双碳战略下中国HSR–eVTOL一体化多模式出行行为与碳-安全约束协同优化建模

《Research in Transportation Business & Management》：Multi-modal travel behaviour modelling with integrated HSR–eVTOL mobility under China's dual-carbon strategy

　　

该研究在明确的“双碳”约束下，将电动垂直起降飞行器（electric vertical take-off and landing, eVTOL）、高速铁路（high-speed railway, HSR）与道路模式进行一体化整合；将嵌套Logit（nested logit, NL）需求模型与运营商利润最大化相衔接；把碳定价（carbon pricing）内生化到出行选择与运营决策中；表明eVTOL可在不降低运营商盈利能力的条件下降低排放；并识别低碳eVTOL部署所需的定价与安全条件。

研究背景与问题：深汕特别合作区（Shenshan Special Cooperation Zone, SSCZ）位于粤港澳大湾区（Guangdong–Hong Kong–Macao Greater Bay Area, GBA）东翼，承担深圳产业升级、人口疏解及连接粤东的“桥头堡”功能。既有规划强调“高铁+高速+港口”和低空走廊，深汕高速铁路（HSR）预计将深圳核心区至SSCZ缩短至约30 min；但SSCZ内部功能组团分散，HSR站与Ebu工业区、Xiaomo物流港、Houmen旅游区之间的首末公里连接和通勤需求构成瓶颈。双碳目标、深圳碳排放交易体系（emissions trading scheme, ETS）及低空经济政策要求将eVTOL纳入低碳交通规划。既有研究多关注成熟交通方式，eVTOL在HSR导向区域多模式选择中的行为交互、行为与运营一体化、碳与安全约束同时纳入的研究不足。因此，研究人员构建HSR–eVTOL一体化多模式出行行为与区域协同优化框架，以评估不同情景下的方式分担、排放和运营商利润。总体结论是：当eVTOL主要替代私家车和长途客车而非HSR时，可在一定条件下同时降低排放并提高运营商利润；更严格双碳政策可进一步减排且维持利润；eVTOL采用存在出行目的异质性；其环境与财务效果取决于票价、碳价、安全投资和电力脱碳。意义在于为SSCZ低碳多模式规划提供行为—运营—碳—安全集成评估工具，而非宣称eVTOL必然实现双赢。

关键技术方法（不超过250字）：研究采用两层嵌套Logit（NL）模型，上层为小汽车（AUTO）与公共交通（PT），PT层含HSR、eVTOL和长途客车（Coach）；将门到门时间、含碳成本广义货币成本、风险、接入/换乘不便和舒适度纳入系统效用，并把碳价按内部化因子计入出行者广义成本。供给侧构建多运营商治理下区域移动性协调者的利润最大化非线性优化，决策含票价、服务频率和eVTOL安全投资S_eVTOL，约束含容量、票价频率边界、走廊排放上限及eVTOL风险约束。数值部分为深圳—SSCZ走廊一小时高峰情景模拟，区分商务（BIZ）、旅游（TOU）、假日返程（HOL）和通勤（COM），并开展情景A–C及敏感性分析；未使用实际样本队列，行为与部分运营参数为文献和规划假设，需未来RP/SP调查校准。

研究结果：6.1 需求、距离与排放假设：通过设定四类目的总需求2000 trips/h、区分城际与接入/换乘距离并采用IPCC排放因子，得出小汽车、HSR、客车和eVTOL每 trip 排放分别为22.68、5.04、11.34和7.56 kg CO₂。6.2 碳定价假设与广义成本：通过将碳价π_CO2货币化并设内部化因子，得出碳价通过广义成本影响方式选择。6.3 模式属性与基础票价：通过设定时间、票价、接入、舒适度和风险属性，为NL效用提供输入。6.4 情景A：通过HSR运营、无eVTOL的基准模拟，得出小汽车40%、客车10%、HSR50%，排放25,452 kg CO₂/h，利润约36,364 RMB/h。6.5 情景B：通过在初始碳价0.3 RMB/kg CO₂下引入eVTOL，得出份额35%/8%/42%/15%，排放24,192 kg CO₂/h，较A降约4.9%，利润45,942 RMB/h。6.6 情景C：通过碳价升至0.6 RMB/kg CO₂并调整票价，得出份额25%/5%/45%/25%，排放20,790 kg CO₂/h，较A降约18.3%、较B降约14%，利润45,526 RMB/h。6.7.1 碳价敏感性：通过π_CO2由0至0.9 RMB/kg CO₂模拟，得出排放由约25,099降至21,470 kg/h、降约14.5%，利润约45,000–47,000 RMB/h。6.7.2 eVTOL票价敏感性：通过票价140–200 RMB模拟，得出低票价提高eVTOL份额并降低排放但利润较低，高票价则排放上升、利润上升。6.7.3 eVTOL排放因子敏感性：通过e_eVTOL为0.03、0.06、0.09 kg CO₂/pkm模拟，得出排放约18,900、20,790、22,680 kg/h，排放因子降低使排放降约9%且利润升。6.8 行为异质性分析：通过按BIZ、TOU、HOL、COM区分效用，得出eVTOL引入后份额分别约15%、10%、5%、6%，商务最高、假日最低。6.9 运营启示：通过解释票价、频率、S_eVTOL和碳价的协调作用，得出应采用差异化定价、需求响应频率、经济有效安全投资和碳管理。6.10 局限性：通过说明简化走廊、缺乏实证校准、静态无诱导需求等，得出结果为情景模拟而非实证预测。

讨论部分总结：政策含义包括将深汕站规划为HSR–eVTOL–客车一体化枢纽，缩短换乘并整合票务；利用碳定价和道路收费引导需求离开小汽车；将eVTOL定位为HSR与巴士的战略补充而非奢侈小众；审慎设计eVTOL票价以平衡减排与财务可持续。未来研究包括行为参数实证估计、网络级拥堵与容量建模、多时段与土地利用交互、安全投资经验校准、多模式路径选择及不确定性下鲁棒规划。研究结论翻译：研究构建了双碳战略下SSCZ多模式出行行为与运营商决策集成框架；需求侧NL模型刻画小汽车、HSR、eVTOL和客车选择并将碳排放货币化，供给侧在容量、排放和安全约束下最大化多模式运营商利润。情景A–C表明：引入eVTOL可在主要替代小汽车和客车时同时降低排放并提高利润；收紧双碳政策可带来额外减排而不削弱盈利；碳价上升使高排放方式份额下降、HSR和eVTOL份额上升，走廊排放下降约14–15%且利润相对稳定；eVTOL票价存在环境绩效与财务绩效权衡；电力系统脱碳和eVTOL能效提升可进一步降低排放与碳成本。研究不声称eVTOL一体化必然产生双赢，而是提供评估何种运营与政策条件下可能出现的建模框架。