通系统（ITS）是将先进的信息技术、通信技术、传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，从而建立起一个大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效、安全、节能、环保的综合交通运输管理系统；智能交通管理系统（ITMS）属于智能交通系统的一个分领域，是智能交通系统在道路交通管理领域中的应用，其以信息化、智能化的技术与方法管理道路上的车辆、行人等为目标。智能交通及相关技术的集成融合深度赋能城市及城市交通基础设施，使得城市交通运行精准感知、精确分析、精细管理和精心服务能力全面提升，具备实景路况、出行导航、交通诱导、路网优化、拥堵治理、安全监测、预警防范、应急处置、信息共享、新技术光源等系统功能及新技术应用，强力支撑城市交通减碳工作。

技术3：交通需求管理。解决城市交通问题是一个系统工程，在解决交通供需不平衡的矛盾中，仅从供给一方面采取有限措施常常无济于事，必须从供求两个方面同时采取措施，实施科学的交通需求管理，切实提升城市居民的通勤质量。首先，从城市设计、土地利用、环境保护的角度，避免城市中心人口、城市功能过度集中，造成交通总需求超过城市的交通容量极限，避免城市中央商务区土地利用强度过大而使城市交通问题无法解决；其次，从交通结构的角度，采取各种有效措施优先发展公共交通，形成以公共交通为骨干的大运量、快速度的综合运输系统，合理地利用城市有限的土地资源和交通设施；再次，通过提高路网容量，借助科学化、现代化交通管理手段充分有效地利用现有路网等综合措施，使现有道路交通设施发挥最大作用。

技术4：低碳载运工具。新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料，但采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括：（1）混合动力汽车（HEV）是指采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的汽車；（2）纯电动汽车（BEV）是主要采用电力驱动的汽车；（3）燃料电池汽车（FCEV）是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车；（4）氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染，零排放，储量丰富等优势；（5）燃气汽车是指用压缩天然气（CNG）、液化石油气（LPG）和液化天然气（LNG）作为燃料的汽车；（6）乙醇汽车是指使用乙醇（俗称酒精）为燃料的汽车。

3智能交通赋能助力城市交通碳中和

当前，以5G、大数据、云计算、人工智能、区块链等为代表的新一代信息技术快速演进、群体突破、交叉融合，“技术与产业”交互迭代效应持续增强，正在深刻改变智能交通技术产业体系，智能交通及相关技术赋能助力城市及城市交通运行效率提升正在得到广泛深入的实践和验证，出行即服务、实景路况、车路协同、一网通管、一网通办、跨省通办、硅基光源等场景应用及新技术正在或将在为未来的城市交通实现系统运行效率由个体最优向群体协同最优贡献力量，并将为城市及城市交通减少碳排放和降低能源消耗发挥重要支撑作用，下面就此做一些探讨分析。

3.1智能交通及相关技术的新发展新应用

3.1.1智能交通ACE2.0

ACE智能交通引擎2.0（简称：智能交通ACE2.0），采用“1+3+N”（即“1”个数字底座，“3”个智能引擎，“N”个场景应用）的总体架构（见图10），新增“MaaS 出行服务引擎”，并提出智能网联、智慧交管、智慧高速、智慧停车、智慧公交等行业细分场景解决方案，实现感知能力更精准，数据资源更多元，智能引擎更强大，业务应用更丰富，赋能行业更全面，用户体验更优质。智能交通ACE2.0将助力不同主体之间的数据融合，可有效打通数据壁垒、业务壁垒、部门屏障，提升规划、分析、研判、预测、优化、迭代等AI能力。

3.1.2路侧智控终端Neuro

路侧智控终端Neuro（简称：Neuro），其系统架构（见图11），是一款面向车路协同时代的智能终端设备，为路口采集和优化最小神经元细胞，具有交通视频分析、多源数据融合、交通组织优化、交通信息发布等功能，其在终端侧调用城市交通大脑智能算法，云端AI能力拓展至路侧，从而保障单路口和小区域的通行效率，增强个体出行者在路口畅通体感，同时Neuro的运行数据也将实时汇聚到云端的城市交通大脑，而不断强化全局数据的采集和优化能力，力求实现城市交通运行全局最优和局部最优的动态平衡。

3.1.3实景路况平台

移动交通多媒体可视化数据平台（简称：实景路况平台），其总体架构（见图12），是基于先进的移动通信能力、边缘计算技术、云端多媒体存储与智能计算技术，对视频图像数据的采集、计算、分享以及数据价值复用的集成平台。使用手机或行车记录仪等采集终端，实景路况不仅真实记录了机动车驾驶人第一视角的图片和视频，而且通过区块链和AR技术增加了时间、地点、速度、道路及环境等属性信息，经过计算实时分发到各类用户端，实现有图有真相实景路况导航（见图13），如交通指挥中心、公众手机、交通广播融媒体等，为缓解城市道路交通拥堵提供可视化、实时化路况信息，同时也是未来5G导航、车路协同及AR多媒体的数据源，以及汽车成为第三代智能终端的主要技术支撑。

3.1.4一网通管与一网通办

1.一网通管是按照国家“互联网+监管”系统相关数据标准，汇聚本地区政府监管数据、第三方机构数据、互联网数据等，建设监管大数据中心，建设主体中心、客体中心、行为中心、事件中心、证照中心、服务中心、标签中心、决策中心，基于区块链建设可信中心，满足监管数据采集、数据治理、数据管理、应用服务、评估分析、智能标签、算法服务等建设应用要求，其系统架构（见图14）。

其应用价值：（1）梳理监管事项目录清单，统一监管事项要素，统一监管数据标准，逐步实现监管行为标准化、规范化；（2）归集信息资源，通过对监管大数据的分析、比对，发现苗头性、跨行业、跨区域风险，开展精准监管；（3）将地方部门日常监管、“双随机、一公开”监管、信用监管、重点监管等工作逐步纳入“互联网+监管”系统运行，逐步实现监管全覆盖；（4）新思维新技术，驱动监管创新，通过大数据分析、人工智能、区块链等新技术应用，实现“机器换人”，让监管更智能。

2.一网通办是各地政府建成覆盖全域的整体联动、部门协同的“互联网+政务服务”体系，政务服务进一张网办全部事，其平台整体功能架构（见图15）。一网通办指打通政府不同部门的信息系统，群众只需操作一个办事系统，就能办成不同领域的事项，解决“办不完的手续、盖不完的章、跑不完的路”的问题。一网通办关键在“通”，为解决“通”的问题，各地政府的大数据中心作为“智慧政府”的基础设施，将打破部门“数据孤岛”，推动政务服务从“群众跑腿”向“数据跑路”转变。一网通办落脚在“办”，把政务数据归集到一个功能性平台，企业和群众只要进一扇门，就能办成不同领域的事项，方便企业和群众网上办事，解决“办不完的手续、盖不完的章、跑不完的路”等问题。

3.1.5跨省通办

交通管理服务，与群众的日常工作生活息息相关。近年来，我国经济社会持续快速发展，机动车和驾驶人迅猛增长，交通管理业务和服务需求也随之快速增长。过去，一些交管业务需要回原籍办，给群众带来很大不便。公安交管部门充分利用互联网信息技术，大力推进实施“互联网+交通管理服务”，推广应用全国统一的交管互联网服务平台、“交管12123”手机APP（见图16），深化改革交管服务传统模式，解决群众办牌办证、处理交通违法、获取信息等不方便、成本高、负担大等问题，从推行异地车检、异地考证、异地处理交通违法，到“互联网+交通管理服务”改革，结合群众新需求不断完善服务，全面开通了31项网上业务，并实现与国家以及省级政务平台对接，不断推进跨省办理机制革新，逐渐实现交管业务一证办、异地办、网上办、就近办。目前，机动车安全技术检验、驾驶人考试领证和审验换证、交通违法处理等交管业务已经实现跨省通办，解决群众办事痛点，全面提升综合服务能力和管理水平。通过实施跨省通办，不仅提高了公安交管部门办事效率，减少了不必要的交通出行，还有效地降低了机动车碳排放。

3.1.6硅基LED光源

人、车、道路、交通环境是构成道路交通活动的四大要素，也是交通减碳的四个方面。可见，道路照明既要保障交通运行的效率与安全，又要考虑交通减碳与节能的要求。目前，各地大多采用白光LED路灯和高压钠路灯，白光LED采用蓝光激发黄色荧光粉，且会带来“光衰”等问题，而高压钠灯能耗大、寿命短。我国自主研发的硅基LED光源——金黄光LED路灯既具有高压钠灯色调温馨、透雾好的优点，又具有白光LED灯节能环保、寿命长的特点，其节能效果和白光LED路灯一样较传统钠灯的节能率均在60%以上，是一种理想的户外照明光源，三种类型路灯性能比较（见图17）。金黄光LED光源是一种低色温照明光源，包含赤橙黄绿四种颜色，不含对眼睛、睡眠、生物钟等有影响的蓝紫光。通过蓝绿黄红四基色LED混光实现了无荧光粉的纯LED白光照明，可实现任意色温和亮度可调，便于按需照明、智能照明，有更高的节能潜力，利于节能减排并助力实现“碳中和”目标。

3.2 赋能助力城市交通碳中和

上面梳理的六类场景应用与新技术代表当前智能交通及相关技术的新发展新应用方向，围绕提升城市交通运行效率既有涉及整体的，又有关注局部的，针对城市交通节能减排既有直接发生作用的，也有间接产生效益的，随着它们推广使用的不断深入，未来的智能交通及相关技术不仅能夠快速发现和及时高效处理城市道路交通系统运行中的交通事故、交通拥堵、交通组织等问题，还能够不断促进系统实现人、车、路、环境的协同发展，通过这些场景及新技术的应用，不断构建完善城市及城市交通高效快捷的管理控制与政务服务生态，让出行能选择最佳的时间和路径，让在途车辆减少行程时间和停车次数，让系统能均衡调控交通流量和提高通行效率，实现系统运行效率最优，有效降低机动车辆碳排放，同时减少不必要的交通出行，降低道路照明能耗，从不同方面、不同角度赋能助力城市交通实现碳中和目标。

4結语

历史发展的车轮滚滚向前，这就是趋势。2021年8月，媒体公布了两项相关统计结果：一是中国在燃料使用方面的强劲增长已助推全球原油价格从2020年水平跳涨了50%，二是中国乘用车销量于四年来首次实现年度增长；同时报道了中国的汽油、柴油和航煤的总消费量在2021年预计将增长7%至11%。数据显示，几项指标的增长势头均高于年初的预估。可见，交通领域的减碳压力非常之大，存量与增量的碳排放巨大，形势十分严峻，交通减碳刻不容缓。碳排放导致的温室气体效应，使得大气环境变化成为人类面临的重大环境挑战，气候变化带来的影响，任何人都不可能独善其身。

当前，我国实现“碳达峰、碳中和”目标的号角已经吹响，但任重而道远。道阻且长，行则将至。为此向国人倡议，必须从现在开始，从每个人做起，践行绿色交通理念，倡导日常低碳出行，短途出行尽量骑自行车或步行，共同努力营造交通减少碳排放和降低能源消耗“人人参与，共建共享”的社会氛围，人人都可以甚至都应该为交通减碳作出一份自己的努力和贡献。

参考文献

[1]中国城市规划设计研究院.2021年度中国主要城市通勤监测报告.北京.2021.7.

[2]百度智能.百度Apollo智能交通白皮书-ACE智能交通引擎2.0.上海.2021.7.

[3]江媛，李喆，卢春房，杜祥琬.碳达峰目标下交通运输发展路径思考[N].中国交通报，2021-7-12.

[4]中共中央，国务院.国家综合立体交通网规划纲要.北京.2021.2.

[5]毛志坚，戴帅，杨晓光，明扬.基于大规模实景路况与人工智能的交通平台.道路交通科学技术.2021.2.

[6]公安部交通管理局.2020年全国机动车和驾驶人统计分析.北京.2021.1.

[7]环境保护部环境规划院.机动车污染防治政策的费用效益评估（CBA）技术手册.北京.2020.12.

[8]毛志坚，刘金广，汪涛，马岳.从“随手拍”到“交通数据众包”[J].汽车与安全，2020，（11）.

[9]郭醒，王光绪，徐龙权，熊新华，杨俊宁，张建立，江凤益.硅基金黄光LED器件性能及应用研究[J].人工晶体学报，2020，49（11）.

[10]生态环境部.中国移动源环境管理年报（2020）[R].北京.2020.

[11]朱俊伟，王虎.一网通办统一受理平台整体设计[J].中国科技纵横，2020，（4）.