城市交通環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化與管理電子版-2城市可持續(xù)交通管理的理論基礎(chǔ)(共19頁(yè))

1、表2-2部分城市工業(yè)用地和道路用地比例2城市可持續(xù)(chx)交通管理的理論基礎(chǔ)2.1城市(chngsh)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)論2.1.1復(fù)合(fh)生態(tài)系統(tǒng)論城市生態(tài)系統(tǒng)的生存與發(fā)展取決于其生命支持系統(tǒng)的活力，包括區(qū)域生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施（光、熱、水、氣候、土壤、生物）的承載能力及生態(tài)服務(wù)功能的強(qiáng)弱，城鄉(xiāng)物質(zhì)代謝鏈的閉合與代謝程度，以及景觀生態(tài)的時(shí)、空、量、構(gòu)、序的整合性。城市是一類以人類的技術(shù)和社會(huì)行為為主導(dǎo)，生態(tài)代謝過(guò)程為經(jīng)絡(luò)，受自然生命支持系統(tǒng)所供養(yǎng)的“社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)”（馬世駿，王如松，1984，1993)。城市可持續(xù)能力的維系有賴于對(duì)城市環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和文化因子間復(fù)雜的人類生態(tài)關(guān)系的深

2、刻理解、綜合規(guī)劃及系統(tǒng)管理（王如松，歐陽(yáng)志云，1996)。城市社會(huì)- 經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論目前已被各國(guó)同行所采用，并得到好評(píng)（Mitsch， 1993)。復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論（馬世駿，1984)認(rèn)為，城市是一個(gè)社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，這三者是相互聯(lián)系、相互影響的（Finco，2001)。該理論為城市生態(tài)調(diào)控提供了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境融為一體的合理建構(gòu)框架（Grosskurth，2005)。根據(jù)城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論，城市生態(tài)調(diào)控包含以下主要內(nèi)容：城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)調(diào)控，如城市能流物流結(jié)構(gòu)的調(diào)控、城市景觀生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題的調(diào)控、城市文化教育的調(diào)控等（景星蓉，2004)。城市交通結(jié)構(gòu)與物流、道路

3、景觀等緊密相關(guān)，城市交通的結(jié)構(gòu)調(diào)控是城市生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控的重要組成部分之一。城市生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)程調(diào)控，即城市生態(tài)系統(tǒng)的平衡反饋過(guò)程、生態(tài)演替過(guò)程和社會(huì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)作過(guò)程的調(diào)控等。城市交通的過(guò)程，負(fù)載了城市的客流、物流等重要過(guò)程，因此城市交通的過(guò)程調(diào)控也是城市生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控的重要組成部分之一。城市生態(tài)系統(tǒng)的功能調(diào)控，即城市作為一個(gè)人工生態(tài)系統(tǒng)，它的生產(chǎn)、流通、消費(fèi)、還原等基礎(chǔ)功能的調(diào)控，以及城市環(huán)境功能的調(diào)控。與此相聯(lián)系的可持續(xù)交通系統(tǒng)，承擔(dān)了流通的功能，同時(shí)對(duì)城市環(huán)境具有重要作用，因此城市交通系統(tǒng)的功能調(diào)控，也是屬于城市生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控的重要組成部分之一。2.1.2城市自組織特點(diǎn)自組織系統(tǒng)是指由于內(nèi)部諸要素之間

4、的相互作用，其有序度即組織程度隨著時(shí)間的推移而自發(fā)地提高和增長(zhǎng)的系統(tǒng)。城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)開放系統(tǒng)，而且是一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的耗散系統(tǒng)（柴蕾，2005)，它內(nèi)部的自然、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)三個(gè)子系統(tǒng)之間及各系統(tǒng)內(nèi)部存在著相互作用力，所以它也是一個(gè)自組織系統(tǒng)。城市生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)突出特征在于城市有序的宏觀結(jié)構(gòu)具有自發(fā)性，城市的演化是多個(gè)管理部門以及城市各類居民(jmn)共同作用而產(chǎn)生的，通過(guò)各個(gè)局域的“理性(lxng)決策”最終(zu zhn)產(chǎn)生了城市看似“無(wú)序”的全局行為。例如，車流監(jiān)測(cè)部門通過(guò)電子眼等設(shè)備發(fā)現(xiàn)某路段的擁堵，繼而通過(guò)交通廣播等形式將信息傳遞給駕駛?cè)藛T，由此部分司機(jī)可提前做好繞行準(zhǔn)備，從而客

5、觀上減輕了該路段的擁堵程度。這一過(guò)程中，監(jiān)測(cè)者、廣播、司機(jī)等三個(gè)主體的行為都是理性的，但是，道路是否繼續(xù)擁堵、何時(shí)解除擁堵，表現(xiàn)出來(lái)的卻是一個(gè)難以準(zhǔn)確預(yù)計(jì)的、無(wú)序的情況，這體現(xiàn)了系統(tǒng)自組織的特點(diǎn)。城市生態(tài)系統(tǒng)的另一個(gè)特征是，盡管城市生態(tài)系統(tǒng)各組成部分之間只有局域性相互作用，但最終城市生態(tài)系統(tǒng)卻能夠展現(xiàn)宏觀結(jié)構(gòu)的演化特征。例如，城市中每個(gè)居民的出行行為看似沒(méi)有特定的規(guī)律，但是在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上，全體居民的出行卻能體現(xiàn)出一定的周期性和方向性等特點(diǎn)。這一微觀與宏觀之間的內(nèi)在聯(lián)系，體現(xiàn)了城市交通的自組織特點(diǎn)，從而為本書在城市宏觀尺度上研究交通、建立交通與環(huán)境模擬模型提供了可能。2.1.3城市生態(tài)控制論生態(tài)

6、控制論以信息反饋調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)（Vester, 1980)，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的自我組織、自我完善的動(dòng)力學(xué)機(jī)制和調(diào)控手段，從一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的高效和協(xié)調(diào)來(lái)講，其分別表述為循環(huán)再生原則、以柔克剛的機(jī)巧原則、共生原則和負(fù)反饋的相生相克原則、系統(tǒng)內(nèi)部增長(zhǎng)服從整體功能的原則、決策的最小風(fēng)險(xiǎn)原則等（顏京松，2001)。城市 生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)高度人工化的生態(tài)系統(tǒng)，人類是這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部最關(guān)鍵的因素。生態(tài)控制論的提出，為人類進(jìn)行城市生態(tài)調(diào)控提供了基本的方法學(xué)依據(jù)（王如松，2000c)?；谏鷳B(tài)控制論的城市生態(tài)調(diào)控方法，就是運(yùn)用生態(tài)控制論原理，以城市生態(tài)系統(tǒng)的功能行為為目標(biāo)，通過(guò)功能模擬、黑箱方法和信息反饋等作用，使城市生態(tài)系統(tǒng)減熵

7、增序，達(dá)到系統(tǒng)全局目標(biāo)最優(yōu)化的目標(biāo)。從國(guó)內(nèi)外城市生態(tài)調(diào)控的案例可以看出，遵循生態(tài)控制論的原則和方法是調(diào)控取得成功的關(guān)鍵。在對(duì)城市交通系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)調(diào)控時(shí)，要用到生態(tài)控制論的觀點(diǎn)，準(zhǔn)確分析交通系統(tǒng)與城市的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境因素之間的關(guān)系。由于城市生態(tài)系統(tǒng)的演化（evolution)過(guò)程是非線性的，而可持續(xù)交通作為城市生態(tài)系統(tǒng)的一部分，同樣具有非線性的特征，因此它的優(yōu)化函數(shù)不像線性方程只有唯一或一組確定的解，而是存在解的無(wú)數(shù)可能性（劉文英，2005)。可持續(xù)交通 的未來(lái)發(fā)展怎樣才能符合最優(yōu)化目標(biāo)？因?yàn)樗艿窖莼^(guò)程中各個(gè)層面的影響，因此是難以完全準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的。充分分析社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然三要素的交互作

8、用是對(duì)可持續(xù)交通實(shí)施城市生態(tài)調(diào)控的基礎(chǔ)。2.2城市生態(tài)系統(tǒng)健康(jinkng)理論2.2.1生態(tài)系統(tǒng)(shn ti x tn)健康理論生態(tài)系統(tǒng)(xtng)健康是20世紀(jì)80年代末提出的，目前已成為生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)健康的概念，目前還有不同的理解，比較公認(rèn)的是指一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)具有穩(wěn)定性和可持續(xù)性，即在時(shí)間上具有維持其組織結(jié)構(gòu)、自我調(diào)節(jié)和對(duì)脅迫的恢復(fù)能力，它可以通過(guò)活力、組織結(jié)構(gòu)和恢復(fù)力3個(gè)特征進(jìn)行定義（Costanza， 1992； Rapport, 1997； Xu et al. , 2001)。生態(tài)系統(tǒng)健康的研究重點(diǎn)是：生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部以自然生態(tài)系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和人類系

9、統(tǒng)間的健康作用機(jī)制、健康標(biāo)準(zhǔn)及其評(píng)價(jià)方法。目前國(guó)內(nèi)外一些專家學(xué)者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了大量研究（Dan，2003)，但大部分研究主要集中在湖泊/流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)、森林生態(tài)系統(tǒng)健康長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)等方面，對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)健康的深人研究尚不多見(jiàn)，多停留在理論研究階段。代表性的理論有：自然和人類引起的驅(qū)動(dòng)力、社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成的概念模型，包括過(guò)程/壓力因子、結(jié)構(gòu)/組成、土地管理和保護(hù)目標(biāo)等（Muftoz-Erickson et al., 2003)。整體性生態(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)(holisticecosystem health indicator, HEHI)模型，主要包含3個(gè)部分：生態(tài)

10、學(xué)指標(biāo)、社會(huì)性指標(biāo)及交互作用指標(biāo)，如土地利用或退化等(Aguilar, 1999)。城市生態(tài)系統(tǒng)健康與人類健康關(guān)系矩陣，縱列是驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-暴露-影響（driving force-pressure-state-exposure-effect，DPSEE)，橫列是社會(huì)財(cái)富、建筑環(huán)境、居住區(qū)環(huán)境質(zhì)量、生物群落、生態(tài)足跡（Spiegel et al ，1999)。WHO提出的驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-暴露-影響-反應(yīng)理論（driving force-pres- sure-state-exposure-effects-action, DPSEEA),包括社會(huì)環(huán)境、健康影響：生活方式、環(huán)境衛(wèi)生、居住條件

11、等方面（Yassi et al.，1999)。2. 2.2城市生態(tài)系統(tǒng)健康論城市生態(tài)系統(tǒng)是受人類活動(dòng)干擾最強(qiáng)烈的地區(qū)，它已經(jīng)演化為一種高度人工化的自然-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)（官冬杰等，2006)。它最大特點(diǎn)是不僅強(qiáng)調(diào)從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、功能高效與完整，而且更加強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)能維持對(duì)人類的服務(wù)功能，以及人類自身健康及社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康不受損害（郭秀銳等， 2002；李鋒等，2003)。由此，城市生態(tài)系統(tǒng)健康應(yīng)是在由自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)復(fù)合而成的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，生產(chǎn)生活和周圍環(huán)境之間的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)未受到損害，關(guān)鍵生態(tài)組分和有機(jī)組織被保存完整并無(wú)疾病，對(duì)長(zhǎng)期或突發(fā)的自然或人為擾動(dòng)能保持彈性

12、和穩(wěn)定性，整體功能表現(xiàn)出多樣性、復(fù)雜性、活力和相應(yīng)的生產(chǎn)率，其發(fā)展的理想狀態(tài)是生態(tài)整合性（張志誠(chéng)等，2005;肖風(fēng)勁等，2002)。IDRC (加拿大國(guó)際發(fā)展(fzhn)研究中心）項(xiàng)目探討了城市生態(tài)系統(tǒng)(shn ti x tn)健康的概念及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立的理論、方法，但沒(méi)有完整(wnzhng)應(yīng)用于實(shí)踐研究。郭秀銳等（2002)從活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、生態(tài)系統(tǒng)功能的維持、人群健康狀況等方面構(gòu)建了完整的城市生-系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并采用模糊數(shù)學(xué)方法建立了評(píng)價(jià)模型，并對(duì)廣州、北京、上海3個(gè)城市的總體健康狀況進(jìn)行了比較分析。曾勇等（2005)用壓力- 狀態(tài)-響應(yīng)機(jī)制建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并用模糊

13、優(yōu)選模型對(duì)上海市城市生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了時(shí)間序列評(píng)價(jià)。但是，上述兩種評(píng)價(jià)方法均難以識(shí)別城市子系統(tǒng)的相對(duì)健康水平。胡廷蘭等（2005)從城市亞系統(tǒng)發(fā)展水平和協(xié)調(diào)度兩方面出發(fā)，構(gòu)建了城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型，并應(yīng)用于寧波市的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)，但其研究中存在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的客觀性問(wèn)題。針對(duì)目前研究中存在的不足，本書在詳細(xì)分析城市生態(tài)系統(tǒng)健康概念的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了城市生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)模型。該模型可以清晰地辨識(shí)城市整體健康狀況和各子系統(tǒng)的相對(duì)健康狀況。城市生態(tài)系統(tǒng)是由自然子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、社會(huì)子系統(tǒng)構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)復(fù)合系統(tǒng)，而且其每一子系統(tǒng)都是一個(gè)多維空間。城市生態(tài)系統(tǒng)健康主要包括3個(gè)方面 (桑燕鴻等，200

14、6): a.組成城市生態(tài)系統(tǒng)的各子系統(tǒng)一自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)子系統(tǒng)的健康，即各子系統(tǒng)有活力，結(jié)構(gòu)合理，有能力滿足城市居民的合理需求，具有一定的抵抗外界干擾的能力；b.各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，不以危害某個(gè)子系統(tǒng)的健康為代價(jià)謀取其他子系統(tǒng)更高的健康水平；c.城市生態(tài)系統(tǒng)是適宜人類居住的，城市健康的一個(gè)必要條件是必須保障城市居民的健康，以及與此有關(guān)的環(huán)境、居 住、能源、交通、城市規(guī)劃等（Moore et al.,2003) 2.2.3城市生命體與健康診斷理論國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展973計(jì)劃項(xiàng)目現(xiàn)代城市“病”的系統(tǒng)識(shí)別理論與生態(tài)調(diào)控機(jī)理，將城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)定義為城市生命體，從生物哲學(xué)和復(fù)雜系統(tǒng)學(xué)說(shuō)出發(fā)，辨識(shí)

15、城市發(fā)展中出現(xiàn)的城市“病”現(xiàn)象。該理論認(rèn)為，城市作為一個(gè)高度復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，它與自然生命體一樣，具有類似的發(fā)展演化規(guī)律。從宏觀角度看，城市化S曲線與生物生長(zhǎng)S曲線非常相似。因此，提出“城市生命體”的概念，以期應(yīng)對(duì)城市研究中遇到的綜合性、復(fù)雜性和不確定性等特征。城市生命體（圖2-1)是指由土地、交通、建筑、人口、能源、資源等組分組成，能通過(guò)與生物體相類似的自養(yǎng)或異養(yǎng)的新陳代謝方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)循環(huán)和廢物排泄，具有在時(shí)間和空間上的生長(zhǎng)、消亡及自我更新的自然演化過(guò)程，并能進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)控并實(shí)現(xiàn)自我繁殖的復(fù)雜物質(zhì)系統(tǒng)（黃國(guó)和等，2006)。將生命體概念(ginin)引入城市科學(xué)研究中，將有助于對(duì)城市

16、系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、演變以及物質(zhì)與能量循環(huán)進(jìn)行全方位綜合分析(fnx)，從而從本質(zhì)上把握城市系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)在規(guī)律，為從根本上解決現(xiàn)代城市“病”問(wèn)題提供有效的理論(lln)基礎(chǔ)和方法體系?；诔鞘猩w理論為研究可持續(xù)交通提供了應(yīng)對(duì)系統(tǒng)復(fù)雜性和不確定性的理論基礎(chǔ)。它從生命科學(xué)的角度，將城市視作一個(gè)有機(jī)的生命體，而交通則被視為承載和連接系統(tǒng)中多個(gè)對(duì)象的骨骼和動(dòng)脈。由此，將城市交通稱為城市生命體承載系統(tǒng)，如圖2-2所示。具體而言，基于城市生命體承載系統(tǒng)概念的可持續(xù)交通具有以下科學(xué)意義：城市生命體承載系統(tǒng)是城市生命體的重要組成之一，它與城市的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人口、能源、資源、環(huán)境6大驅(qū)動(dòng)力之間存在動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的關(guān)

17、系。同時(shí)，它可以體現(xiàn)城市健康的動(dòng)態(tài)響應(yīng)關(guān)系，承載系統(tǒng)的健康狀態(tài)是城市生命體健康狀態(tài)的表現(xiàn)之一。通過(guò)城市“病”的系統(tǒng)識(shí)別理論與生態(tài)調(diào)控方法的建立，有效反映城市生命體系統(tǒng)的各種復(fù)雜性及相應(yīng)的特征與規(guī)律。從可持續(xù)交通的角度，探索城市生命體承載系統(tǒng)的不確定性及其內(nèi)部關(guān)系的復(fù)雜性，將有助于開發(fā)一系列量化、識(shí)別、評(píng)價(jià)與調(diào)控方法體系，從而指導(dǎo)城市交通問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和決策分析。2.3城市交通與土地相互作用2.3.1城市道路的功能城市形態(tài)與交通、土地利用是相互作用和相互影響的，在研究城市交通問(wèn)題時(shí)，離不開城市形態(tài)和城市的土地利用問(wèn)題。因此，在探討城市的交通問(wèn)題時(shí)，不僅要考慮交通，還要充分考慮與城市形態(tài)和城市土地

18、利用的關(guān)系，否則交通問(wèn)題就無(wú)法得到實(shí)質(zhì)的解決（石京，2006)。城市功能空間的分離，導(dǎo)致城市產(chǎn)生了除了居住、工作、游憩以外的第4個(gè)功能，即“交通”的產(chǎn)生。國(guó)內(nèi)外城市的發(fā)展史，充分說(shuō)明了城市與交通之間互相促進(jìn)的關(guān)系。新的衛(wèi)星城和開發(fā)區(qū)域往往是沿著主要交通干道形成的。城市交通系統(tǒng)是一個(gè)由人、車、道路、公交系統(tǒng)，以及環(huán)境組成的相當(dāng)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)學(xué)原理，它是一個(gè)復(fù)雜的、開放的系統(tǒng)。城市交通系統(tǒng)輸送的對(duì)象包括客流和物流。城市交通具有(jyu)如下特點(diǎn)（石京，2006):近距離交通(jiotng)為主；具有(jyu)每日周期性和每周周期性；城市中心和交通樞紐具有聚集效應(yīng)；方向性，呈現(xiàn)面向城市中心

19、的向心形態(tài)；人員出行的交通方式較多，包括步行、自行車、摩托車、小汽 車（含出租車）、公交車、軌道交通等；物流以汽車為主，摩托車和自行車也有應(yīng)用；各種交通方式的運(yùn)送能力差別很大；具有量大、密集的特點(diǎn)。城市道路不僅是城市中最基本的基礎(chǔ)設(shè)施，而且對(duì)于城市的形成具有非常重要的作用。道路的功能可以分為交通功能（traffic)和空間功能（石京，2006)，前者又可以劃分為通行（transit)和進(jìn)出（access)功能（表2-1)。表2-1城市道路的功能分析功能效果交通功能(1)通行功能為汽車、自行車、行人等的通行提供服務(wù)確保道路安全 縮短時(shí)間距離 緩和交通擁堵 降低運(yùn)輸成本 減輕交通公害 節(jié)約能源(2

20、)進(jìn)出功能為進(jìn)出道路沿途的土地、建筑物、各種設(shè)施進(jìn)行服務(wù)地域開發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 擴(kuò)充生活基礎(chǔ)設(shè)施 促進(jìn)土地利用空間功能形成城市的骨骼，形成城市的景觀確保良好的城市環(huán)境 防災(zāi)收容公共公益設(shè)施 形成社區(qū)形成城市輪廓及其印象，形成城市景觀 綠化、通風(fēng)、采光 避難通路，消防活動(dòng)，防止延燒 收容電力、電話、煤氣、上下水道、地鐵等 促進(jìn)鄰里的交往2.3.2 交通與土地利用 對(duì)象工業(yè)用地道路用地1990 年2000 年1990 年2000 年面積/km比例1%面積/km2比例/%面積/104m2比例/%面積/104m2比例/%全國(guó)307026.454874.4522.04891606.94190356. 5

21、28.48北京63.916.0883.9917.1424346.124198.848.57上海64.126.62384.6526.4017877.158147.0614.82天津87.127.586.1522.3328258.444168.0710.80沈陽(yáng)31.919.6447.1922.7515449.413116.6514.72武漢46.031.1056.2023.2710595.591535.087.31廣州50.627.5479.6720.6710855.793923.009.11哈爾濱30.623.3242.2925.2313938.931144.476.83重慶21.624.97

22、47.6120.6010207.401262.506.75西安29.724.6335.4020.2010207.401262.506.75南京21.420.3629.6518.399477.352185.0010.85十城平均44.6924.1889.2821.701488.207.533181.969.83如同(rtng)生產(chǎn)力發(fā)展到定階段就要求生產(chǎn)關(guān)系發(fā)生變革一樣，城市交通發(fā)展到一定程度就必然(brn)要求交通結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)和道路結(jié)構(gòu)進(jìn)行變革，不但要求發(fā)展新的交通工具，修建新的道路，而且還要求合理而高效率地組織交通。為了充分發(fā)揮各種交通工具和道路系統(tǒng)中去，主要表現(xiàn)(bioxin)在以下3個(gè)

23、方面：運(yùn)輸性交通與生活性交通的分流； 快速交通與一般常速交通的分流；機(jī)動(dòng)交通、非機(jī)動(dòng)交通及步行交通的分流。城市用地類型與城市的交通具有緊密的關(guān)聯(lián)關(guān)系。表2-2體現(xiàn)了 19902000 年間我國(guó)部分城市建設(shè)用地中工業(yè)和道路交通用地比例的變化。我國(guó)規(guī)定道路用地為8%-15% (黃建中，2006),雖然目前較多大城市正在接近這一水平（如上海、沈陽(yáng)_)，但是我國(guó)的這個(gè)指標(biāo)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比（如巴黎為27.0%，倫敦為 22. 2%)還是較低，尤其是北京、武漢、重慶、哈爾濱等城市的比例偏低。2.3.3交通對(duì)土地的影響交通通過(guò)改變區(qū)位的可達(dá)性影響個(gè)人、家庭和企業(yè)的空間區(qū)位決策。在以成本最小或收益最大化為基準(zhǔn)準(zhǔn)

24、則的前提下，交通系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)用地、工業(yè)分布與集聚產(chǎn)生影響（黃建中，2006; Hoy, 1962)，即人們對(duì)土地的開發(fā)傾向于接近交通便利的區(qū)位。當(dāng)只考慮交通成本和土地價(jià)格時(shí)，各類土地利用者選取不同的區(qū)位行為，導(dǎo)致商業(yè)一般選擇市中心區(qū)，農(nóng)業(yè)處于城市最外層，中間則分布工業(yè)與居住區(qū) (Alonso, 1964)。軌道交通或大容量道路網(wǎng)對(duì)沿線的土地利用具有強(qiáng)烈的空間吸引和分異效應(yīng)，對(duì)居住用地、公共用地的吸引符合距離衰減規(guī)律，而對(duì)工業(yè)用地產(chǎn)生排斥（王春才，2006;毛蔣興和閻小培，2005;王錫福等，2005a; 2005b)。除了造成土地利用性質(zhì)分異以外，交通還在以下三個(gè)方面影響。(1)交通土地的占用(

25、zhn yn)交通土地的占用表現(xiàn)在城市道路用地和停車用地。城市道路用地用于保證基本的交通活動(dòng)，OECD組織(zzh)成員國(guó)的城市道路用地約達(dá)到總土地面積的2540%，但北美國(guó)家的發(fā)展規(guī)律與我國(guó)存在較大差異(chy)，并不一定適合我國(guó)。我國(guó)屬于高密度開發(fā)城市，交通土地占用較低。土地占用以滿足城市出行與貨運(yùn)需求，與城市經(jīng)濟(jì)水平相匹配為宜。(2)交通對(duì)土地價(jià)格的影響交通是土地價(jià)格形成的重要區(qū)位因素，目前研究的一般結(jié)論認(rèn)為交通因素可以提高土地價(jià)格，其作用可以分為兩部分：一方面，交通的便捷性減少了人們到達(dá)某個(gè)區(qū)位的時(shí)間或成本，提高了該區(qū)位的吸引力，引起 土地活動(dòng)增加，價(jià)格上漲；另一方面，交通因素產(chǎn)生噪聲

26、、提高犯罪率等負(fù)面因素，這種負(fù)面因素到達(dá)一定程度時(shí)會(huì)抵消便捷性帶來(lái)的積極作用（Murtaza and Miller, 2001),如鐵路、航空噪聲過(guò)大，對(duì)居住用地地價(jià)產(chǎn)生排斥作用。目前的實(shí)證研究證明軌道交通（Bowes and Ihlanfeldt，2001)、快速公交（Diaz，1999)、 主要道路（蔣芳和朱道林，2004)、公交路線（王真，2009b)對(duì)城市土地具有正面影響.交通距離（王真，2009b)對(duì)城市土地具有負(fù)面影響，交通節(jié)點(diǎn)處的地價(jià)也往往高于其他地段（唐菊興等，2001)，地價(jià)與交通有極高的相關(guān)性，沿交通干 道延伸明顯。(3)交通對(duì)土地強(qiáng)度的影響城市的土地開發(fā)模式與城市中的交通

27、形式緊密相連。城市主要交通方式的運(yùn)量越大，所形成的城市內(nèi)聚力就越強(qiáng)，城市常常成緊湊的形態(tài)（張小松等，2003),城市主干道（毛蔣興和閻小培，2005)、城市軌道交通 (張小松等，2003)可以促進(jìn)沿線土地的高密度開發(fā)。交通和土地實(shí)際上是互相影響的兩個(gè)子系統(tǒng)，他們之間存在著復(fù)雜的關(guān)系，城市結(jié)構(gòu)可以理解為交通和土地利用相互作用的結(jié)果（Chang, 2006)，如圖2-3。一方面，土地利用形態(tài)是產(chǎn)生城市交通的原因，決定了城市交通的發(fā)生和方式；另一方面，城市交通系統(tǒng)的發(fā)展又對(duì)城市空間結(jié)構(gòu)和土地利用的形態(tài)產(chǎn)生作用，改變城市的可達(dá)性，而可達(dá)性對(duì)城市用地規(guī)模、強(qiáng)度及空間分布有決定作用（馮四清， 2004；張

28、毅媚和晏克非，2006)。因此，可達(dá)性是土地利用和交通之間的關(guān)鍵連接環(huán)節(jié)（Martinez，1995)。圖2-3交通(jiotng)與土地利用之間的相互作用關(guān)系2.4外部性理論(lln)外部性產(chǎn)生于不完全競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)中，被交易產(chǎn)品的成本(chngbn)和收益沒(méi)有完全被市場(chǎng)交易包括在內(nèi)，未交易的這一部分就是“外部性”（覃成林和管華，2004)。外部性常常表現(xiàn)在不具有明顯的排他性的公共物品和公有資源上。一個(gè)人使用公共物品和公有資源時(shí)并不排除其他人的使用。非排他性物品的特征是存在一定“臨界點(diǎn)”，當(dāng)?shù)竭_(dá)這個(gè)臨界點(diǎn)前，消費(fèi)者之間的相互影響是可以忽略不計(jì)的，但一旦超過(guò)這一臨界點(diǎn)，消費(fèi)者之間的活動(dòng)就會(huì)造成明顯的

29、影響，如“搭便車”和“公地悲劇”現(xiàn)象 (曼昆，2C06)，其本質(zhì)是因?yàn)楫a(chǎn)權(quán)不明確或缺失造成了市場(chǎng)激勵(lì)和市場(chǎng)失靈。外部性通?？梢苑譃閮深悾凑獠啃院拓?fù)外部性，也稱外部經(jīng)濟(jì)與外部不經(jīng)濟(jì)，如圖2-4。負(fù)外部性表現(xiàn)為邊際私人成本（MPC)小于邊際社會(huì)成本（MSC)， 在需求不變的情況下，低成本P2鼓勵(lì)了消費(fèi)，消費(fèi)量從Q1增加到了Q2，因而導(dǎo) 致了市場(chǎng)的失靈。同樣，正外部性下，市場(chǎng)同樣達(dá)不到帕累托最優(yōu)。經(jīng)濟(jì)學(xué)研究認(rèn)為，外部性成本游離于價(jià)格體系之外，是無(wú)效率的，只有通過(guò)政府的干預(yù)調(diào)控行為才能解決市場(chǎng)失靈問(wèn)題（賈麗虹，2007)。圖2-4行為的外部性城市交通系統(tǒng)中的道路、清潔空氣等組成要素都具有公共物品和

30、公有資源的非排他性特其外部性也表現(xiàn)為正外部性和負(fù)外部性兩部分。交通活動(dòng)對(duì)大氣的影響主要表現(xiàn)為交通排放導(dǎo)致大氣質(zhì)量下降，從而影響他人享有清潔空氣的權(quán)利，因而是負(fù)外部性；交通對(duì)聲環(huán)境的影響表現(xiàn)在機(jī)動(dòng)車運(yùn)行，形成噪聲和振動(dòng)，影響人們的正常生活和情緒，是負(fù)的外部性；交通對(duì)土地的影響，表現(xiàn)為交通促進(jìn)土地價(jià)格增長(zhǎng)、土地利用強(qiáng)度增加、交通擁擠等，既有正外部性也有負(fù)外部性。交通對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了很大的正外部性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)交通活動(dòng)直接或間接支付的費(fèi)用。此外，交通的外部性還體現(xiàn)在政治、文化、人民生活等方面（表2-3)。有學(xué)者以歐洲某城市為例，研究了使用汽車的外部性成本（2005年），總結(jié)如表2-4所示（Proost

31、et al.，2001)?？梢钥吹?，使用汽車的外部性成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于稅額，也就是說(shuō)，社會(huì)成員被動(dòng)的替汽車使用者分擔(dān)了絕大多數(shù)的邊際外部成本。類型指 標(biāo)性質(zhì)度量度量單位理想值經(jīng)濟(jì)影響物流旅游生產(chǎn)運(yùn)輸+定性，可能轉(zhuǎn)化成定量元元元-_政治影響軍事作用 城市聲譽(yù)+定性描述_-文化影響歷史遺產(chǎn) 人文景觀+定性描述-人民生活影響客流，客運(yùn)+可以定量人 km；t km通勤/上學(xué)+可以定量人 km動(dòng)遷的心理影響定性描述，半定量分析動(dòng)遷人數(shù)交通安全影響/事故成本+/-定量分析人/元交通擁堵?lián)p失/時(shí)間成本半定量分析元資源消耗石油原料消耗定量分析t/a土地資源需求定性/定量分析km2金屬等礦產(chǎn)需求定量分析/物質(zhì)流分析

32、t/a對(duì)環(huán)境影響空氣污染車輛尾氣排放(CO，NOx)ppm國(guó)家級(jí)水質(zhì)污染BODppm國(guó)家級(jí)噪聲車輛噪聲dB(A)50振動(dòng)車輛振動(dòng)dB70溫室效應(yīng)CO2等文獻(xiàn)(wnxin)來(lái)源：張舉兵等，2006.有改動(dòng)(gidng).表2-4使用汽車的邊際外部(wib)成本以及稅收成本外部性歸類汽油機(jī)柴油機(jī)高峰值非高峰值高峰值非高峰值空氣污染交通事故交通噪聲交通擁堵合計(jì)稅額0. 0040. 0040. 0420. 0260. 0330. 0330. 0330. 0330. 0020. 0080. 0020. 0081. 8560. 0031. 8560. 0031.8950. 0471. 9320. 0680

33、.120. 110. 080. 07文獻(xiàn)來(lái)源：Proost et al. , 2001.交通污染排放主要來(lái)自于機(jī)動(dòng)車運(yùn)行時(shí)的尾氣、曲軸箱竄氣和汽油蒸氣三種途 徑，其中尾氣排放的貢獻(xiàn)率最大，占到HC排放的55%，而CO和NOx則均為 100%。另外，油箱和化油器揮發(fā)占HC排放的20%，曲軸箱竄氣占HC排放的 25% (李岳林等，2003)，應(yīng)首先予以控制（郁亞娟，2007)。除此之外，污染物還 有VOCs PM10、PAHs、有機(jī)鉛等，這些污染物對(duì)城市環(huán)境的影響機(jī)理和范圍不同。交通排放的N02在波長(zhǎng)290430nm紫外光照射下，分解為NO與基態(tài)氧原子，基態(tài)NO原子很快與大氣中的氧分子生成O3，當(dāng)

34、大氣中的VOCs達(dá)到一定濃度時(shí)，與O、NO和N02形成一系列復(fù)雜反應(yīng)，生成淡藍(lán)色的具有強(qiáng)烈刺激性的混合氣體，造成光化學(xué)污染，形成一種淺藍(lán)色煙霧，它是一種具有強(qiáng)刺激性的有害氣體的二次污染物（李岳林等，2003; Deng, 2006)。尤其在交通發(fā)達(dá)地區(qū)和夏日陽(yáng)光充足時(shí)，更加促進(jìn)光化學(xué)煙霧的產(chǎn)生。光化學(xué)污染物會(huì)刺激眼睛、影響肺功能和顯著提高哮喘發(fā)病率（許淮生，1996)。CO為機(jī)動(dòng)車運(yùn)行時(shí)化石能源不完全燃燒(rnsho)造成的污染，交通CO排放(pi fn)貢獻(xiàn)了城市CO排放(pi fn)的50%以上（李昭陽(yáng)等，2005)，CO與血紅蛋白具有極高的親和力，吸入CO可能造成頭暈、惡心、意識(shí)模糊等癥

35、狀，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致缺氧窒息死亡。炭完全燃燒的產(chǎn)物C02雖然對(duì)人、物無(wú)害，但其滯留在大氣層中造成溫室效應(yīng)，已經(jīng)成為全球性的氣候變化問(wèn)題。交通揚(yáng)塵及粉塵排放是城市主要粉塵來(lái)源之一，PM10和PM2.5對(duì)人體健康具有嚴(yán)重的負(fù)面影響，可能導(dǎo)致死亡、慢性支氣管炎、心腦血管疾病、哮喘等多種癥狀，并可能攜帶細(xì)菌，與其他污染物協(xié)同作用提高毒性（Pan et al，2007； Zhou and Tol 2005)o除以上的常規(guī)污染物以外，交通運(yùn)輸使用的化石能源燃燒產(chǎn)生的有機(jī)鉛、汞和 PAHs雖然含量不高，但這些污染物對(duì)人體健康的影響多是負(fù)面的，部分PAHS 是高致癌致病污染物（Yu et al.，2007)。表2-

36、5總結(jié)了交通大氣污染物的一些特性與危害。表2-5交通大氣污染物的成因及其危害污染物污染成因及特征危 害NOx化石燃料中的N元素燃燒產(chǎn)生，造成 光化學(xué)污染物條件之一。受化石能源質(zhì) 量、機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)水平影響酸雨、光化學(xué)污染（Mauzerall et al.，2005)、提高哮喘 發(fā)病率（陳秉衡等，2002)、生成亞硝酸鹽致癌（廖永豐 等，2007)VOCs機(jī)動(dòng)車泄漏、不完全燃燒及潤(rùn)滑油品揮 發(fā)等原因產(chǎn)生，光化學(xué)污染物重要前體物惡臭，形成光化學(xué)污染（Mauzerall，ei al. ,2005)CO燃料不完全燃燒，無(wú)色無(wú)味造成惡心、嘔吐、眩暈等癥狀CO2完全燃燒產(chǎn)生，無(wú)色無(wú)味，吸收陽(yáng)光中 的紅外線，

37、并阻止紅外線通過(guò)全球溫室效應(yīng)PM10來(lái)源于交通揚(yáng)塵、尾氣顆粒物，其中的 顆粒物主要為pm2.5PM2.5造成肺損傷（許真和金銀龍，2003)，造成呼吸系統(tǒng)和心腦血管疾?。≒an et al.，2007； Dockery et al.， 1993)，死亡（Daniels et al. ,2000)PAHs有機(jī)物在高溫下不完全燃燒形成的多 環(huán)芳香烴類物質(zhì)，在動(dòng)植物體內(nèi)富集皮膚/眼睛刺激、免疫毒性、遺傳毒性和高致癌性(Flowers et al. ,2002)重金屬汽油中添加四乙基鉛作為防爆劑，在動(dòng) 植物體內(nèi)富集人體器官永久性損傷、智力低下、骨骼發(fā)育不良、消化 功能減退、內(nèi)分泌失調(diào)、貧血、髙血壓、心

38、律失常、腎功能 障礙、免疫功能下降（田華，2008)表2-5交通大氣污染物的成因及其危害污染物污染成因及特征危 害休石燃料中的N元素燃燒產(chǎn)生，造成 光|學(xué)污染物條件之一。受化石能源質(zhì) 量、機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)水平影響酸雨、光化學(xué)污染（Mauzerall et al.，2005)、提高哮喘 發(fā)病率（陳秉衡等，2002)、生成亞硝酸鹽致癌（廖永豐 等，2007)NOx機(jī)動(dòng)車泄漏、不完全燃燒及潤(rùn)滑油品揮 發(fā)等原因產(chǎn)生，光化學(xué)污染物重要前體物VOCs惡臭，形成光化學(xué)污染（Mauzerall，ef al. ,2005)燃料不完全燃燒，無(wú)色無(wú)味CO造成惡心、嘔吐、眩暈等癥狀,全燃燒產(chǎn)生，無(wú)色無(wú)味，吸收陽(yáng)光中 的紅

39、外線，并阻止紅外線通過(guò)co2全球溫室效應(yīng)PM2.5造成肺損傷（許真和金銀龍，2003)，造成呼吸系 統(tǒng)和心腦血管疾?。≒an et al.，2007 ； Dockery et al.， 1993)，死亡（Daniels et al. ,2000)來(lái)源于交通揚(yáng)塵、尾氣顆粒物，其中的 顆粒物主要為PM2.5PM1(f機(jī)物在高溫下不完全燃燒形成的多 環(huán)4香烴類物質(zhì)，在動(dòng)植物體內(nèi)富集皮膚/眼睛刺激、免疫毒性、遺傳毒性和高致癌性(Flowers et al. ,2002)PAHs人體器官永久性損傷、智力低下、骨骼發(fā)育不良、消化 功能減退、內(nèi)分泌失調(diào)、貧血、高血壓、心律失常、腎功能 障礙、免疫功能下降（田

40、華，2008)汽油中添加四乙基鉛作為防爆劑，在動(dòng) 植物體內(nèi)富集重金屬2.4.1噪聲和震動(dòng)城市交通，特別是公路交通的噪聲來(lái)源有兩大類：公路建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲和公路服役期交通流產(chǎn)生的噪聲(zoshng)。其中公路建設(shè)過(guò)程產(chǎn)生的噪聲是非連續(xù)型的，僅 在某一，定時(shí)期造成影響，不是本書關(guān)注的重點(diǎn)。公路服役期交通流是城市(chngsh)日常生 活中最f見(jiàn)的噪聲源，即為狹義(xiy)的交通噪聲。公路交通噪聲產(chǎn)生的原因總體上可以分為：a.交通工具運(yùn)行時(shí)自身產(chǎn)生的噪 聲，如發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)、軸承摩擦、車輛的振動(dòng)等；b.車輪與路面接觸、摩擦產(chǎn)生的 噪聲，其噪聲大小與車重、車速、輪胎表面特征有關(guān)（祝海燕和曹寶貴，200

41、6)。交通噪聲的大小受下面6個(gè)因素影響：a.鄰近公路車流量越高的，噪聲越大； b.鄰近公路車速越高的，噪聲越大；c.重型車輛比例越高的，噪聲越大，例如貨 柜車（集裝箱車輛）；d.公路路面質(zhì)量越低的，噪聲越大；e.離公路越近的，噪聲 越大；f.離公路同一距離，普通住宅樓層越高的，噪聲越大；雖然不排除到達(dá)一 定高度就減弱的可能，但以現(xiàn)在一般高層為32層來(lái)說(shuō)是如此；g.有道路隔聲屏障 的，要比沒(méi)有隔音屏障的輕；h.有建筑體阻隔的要比沒(méi)有的影響輕（張舉兵等， 2006)。長(zhǎng)期暴露于噪聲中可能導(dǎo)致聽覺(jué)損害、干擾交流、降低睡眠質(zhì)量、影響心理情 緒等方_的危害（Colvile et al.，2001； WH

42、O, 1995),此外WHO研究表明持續(xù) 的噪聲暴露會(huì)明顯提高心肌梗死的發(fā)病率（WHO, 2005)。而交通振動(dòng)的危害 主要是指對(duì)人的心理和生理的影響、對(duì)精密儀器的損害、對(duì)建筑物的損害等 方面。2.4.2能源消耗城市交通系統(tǒng)的能源消耗，主要體現(xiàn)在各種交通工具的運(yùn)動(dòng)過(guò)程之中，對(duì)各自 不同的能源的消耗，對(duì)此國(guó)外已有相當(dāng)豐富的研究。各種城市客運(yùn)交通方式在不同 載客率（occupancy rate)情況下的能源消耗狀況如表2-6所示（沈未等，2005; 陸化普等，2004)。由此可知，提高小汽車和摩托車的承載率可以降低城市總體能 耗水平，但是如果公共交通服務(wù)面窄的話，就會(huì)使得載客率降低，從而削弱公共交

43、 通能耗|的優(yōu)勢(shì)，以致對(duì)整個(gè)城市的交通體系產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。表2-6各種交通方式在不同承載率下的能耗交通方式座位容量車公里能 耗/MJ人均能耗 /MJ/(人 km)不同承載率（)下的能耗/MJ/(人km)255075100小汽車43. 640. 913. 641.821. 210. 91摩托車21.250. 631. 250. 63BR電車330880. 271.060. 530. 310. 27地鐵5801220.210. 840. 420. 280.21公共汽#7514. 050. 190. 740. 370.250. 19步行0. 16自行車0. 06文獻(xiàn)來(lái)源：陸化普等，2004;沈未等，2

44、005.2.4.3交通擁擠改革開放以來(lái)，我國(guó)城市獲得了前所未有的蓬勃發(fā)展。然而伴隨而來(lái)的交通擁 堵問(wèn)題卻日趨嚴(yán)重，尤其是在上海、北京等特大城市，交通擁堵已成為嚴(yán)重制約城 市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度的分析可以看出，基于城市道路非競(jìng)爭(zhēng)性和 非排他性的公共物品性（閆慶軍等，2005)，僅靠加大路網(wǎng)密度、擴(kuò)展道路寬度等 增加交通供給的手段將不能從根本上解決交通擁堵問(wèn)題。擁堵定價(jià)理論(lln)可以簡(jiǎn)單地用圖2-5和圖2-6來(lái)表示(biosh)（韓小亮，2006)。D代表(dibio) 需求曲線，它也等同于個(gè)人邊際收益（marginal private benefits)和社會(huì)邊際收益 (marg

45、inal social benefits) ; MPC 是個(gè)人邊際成本（marginal private cost)它與社 會(huì)平均成本ASC (average social cost)相等；MSC是社會(huì)邊際成本（marginal social cost) ， 如果道路暢通，它與個(gè)人邊際成本MPC相等，而當(dāng)交通擁堵發(fā)生時(shí)， 它必然+于MPC，而且道路越擁堵，兩者的差異就越大（許薇等，2006)。由此可見(jiàn)，如果僅僅考慮當(dāng)前的交通狀況，大量投資修路往往是很有吸引力的 創(chuàng)造社會(huì)效益、解決交通擁堵的方法，而且常常被認(rèn)為很有必要。但這種做法很可 能制造出更難解決的交通擁堵并導(dǎo)致對(duì)土地使用的嚴(yán)重浪費(fèi)和對(duì)道路

46、修建的過(guò)度投 資，其_然結(jié)果是給整個(gè)社會(huì)帶來(lái)重的負(fù)擔(dān)（許光清，2006)。2.5不確定性理論不,定性是指缺少對(duì)特定因子、參數(shù)或模型的了解。例如，我們不能確切知道 某街道在某時(shí)刻N(yùn)C或者CO等污染物的瞬時(shí)濃度。不確定性包括參數(shù)不確定性 (測(cè)量誤差，采樣誤差，系統(tǒng)誤差），模型不確定性（對(duì)真實(shí)物理過(guò)程的必要簡(jiǎn)化， 模型結(jié)4不合理，模型濫用，或使用不正確的代變量導(dǎo)致的誤差）和方案不確定性 (描述性I誤差，聚合誤差，專家判斷和不完全分析誤差）。Morgenstern (1995)將 不確定因素分為人為管理因素（human uncertainty)、模型因素（model uncertainty) 和參數(shù)因

47、素（parameter uncertainty)三大類。近十年來(lái)，環(huán)境模擬模型的不確定性分析研究取得了迅速進(jìn)展，新的理論和分 析技術(shù)，特別是隨機(jī)理論、模糊集論、灰色系統(tǒng)、混沌理論、小波分析、神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)、遺傳算法、物元可拓和投影尋蹤等環(huán)境領(lǐng)域，極大地促進(jìn)了該領(lǐng)域的發(fā)展。環(huán) 境系統(tǒng)4一個(gè)包括隨機(jī)性、模糊性和灰色性等多種不確定性信息的系統(tǒng)。不確定性 分析最初主要采用單一分析途徑。事實(shí)上，隨機(jī)性、模糊性和灰色性等多種不確定 性共存于資源環(huán)境系統(tǒng)之中。為了克服單一的隨機(jī)分析、模糊分析和灰色分析的不 足，出現(xiàn)了將多種不確定性分析相互耦合用于環(huán)境系統(tǒng)分析和模擬的新思路（李柞 泳，20(4)。城市生態(tài)系統(tǒng)是一

48、個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，而城市交通系統(tǒng)存在于城市生態(tài)系統(tǒng)中，研 究城市交通系統(tǒng)和研究城市生態(tài)系統(tǒng)相似，都需要借助復(fù)雜性科學(xué)的思想和理論， 從多學(xué)，交叉方面來(lái)進(jìn)行整體上的探索。城市發(fā)展過(guò)程中的復(fù)雜性和不確定性是城 市形態(tài)變化的主要因素，多樣性、復(fù)雜性和不確定性滲透于城市生態(tài)系統(tǒng)演化的整 個(gè)發(fā)展過(guò)程中。城市高度非均勻的空間結(jié)構(gòu)與其高度有序的動(dòng)力學(xué)過(guò)程是緊密耦 合的。在城市交通系統(tǒng)的管理模型和輔助決策過(guò)程中，數(shù)據(jù)信息表現(xiàn)為對(duì)象(duxing)和屬性之 間的關(guān)4，這類數(shù)據(jù)信息(xnx)中存在不確定性?；诔鞘薪煌ü芾砟Ｐ偷牟淮_定性來(lái) 源，按照時(shí)間(shjin)順序分為3個(gè)階段：首先是在建立模型之前，來(lái)源于研究者

49、對(duì)城市交 通及生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)、分析、識(shí)別過(guò)程；其次是來(lái)源于管理模型的過(guò)程中，包括選 擇哪個(gè)軟件、如何進(jìn)行參數(shù)調(diào)試、如何抽象等；第三是在模型初步完成后，進(jìn)行多 情景分析、方案執(zhí)行、評(píng)估、反饋，也存在許多不確定性因素（圖2-7)。不_定性在城市交通系統(tǒng)管理中是始終存在的，從系統(tǒng)識(shí)別、內(nèi)涵界定、建 模、模型驗(yàn)證、模型應(yīng)用等各個(gè)階段都與不確定性緊密關(guān)聯(lián)。在建模過(guò)程中，數(shù)據(jù) 不確定性及模型變量/參數(shù)的設(shè)計(jì)、篩選等過(guò)程，都必須分析它們的不確定性，并 根據(jù)它們的特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)姆椒ǎ浠玖鞒桃?jiàn)圖2-8。具4來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)不確定性及模型變量/參數(shù)篩選等過(guò)程主要包含以下7個(gè)步驟： 研究對(duì)象調(diào)查；初步收集資料；根據(jù)資

50、料獲取難度和可得性，綜合定性判別 數(shù)據(jù)不確定性，判別的依據(jù)是獲取難度和不確定性的兩兩組合；篩選模型變 量/參數(shù)；初步輸入模型并驗(yàn)證，包括合理性檢驗(yàn)、敏感性分析等；如初步驗(yàn) 證可行，則保留該參數(shù)/變量，反之則返回前一步驟繼續(xù)篩選；確定模型所需的 基礎(chǔ)變量/參數(shù)后，實(shí)現(xiàn)模型功能，如模擬、預(yù)測(cè)和反饋等。不確定性分析和推理中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)這樣一種情況：用不同的不確定性分析方法 進(jìn)行推理到得到了不同形式的不確定性表達(dá)函數(shù)/參數(shù)，也就是不確定性在組合表 達(dá)時(shí)需i用合適的算法/形式對(duì)它們進(jìn)行合成（張留俊等，2007)。在不同的不確定 性分析方法中，所采用的不確定性合成方法各不相同，主要有以下4種：模糊不城市_態(tài)

51、系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致 資料收集的困難 data acquisition difficulty due to complexity of urban ecosystem數(shù)據(jù)取舍的不確定性 uncertainty from data screening資料不足的替代選擇 alternatives of insufficient data資料再篩選 data rescreeningc城1市g(shù)交3 1通iigCTQ 2理1 模I S型s目不確1定 V, RHS囚素模型不確定性來(lái)源(liyun)分析返篩選模型變量/參數(shù) (根據(jù)右側(cè)框圖）4刀步收集資料A1形對(duì)象調(diào)查數(shù)據(jù)易獲取數(shù)據(jù)取木確定性增加不確定性增加n數(shù)

52、據(jù)易獲取數(shù)據(jù)趣K取不確定性較小不確定性較小ImIr繼續(xù)篩選.圖2-8數(shù)據(jù)(shj)不確定性及模型參數(shù)/變量(binling)篩選2城市可持續(xù)交通管理的理論基礎(chǔ)45確定性變量(binling)/參數(shù)(cnsh)；區(qū)間(q jin)不確定性變量/參數(shù)；隨機(jī)不確定性變量/參數(shù)；其 他形式1當(dāng)在同一個(gè)模型組合中，同時(shí)存在這些形式的不確定性并需要以組合形式來(lái)表 達(dá)最終的不確定性變量的結(jié)果時(shí)，本研究采取圖2-9的方法，即把多個(gè)不確定性分 析方法|文在同一層次的分析平臺(tái)上，以“組合”的形式來(lái)表達(dá)最終結(jié)果。具體而 言，就是把區(qū)間數(shù)、隨機(jī)概率、模糊數(shù)組合表達(dá)不確定性的。邏輯確認(rèn)與 驗(yàn)證轉(zhuǎn)為某種概率分布形式櫨 i

53、| v I I M(i LA.組合不確定性及其傳遞輸出形式傳遞作用I圖2.6最優(yōu)化理論2.6.1最優(yōu)化理論的內(nèi)涵與分類最優(yōu)化理論，也即運(yùn)籌學(xué)，起源于戰(zhàn)爭(zhēng)中的資源分配，在第一次世界大戰(zhàn)中取 得極大的成功（甘應(yīng)愛(ài)等，1990),之后隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展與普及，最優(yōu)化理論得 到廣泛溝應(yīng)用。最優(yōu)化問(wèn)題的基本形式為給定約束條件，求目標(biāo)函數(shù)/(X)的最 大或最值。在一般情況下，若目標(biāo)函數(shù)/(X)為凸函數(shù)，則最優(yōu)化問(wèn)題P的可 行集i?和最優(yōu)解集合為凸集，P的任何局部最優(yōu)解都是全局最優(yōu)解，且最優(yōu)解 是唯一# (傅英定等，2008)。因此，只要約束條件不夠嚴(yán)格，凸規(guī)劃存在解集空 間，就存在全局最優(yōu)解。最優(yōu)化理論從誕生開始起就是一門應(yīng)用數(shù)學(xué)科學(xué)，其本質(zhì)是以數(shù)量化為基礎(chǔ)的 決策科#。最優(yōu)化方法本身含有兩方面的含義：任何決策都包含定量和定性兩方46誠(chéng)市交誦環(huán)諳系統(tǒng)優(yōu)化與營(yíng)理面，最