出行的秘密︱穿越交通迷宫:NREL新方法解码城市新出行
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    出行的秘密︱穿越交通迷宫:NREL新方法解码城市新出行

    发布日期:2023-11-14

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  如何评估一个地点或是一座城市的出行高效程度是一项复杂的任务,之前大多只针对单一交通方式的运输效率做评估,考虑的因素有限。美国国家可再次生产的能源实验室(NREL)联合多所大学及研究机构,提出了一种新的方法,从行程时间、出行成本、能源消耗多方面综合评估出行高效程度,并考虑了多模式组合的出行,以及当前与未来的土地使用。该方法可指导一系列交通决策,已受到颇多关注,在美国多个州皆有工程实践。

  图一、Venu Garikapati、Kay Kelly、Stan Young和Yi Hou正在研究出行能源效率度量(MEP),该指标考虑了时间、支付能力和能源使用,综合量化交通运输系统效率。

  很多人在挑选一套新房子时会考虑步行友好、公交友好甚至自行车友好等指标。这些指标虽然有用,但并不能评估该地区交通出行的整体情况。可以在现有指标的基础上进行拓展,更全面地评估交通方式及其影响。

  现有指标能告诉人们使用单一出行方式从这里到那里的速度有多快(例如步行,骑自行车或乘公交车)。但是现有指标不适用于以下情况:比如某人上班乘坐轻轨,但去商店买东西时开车;再比如某人必须了解到哪种出行方式组合可以让他在有限的预算内,准时并且最节能地到达目的地。

  因此,由美国国家可再次生产的能源实验室(NREL)领导的一项美国能源部(DOE)合作组织,研发了“出行能源效率度量”(参考文献1,请后台留言联系我们索取)。

  MEP指标衡量一个区域内所有出行选择的当前以及未来影响。它主要考虑了行程时间、能源使用和支付能力等。现有指标仅考虑其中一项或最多两项。同时MEP可以评估现有和未来的出行选择。

  “如果不进行度量,就无法衡量这些变量在系统中的影响。MEP指标可整体评估出行,并量化某些交通方式是如何对交通流量、空气质量等产生积极或消极影响。”NREL机械与热力工程科学副实验室主任Johney Green说。

  现有的交通运输指标仅评估某一种交通运输方式的效率(如车公里数,道路通行能力或交通拥堵指数),而未评估交通的整体能力——人们与商品、服务、就业的高效连接程度,而这是城市生活品质的一个重要因素。

  同时,基于位置的MEP指标评估了各种交通方式将个人与服务和活动连接起来的能力。评估考虑了这些连接的便利性及相应的出行费用、燃油费用、能源消耗等成本。

  “ MEP指标建立在原有的可达性计算方式上,将交通方式的可用性、可持续性和可支付性评估与地理空间分析相结合。”NREL和MEP指标的研究人员Yi Hou表示。

  MEP对于经常到访的地点会给予更高权重,比如每天去的办公楼相比不频繁去的电影院权重更高。它还对比了拼车出行与其他出行方式如公共交通出行的效率。

  “MEP指标通过数学模型将一系列变量整合为一个简单的打分,它可以在任何位置为任何出行者对便捷程度提供较为可靠的评估,并且评价对象可以小至一个街区,大至一个州或地区。”NREL交通运输数据分析研究员以及MEP项目负责人Venu Garikapati说。

  对比不同城市以及不同州的MEP得分不难发现,更大的城市提供更多的机会。这和预期一致,因为基准MEP得分基于人口数量以及发达程度计算。而在一个城市内部,MEP得分取决于地理位置、建筑密度、出行模式,以及最重要地,整体交通运输系统将人们移动到目的地的效率。随着交通运输系统的发展,这一指标将为判断未来出行技术的影响提供了直观的参考工具。

  “为了获取动态交通运输系统的影响,我们应该一个指标来准确评估不同交通方式所带来的收益,并且要考虑与之相关的成本包括时间、能源和金钱。” NREL项目负责人Kay Kelly说道。

  MEP团队已计算出所有50个州的城市的初始基准指标。以俄亥俄州哥伦布市为例,靠近市中心地区的MEP得分升至220-240之间,这得益于能源高效的交通方式和城市核心地带丰富的土地使用。但在城市郊区及外围区域,MEP得分降至40-60,这是由于这些地区的出行依赖私人车辆,并且设施稀少。随着出行技术、商业模式、土地开发以及交通基础设施的发展,MEP可评估它们对于整体城市以及对于特定位置的影响(如市区、郊区、城市外围区域)。

  综合度量这一些因素是一项复杂的任务,需要全国最顶尖交通专家的合作。美国能源部能源效率和可再生能源车辆技术办公室联合了顶尖的大学专家、美国运输部(DOT)以及几个州和地方的交通部门,提出了能源效率出行(EEMS)计划,并建立了交通运输系统与模型加速研究(SMART)实验室联盟。实验室联盟包括:

  SMART 实验室联盟建立了交通运输模型框架,基于此研究人员能够确定新的出行策略可能带来的深层次影响。这个集成的框架整合了MEP计算方式以及其他几个国家实验室的模型,可评估新技术、基础设施改进、移动业务模式和土地用途变化的影响。

  由实验室研发的先进的基于代理人的交通运输模型(POLARIS和BEAM)可仿真区域内的每个旅行者以及每个决策。这些模型正在用于评估芝加哥和旧金山市场。在这些模型的基础上,用MEP指标评估对于出行时间、支付能力、能源等整体出行影响,再进行结果的可视化。结果不仅评估该区域的影响,还包括区域之间的相对影响,如中央商务区相对郊区的影响。这些结果对其他城市和地区也有意义。

  未来,关于MEP指标的分析将利用交通模型生成的数据(美国任何大城市地区都具备),这一些数据反映了出行方式变化的速度以及加速度。例如,叫车服务会增加便利,或加重拥堵,亦或是两者皆有?对社会总体来说是利大于弊还是相反?

  MEP指标已开始受到关注。美国土木工程师协会(ASCE)已选择MEP作为其正在研发的新兴智能城市(称为ES-X)的基础标准。Transportation Research Record期刊中的一篇论文(参考文献2,请后台留言联系我们索取)重点讨论了MEP指标的理论基础和数学建模。美国能源部能源效率和可再生能源车辆技术办公室在其年度绩效审查会议上为研发MEP指标的NREL团队授予奖项。MEP指标还吸引了大城市规划组织(MPO)的注意,因为目前缺少将城市发展与交通运输系统联系起来的指标,而MEP可填补这一空白。

  NREL正在研究个性化的出行评估,每个人可通过你自己对交通方式和活动的偏好来评估他们所在位置的出行。

  在已建立的理论上,进一步研究多模式出行,以及新兴交通出行模式的特征刻画。

  当前的MEP主要是针对城市,下一步将扩展到农村地区,需要仔细考虑不同地理范围下关注事项以及偏好的改变。

  最后,NREL正在与互联网以及数据分析的团队合作,为个人创建直观而全面的基于Web的工具,使他们能够从MEP的角度探索自己所在的社区。通过可视化以及易于使用的格式,MEP可发挥更大作用。

  今天的出行者不仅重视便捷性和高效性,还力图减少出行时间、金钱成本、能源消耗和排放。

  MEP有助于多方面评估交通出行选择的总体影响、益处和弊端。“区域规划师、研发人员以及其他有关人员可以使用该指标客观地权衡资本预算。无论对于道路系统、机场基础设施还是整个社区的总体设计,MEP都能够在一定程度上帮助交通决策。基础设施需投资数十亿美元,使用年数的限制达数十年,我们大家都希望MEP可帮助正确的基础设施决策。” NREL交通出行系统团队负责人Stan Young说。

  MEP指标只是NREL关于高效、智能、集成和动态出行系统研发中的一部分。实验室的“可持续交通倡议”联合了多个研究团队,将交通运输系统建立为出行者、服务和环境的网络,不仅只有车辆和道路,还利用互联和自动技术来优化交通出行、明显降低能源消耗。

  NREL在美国运输部智慧城市项目中发挥了核心作用。它指导俄亥俄州哥伦布市开展了一项5000万美元的计划,该计划包括无人驾驶公交车、快速公交和相关数据分析。由美国能源部高级研究计划署-能源计划资助,NREL与大学以及APP开发商Metropia在“互联出行者”项目上建立了伙伴关系,将交通模型与交通行为理论、车辆互联性和移动技术相结合,引导个人选择环保的出行方式,增加出行者对于实时反馈和奖励措施的响应。NREL还向科罗拉多州交通运输署RoadX计划提供系统级专业相关知识,目标降低运输成本、提高交通安全、缓解该州关键交通走廊的拥堵状况。

  更多信息请查看MEP度量(参考文献1,请后台留言联系我们索取)、NREL可持续交通计划以及实验室的交通运输研究全文。