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论文题目： “禁摩限电”效果综合建模分析
参赛队员：
“禁摩限电”效果综合建模分析
1 问题重述
随着社会、经济的发展，城市道路交通问题越来越复杂也越来越引入关注。
城市道路交通资源是有限的，各种交通工具，特别是机动车（包括摩托车、电动
三轮车等)，对安全和环境的影响必须得到控制，而人们出行的需求是不断增长
的，出行方式也是多种多样的，包括使用公共交通工具。因此，不加限制地满足
所有人的要求和愿望是不现实的，也是难以为继的，必须有所倡导、有所发展、
有所限制。不少城市采取的限牌、限号、收取局部区域拥堵费、淘汰污染超标车
辆及其他管理措施收到了较好的效果，也得到了公众的理解。
为了让一项政策，如“禁摩限电”，得到大多数人的支持，对它进行科学的、
不带意识形态的论证是必要的。请从深圳的交通资源总量（即道路通行能力）、
交通需求结构、各种交通工具的效率及对安全和环境的影响等因素和指标出发，
建立数学模型并进行定量分析，提出一个可行的方案。需要的数据资料在难以收
集到的情况下，可提出要求。
2 问题分析
为对“禁摩限电”措施进行科学合理论证，了解这项措施实施的背景及成效
是必要的。通过查阅论文和报导，我组得出深圳市“禁摩限电”措施的实施主要
基于大量电单车上路行驶造成严重的交通拥堵现象；2.近年因电动自行车、摩托
车引起的交通事故频发，导致超过三成致死事故，安全性低；3.深圳市电动自行
车数量庞大，报废电池污染严重，环境危害大。但这项政策的实施同时也带来了
一定的负面影响。
在这样的背景下，我们客观地展开对深圳市“禁摩限电”政策可行性的分析。
首先，通过分析在没有电单车的影响因子下，深圳市某区的道路通行能力，
接着引入变化因子，即在城市交通未规划单电车专用车道时，单电车对城市道路
通行能力的影响变化；提出增加专用车道后，城市道路通行能力的变化趋势，从
而得于如下三点考虑：1.深圳市道路通行能力一定，90%道路未设置非机动车道，
出道路通行能力与电单车及电单车专用车道之间的联系。
然后，我们选择从个人影响、环保影响、社会影响三大方面出发，进一步细
分，如从出行时长与效率，安全与环保等角度，划分出11 个影响因子，利用层
次分析法（AHP）来分析计算得到市民出行时对交通工具的最佳选择。
最后，参考我们的模型以及求解过程，提出我们对于“禁摩限电”政策合理
的看法和建议。
3 模型假设
3.1 单电车对道路通行能力的模型假设
（1）只考虑四轮及以上的机动车、电瓶车的交通流量；
（2）不考虑司机对于交通拥挤程度的提前预知和改道；
（3）车辆性能、驾驶员能力等外因对交通状况的影响相同；
（4）车流量在一个较短的时间内可视作定值。
3.2 AHP 模型预估公众出行最佳方式
（1）假设所收集到的数据都真实可靠；
（2）假设专家都具有权威性；
（3）假设同一层的指标之间的关联度可以忽略；
（4）其他未考虑到的因素忽略不计。
4 符号说明
符号说明解释
Ci 第i 时间段该截面的通行能力( pcu / h)
Qi 第i 时间段通过该截面的当量车辆数( pcu)
aij 与 对决策结果重要程度之比 i j x x
CI 一致性指标
RI 平均随机一致性指标
CR 一致性比例
nk-1 q 第 层 个指标对最高层指标的权重向量 1 1 - - k k n
nkj p 第k层上n 个指标对 层的第j个指标的权重向量 k k -1
W 待定权重向量
w(ij ) 第 i层指标对于第i-1 层第 j个指标的权重向量
(i)
k w 第i 层第k 个指标对于i-1 层第j 个指标的权重分量
CR* 组合一致性比例
5 模型建立与求解
5.1 单电车对道路通行能力影响的建模分析
5.1.1 道路通行能力定义
城市道路通行能力[1]指的是在一定的道路和交通条件下，道路上某一路段单
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位时间内通过某一断面的最大车辆数，可分为基本通行能力，实际通行能力和设
计通行能力。在交通事故发生后，对城市道路而言一般不会完全中断行车，至少
可保证一个方向的流畅，只是对正常通行条件产生影响，使得道路总体通行时空
减少、通行能力下降。
本文讨论的是深圳市某区内某下班时间段的通行能力的变化。为了得到单位
时间截面的最大车辆数，则要求该截面上游处于饱和车流量的状态，即截面上游
出现拥堵现象。因此结合广义的通行能力的定义，采用饱和车流量下通过截面的
当量车辆数概念。
通行能力计算公式如下：
t
C Qi
i = （5-1）
其中i C 表示第i 时间段该截面的通行能力( pcu / h)， i Q 表示第i 时间段通
过该截面的当量车辆数( pcu)，t 表示第i 个时间段(h)。
5.1.2 数据采集与处理
（1）采集地点。深圳市罗湖区某4 车道干线
（2）采集时间段。本文模拟深圳市某区的高峰期时间段18:00-19:00。由于
通行能力是在饱和车流量的条件下计算的，因此，在每次取数过程中，以1min
中为时间单位选取时间间隔，表示如下图5-1：
图5-1
（3）数据采集方法。经查阅相关文献，在1min 的时间单位内当车辆进入研
究截面时，分别记录每种车型（标准车型、大车型）的车辆数，得到原始数据见
附件5.1.
（4）数据预处理。仅考虑标准车型和大车型的行为，非正常因素视为噪声
数据。对噪声数据的清洗分为：在原始数据中剔除所有电单车等的样本数据，剔
除行人、非机动车和非正常停车等因素影响的样本数据。
（5）有效数据。共采集原始有效数据60 个，总共观察时刻段18:00-19:00.
5.1.3 道路通行能力的计算
（1）当量车辆数的计算
城市道路上交通成分各异，具有不同动力特性、外形尺寸和行驶行为的车辆
混合行驶形成交通流，而对交通流进行研究时希望能够有一个统一的标准来计量
道路上行驶的车辆，因此采用车辆折算系数PEC 将各种研究车型转换为相应的
当量车辆数[2]。依据2001 年《公路工程技术标准》可知，城市道路以小客车为
基本单位，其他车辆均换算成当量小客车。车辆折算系数PEC 列表如下:
表5-1 车辆折算系数PEC
车型单电车三轮车小型车大型车
折算系数0.4 0.6 1.0 2.0
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（2）横截面的通行能力
将换算后的当量车辆数代入公式（5-1）得到各时间段通行能力，取18：
30-18:35 时间段为例，计算结果如下（其他数据见附表5.2）
表5-2 各时间段通行能力
时间段标准车型非标准大车型当量车辆数通行能力平均通行能力
157 3 163 9780
18:30- 168 5 178 10680
18:35 120 0 120 7200 9108
173 4 181 10860
115 1 117 7020
将附表5.2 结果按平均值做折线图如图5-2：
图5-2 平均流通能力折线图
由上图可知，深圳市罗湖区在晚高峰时，某四车道路段中，在不考虑单电车、
行人及非法泊车等非正常因素后，城市交通道路平均通行能力通行能力为
8259pcu/h，约为该速度下的平均通行能力1330pcu/h 的7 倍，属城市街道干线服
务水平等级D 级，不稳定车流（能忍受的延误）[3]。
5.1.4 考虑单电车因素对城市道路通行能力影响
考虑到深圳市由于城市公共交通的“最后一公里”问题，导致市民在短距离
出行时会选择更方便的单电车的交通方式，但因城市交通规划的缺陷，却并未有
相应的专用车道，因此存在大量的单电车在机动车道上行驶。接下来本文将对单
电车对机动车，即城市交通通行能力的影响。
本文利用表5-2将前期统计数据中的单电车和三轮车非正常影响因子转化成
标准型车，计算出18:30-18:35 时间间隔内通行能力：
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表5-3 各时间段通行能力
时间间隔单电车三轮车标准型车非标准大型车当量车辆数通行能力平均通行能力
130 2 157 3 216.2 12972
18:30- 147 3 168 5 238.6 14316
18:35 163 1 120 0 185.8 11148 12736.8
135 2 173 4 236.2 14172
169 4 115 1 184.6 11076
与表5-2 比较会发现，单电车因子的引入，将大大加剧城市交通流通能力，
使其平均流通能力为12736.8pcu/h，将城市街道干线服务水平等级降为E 级，为
拥挤，不可忍受的延误。
单电车驶入机动车道，不仅加剧了机动车道的拥堵，而且加剧了交通道路的
安全隐患.以深圳市为例，2015 年道路交通事故1150 起，同比下降3.5%。死亡
431 人，同比下降6.1%，实现了事故总数和死亡人数的双下降，但“涉摩涉电”
交通事故死亡人数为41 人，同比上升27.66%。摩托车、电动车泛滥，严重影响
市民出行安全，存在重大交通安全隐患。再者，非法营运的现象也很严重，已经
严重影响人们安全出行[4]。
5.1.5 单电车专用车道对城市交通流通能力影响
从上述分析可以看出，深圳市的交通流通能力居高不下的原因很大一部分是
因为道路资源紧张。而道路资源紧张是由诸多复杂因素引起的，看似只涉及交通
问题，但实际上它是城市规划、建设、产业、就业、人口、收入等一系列问题叠
加而产生的城市管理综合症。要解决这个顽症，既需要交通管理部门绞尽脑汁想
办法，也需要其他部门从大局出发，综合施策[4]。
在查阅相关文献后，发现深圳市虽然无法再次拓宽城市内部道路，但是城市
机动车道是相对比较宽宥的。因此可以在符合城市交通道路规范的前提下，设置
单电车专用车道，以降低城市道路流通能力，给公众出行带来方便。
5.1.6 结论
通过对无单电车、有单电车且无专用车道、有单电车且有专用车道三种情况
的讨论，得出单电车驶入机动车道会加剧接近饱和的城市交通资源。设置单电车
专用车道会减缓该现象，因此可以在符合城市交通道路规范的前提下，设置单电
车专用车道，以降低城市道路流通能力，给公众出行带来方便。
5.2 AHP 模型预估公众出行最佳方式
5.2.1 确定评价指标
最佳的交通出行方式除了考虑个人需要以外，还应该均衡环保和社会影响，
主要体现在该出行方式在人文、经济、社会与环境等方面是否能够得到最优解。
另外，考虑不同经济城市的区域性差异和不同生活水平的市民在方式上的选择侧
重不同，我们通过采访调查以及查询相关论文，归纳出在选择最佳交通出行方式
时，有以下因素会影响我们的判断，我们按属性不同自上而下的进行了分层处理，
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如图5-3 所示：
图5-3 层次分析法分类
此指标体系包括3 个一级指标，10 个二级指标。考虑到指标体系的设计除
了要符合理论层面的合理性，在实际应用中也要具有一定的可操作性，以下将对
各指标作具体说明：
（1）个人影响：即从个体行为选择的微观角度出发，首先需要满足个人交
通出行需求。
1933 年制定的《雅典宪章》重视的是个人交通权力，它解决交通的理念是
以城市改造来适应机动化的增长；世纪年代制定的《马丘比丘宪章》尊重公众交
通需求的满足。从此可以看出，个人享有交通权，在选择出行方式时，首先需要
满足人对交通出行的各种要求。选取以下4 个角度进行分析，分别是出行效率与
耗时、出行成本、安全性以及舒适度。
出行效率与耗时：城市居民出行需求作为一种派生需求，必须满足一定的
出行目的，当为了某种目的的出行需求产生之后，出行者首先关心的应该是到达
目的地可能需要的出行时间。同样的出行距离，因出行方式的不同，所需的出行
时间大不一样。在其它条件相同的情况下，人们通常会选择出行时间短的出行方
式。明显，电动车>普通公交（NBT）>快速公交（BRT）>私家车（出租车）>
轨道交通。
‚出行成本：人们在出行时，会根据自身的需要、经济承受力选择自己的出
行方式。明显，私家车（出租车）>公共交通（快速公交、普通公交、轨道交通）>
电动车。
ƒ安全性：车辆是工具，是道路交通系统的重要组成部分，与交通安全有密
切的关系。根据深圳市交通局统计资料显示，深圳市近六年发生的交通事故中，
涉及电动自行车的事故占18.29%；在致人死亡的交通事故中，涉及电动自行车
的事故占37.64%，其中死者九成以上为摩托车和电动自行车驾驶人，在深圳市
的部分城区，有四成至六成交通事故由电动车、摩托车引起。交通事故频发度和
致死度为：电动车>私家车（出租车）>公共交通（快速公交、普通公交)>轨道交
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通。
④舒适性：人对乘车的舒适程度取决于生理和心理两个方面。从对乘车舒适
环境质量产生重要影响的热环境、空气品质、空气压力、噪声、振动、气流组织、
乘座设施等环境品质要素对市民进行调查，研究分析得出舒适性从高到低排列为
私家车>出租车>轨道交通>公共交通（快速公交、普通公交）>电动车。
（2）环境影响：随着城市交通的不断发展，其带来的交通能源消耗、汽车
尾气排放量也随之日益增加，发展较少能耗、较低排放的城市交通模式的必要性
是毋庸置疑的。选择不同的交通方式，其带来的资源能耗和尾气环境影响是明显
有差异的。
我们选取以下3 个角度进行分析，分别是能源消耗量、常规污染物污染以及
碳污染。以下数据为美国能源基金会测算各种交通方式每万人每千米污染与耗能
情况的统计（能耗主要考虑石油消耗、尾气排放主要考虑二氧化碳和氮氧化物的
排放量）：
表5-4 主要交通方式能耗和尾气排放情况
从上表中可以看出：
小汽车的能耗和尾气污染都是最高的：能耗方面，小汽车的能耗高达全部
能耗的15%；尾气污染方面，据统计，城市中各类主要废气（一氧化碳、二氧化
碳、氧化氮、氧化硫、碳氢化合物、铅、悬浮粒子）40%—90%来自于汽车尾气，
其中，小汽车及家用轻型车排出的占79%。另外，小汽车中的私家车的石油消耗、
‚二氧化碳和氮氧化物的排放量要高于出租车，这可能是私家车的空仓率要高于
出租车的原因。由于同其他交通方式的能耗、尾气污染相比，两者的差距并不明
显，因此放在同一类进行分析是科学的。
ƒ公共交通包括普通公交、快速公交和轨道交通，其石油消耗、二氧化碳和
氮氧化物的排放量整体水平远远低于小汽车，普通公交由于运载能力远远高于小
汽车，所以人均的能耗和排放都低于小汽车，均约为私家车的14%左右。而轨道
交通和快速交通的优势更加明显，轨道交通具有低能耗、低排放、快捷性、经济
型、高运载能力等特点。
④电动车的碳排放小于普通公交，虽然在某些中小城市仍有存在的必要性，
但对于深圳大都市而言，考虑到道路利用、城市形象规划以及噪声等方面因素，
电动车数量需要得到限制。
（3）社会影响：指通过调整居民出行方式结构实现社会资源节约所带来的
整体效益。
在这里，我们定义这种社会影响具体体现在：使公众整体出行效率增加，
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即在道路通行能力一定的情况下，最大限度地减少交通拥挤，节约道路资源；‚
降低执政管理难度；ƒ政府所提供的的交通设施和交通资金投入利用效率的最大
化。