个人交通碳交易机制设计与居民低碳出行决策优化建模及应用研究——基于心理账户视角

Contrary to the traditional “enforced” + “constrained” environmental regulation concept, the personal transportation carbon trading mechanism turns to the market-based “voluntary” + “incentive” emission reduction measure to further guide residents to low-carbon travel choices effectively. Previous research on the mechanism design of personal carbon trading are stuck in the isolated concept discussion without considering the linkage between the mechanism design and residents’ low-carbon travel behaviour. Besides, most of the model research are limited to the assumption of residents’ rationality. While in the real world, travel decision-making is characterized with multi-dimension. Rational economic assumption will lead to a deviation of the mechanism design of personal carbon trading from reality and the failure of the carbon market. Based on the scientific problem, this research establishes mathematical models from the perspective of mental accounting theory, analyzes the decision-making rules of residents upon low-carbon travel behaviour, and finally derives the mechanism design of personal transportation carbon trading. The main contents of this research include: (1) formal portrayal of residents' mental accounting under the personal transportation carbon trading; (2) static model investigation into travel choices based on mental accounting and mechanism design of personal carbon trading; (3) dynamic model investigation into travel choices based on mental accounting and mechanism design of personal carbon trading; (4) application of theoretical results in real world. The relevant achievements will further enrich the theory and methods of low-carbon management, and provide beneficial guidance for the motivation of low-carbon travel choices.

与“强制”+“约束”的传统环境治理理念不同，个人交通碳交易转向“自愿”+“激励”的市场化减排手段，可以有效引导居民低碳出行。现有个人交通碳交易机制设计大多停留于孤立的概念探讨，未把碳交易机制设计与居民低碳出行决策二者的联动机制考虑其中；且个人交通碳交易模型研究多局限于居民理性假设。而现实情境中，居民出行决策具有多维决策属性特征，简单按照理性经济原则分析会导致机制设计偏离实际，碳市场失灵。基于这一科学问题，本课题基于心理账户理论视角，构建数理模型，探析居民低碳出行决策规律，并设计个人交通碳交易机制。具体研究内容包括：（1）个人交通碳交易下居民心理账户的形式刻画；（2）心理账户下静态出行决策模型与碳交易机制设计；（3）心理账户下动态跨期出行决策模型与碳交易机制设计；（4）理论成果的实践应用研究。课题研究成果将进一步丰富城市交通低碳管理的理论与方法，为居民低碳减排激励实践提供有益决策参考。

与“强制”+“约束”的传统环境治理理念不同，个人交通碳交易转向“自愿”+“激励” 的市场化减排手段，可以有效引导居民低碳出行。现有个人交通碳交易机制设计大多停留于孤立的概念探讨，未把碳交易机制设计与居民低碳出行决策二者的联动机制考虑其中；且个人交通碳交易模型研究多局限于居民理性假设。而现实情境中，居民出行决策具有多维决策属性特征，简单按照理性经济原则分析会导致机制设计偏离实际，碳市场失灵。基于这一科学问题，本研究首先对心理账户效应进行了函数形式刻画，并融入至个人出行成本的函数构建中；其次，基于静态视角构建了个人交通碳交易下的居住-出行空间均衡模型，建立了考虑碳价格内生的碳交易市场均衡模型，并构建双层规划模型得出最优静态交通碳交易模型；紧接着，基于动态视角构建了考虑交通系统降低拥挤与减少系统排放双目标的最优动态碳交易设计，其中下层是考虑出行者异质的动态交通分配模型，研究提出了梯度投影算法，并发现其显著收敛效果。研究验证了个人交通碳交易对于系统拥挤及减排的有效作用，且系统排放与拥挤具有此消彼长的效应；建立了一系列双层规划求解算法并在一定规模网络上测试了其收敛效果；研究验证了个人交通碳交易的收入重新分配作用以及帕累托改进机制，并得出了个人交通碳交易框架下的最优初始碳配额分配制度；凝念了一套可应用于私家车减排实践的个人交通碳交易机制设计可行思路与方案。课题研究打破了传统个人交通碳交易机制设计的孤立研究，从个人交通碳交易机制设计与居民低碳出行决策的联动关系中考虑机制设计及其对低碳出行的影响机理，对个人交通碳交易理论研究具有创新前沿价值；课题提出了个人交通碳交易的建模方法和求解算法，进一步丰富了交通网络管理的理论与方法；此外，课题研究结果为居民低碳减排激励实践提供有益决策参考。