本日の発表のアウトライン 1. 研究の背景 2. 研究の目的 3. 修士論文の

世界100都市の交通システムの環境効率評価
EcoEco-efficiency Evaluation of Transportation systems
in 100 cities around the world
広島大学大学院国際協力研究科
開発科学専攻 交通工学研究室
吉野 大介
藤原 章正
張 峻屹
本日の発表のアウトライン
Outline of this study
1. 研究の背景
2. 研究の目的
3. 修士論文の紹介
z 環境効率の再定義
z 改善案計算手法の提案
4. 今後の方向性
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第42回COE研究会（2007.12.4）
研究の背景
Backgrounds of this study
交通エネルギー消費
z
z
モビリティ・利便性
増加傾向にある交通部門のエネ
ルギー消費量
先進国・途上国問わず削減の必
要性
z
z
交通需要への対応
都市交通水準の維持
ジレンマ
交通エネルギー消費の最小化
z
z
モビリティの確保・都市退行の防止
都市の多様性（都市のインフラ整備，土地利用，交通財政 etc.）
交通機関の多様性（車両特性，メジャーモード，技術レベル）
多様性
z ジレンマと多様性を考慮しつつ，環境負荷の小さい都市を目指す
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第42回COE研究会（2007.12.4）
研究の背景
交通エネルギー消費
Backgrounds of this study
モビリティ・利便性
z 増加傾向にある交通部門のエネ
z 交通需要への対応
150 ルギー消費量
z 先進国・途上国問わず削減の必
z 都市交通水準の維持
140 要性
130
ジレンマ
産業
120
運輸
モビリティの確保・都市退行の防止
110 交通エネルギー消費の最小化
民生
100
z 都市の多様性（都市のインフラ整備，土地利用，交通財政 etc.）
90
z 交通機関の多様性（車両特性，メジャーモード，技術レベル）
多様性
80
1971 1973 1980 1985 1990 1995 1998 1999 2000
（注）下記の出典の数値をもとに作成した．1971年度の値を100として指数評価した．
z ジレンマと多様性を考慮しつつ，環境負荷の小さい都市を目指す
[出典]（財）日本エネルギー経済研究所計量分析部（編）：EDMC／エネルギー・経済統計要覧2003年版
（財）省エネルギーセンター（2003年2月5日）p210-214
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環境効率
Eco-Efficiency
z WBCSD (World Business Council for Sustainable
Development)が概念を提示（1992）
– より少ない環境への影響でより多くの価値を創造すること
z 環境効率の算出
（産出）
（投入）
環境効率 = 商品・サービスの価値 ／ 環境負荷
商品・サービスの
1. 数量
2. 売上高
3. 付加価値
事業活動
1. に必要な資源消費量
2. からの環境負荷発生量
z 交通部門への適用
– 環境負荷と
環境負荷 利便性のジレンマの解消
利便性
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環境効率の交通部門への適用
Application to transportation sector of Eco-efficiency
z 国土交通省：運輸部門のCO2排出に関わる環境効率改善指標の算出法，2007．
z 自身の卒業論文
環境効率 = 輸送指数 ／ 環境指数
輸送指数 = u1 x1 + u2 x2 +・・・ + um xm
輸送に伴う価値
輸送活動からの環境負荷発生量
環境指数 = v1 y1 + v2 y2 + ・・・ + vs ys
問題点
z 都市・交通多様性の表現の難しさ
– 個々の都市の特色を無視した一律ウェイトによる評価
一律ウェイト
– 全都市に共通な先見的な加重システムの仮定
Æ 都市・交通の多様性が考慮されない
z 指標の単純性
– 単純明快な算出法で概念が分かりやすい
– 原単位比較とほぼ同義
Æ 都市の詳細なエネルギー排出構造の評価にはオーバースペック6 / 30
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研究の目的
Objectives of this study
環境効率の再定義
z 利便性と環境負荷を考慮した多面的な交通システムの評価
– 利便性と環境負荷のジレンマの解決
– 都市・交通機関の多様性
改善案計算手法の提案
z 各都市への環境負荷を最小化する交通活動の目標設定
z 目標に向けての効果的な施策の提案
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環境効率の再定義
Redefinition of EcoEco-Efficiency
環境効率の再定義へのアプローチ
Approach to redefinition of Eco-Efficiency
z 構成要素
– 環境効率算出に使用する変数の決定
• 利便性と環境負荷の関係を把握
z 使用モデル
– 環境効率算出に使用するモデルの決定
• 先見的な加重ウェイトの仮定が不必要
• 多義的な評価が可能
z 定式化
– 環境効率算出におけるモデル形態の決定
• 環境負荷の発生原理を再現
• 入出力比での算出の限界
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環境効率の再定義へのアプローチ
Approach to redefinition of Eco-Efficiency
z 構成要素
– 環境効率算出に使用する変数の決定
• 利便性と環境負荷の関係を把握
z 使用モデル
z– 環境効率算出に使用するモデルの決定
利便性
– •移動のしやすさ（モビリティの高さ）によって表現
先見的な加重ウェイトの仮定が不必要
多義的な評価が可能
– •トリップ平均速度
z 定式化
z– 環境効率算出におけるモデル形態の決定
輸送活動に伴う環境負荷
環境負荷の発生原理を再現
– •エネルギー消費量
• 入出力比での算出の限界
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第42回COE研究会（2007.12.4）
環境効率の再定義へのアプローチ
Approach to redefinition of Eco-Efficiency
z 構成要素
– 環境効率算出に使用する変数の決定
• 利便性と環境負荷の関係を把握
z 使用モデル
– 環境効率算出に使用するモデルの決定
• 先見的な加重ウェイトの仮定が不必要
• 多義的な評価が可能
（データ包絡分析法）を使用する．
zDEA
定式化
（データ包絡分析法）
z DEAとは
– 環境効率算出におけるモデル形態の決定
• 環境負荷の発生原理を再現
– 入力→出力の変換効率
• 入出力比での算出の限界
– 自都市とフロンティア都市（理想都市）の相対比較に基づいた効率性
z 本研究で用いる理由
– 可変ウェイト・相対比較
• 一義的な評価でなく，各都市の「強み」を評価（多様性への対応）
• 改善案のイメージが分かりやすい
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環境効率の再定義へのアプローチ
Approach to redefinition of Eco-Efficiency
z 構成要素
公共交通
エネルギー消費
環境効率算出に使用する変数の決定
私的交通
エネルギー消費
エネルギー
• 利便性と環境負荷の関係を把握
原単位
エネルギー消費
エネルギー
原単位
– モビリティ
z 使用モデル
＋
×
×
輸送規模
輸送規模
– 環境効率算出に使用するモデルの決定
• 先見的な加重ウェイトの仮定が不必要
都市によってエネルギー消費の構成要因は異なる
• 多義的な評価が可能
Æ 評価・対応策も異なるべきだが，従来の環境効率ではカバーできない
z 定式化
– 環境効率算出におけるモデル形態の決定
• 環境負荷の発生原理を再現
• 入出力比での算出の限界
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環境効率モデルの構築－環境効率の再定義
Construction of Eco-Efficiency Model
環境効率の再定義のため，以下のDEA各種モデルを
統合して，環境効率モデルを構築する.
環境効率モデル
z コスト効率モデル
– 入出力比に基づく効率性算出からの脱却
– モビリティと環境負荷の両立を果たす輸送規模の決定
z 環境条件を考慮したDEA
– 現実性の表現
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コスト効率モデル
Cost efficiency model
z 標準のDEA（技術効率モデル）
– より少ない投入でより多い産出を目指す
z コスト効率モデル
– 現状の産出量を維持しつつ，総入力コストを最小化する
総入力コスト
入力データ1
コストデータ1
エネルギー
原単位
(公共)
×
＜入力変数の削減＞
＜入力変数間のシフト＞
入力データ2
輸送人キロ
(公共)
輸送人キロ
＋ (私的)
コストデータ2
×
エネルギー
原単位
(私的)
＝ 最小化されたエネルギー消費量
＝ エネルギー消費量
出力データ
維持
トリップ
平均速度
2入力1出力型コスト効率モデル
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コスト効率モデル
Cost efficiency model
公共輸送人キロ
平均速度
生産可能領域
エネルギー等高線
生産フロンティア
コスト効率モデル
エネルギー最小化によって到達
A
C
フロンティア上の都市
＝参照都市
（A都市が目指す都市）
通常のDEA（技術効率モデル）
入力を一様に縮小することで到達
D
E
B
より小さいエネルギー消費
最小化されたエネルギー消費
小さい入力で大きな出力を実現
効率性＝
OE
私的輸送人キロ
＝
実際のエネルギー消費
OA
平均速度
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O
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環境条件を考慮したDEA
DEA considering environment condition
z 変数の制御
– 私的交通：エネルギー最小化のため削減（現状以下）
– 公共交通：削減対象でないことが一般的（現状以上）
z 交通システムの異質性の表現
– 現実的かつ特徴を把握しやすい評価
– 参照都市のペアの決め方は性格が似た都市同士で
（例）Hiroshimaが目指す都市（参照都市）
– San Francisco（自動車） – Los Angles（自動車） ○
– Hong Kong （公共交通）– Tokyo（公共交通）
○
– San Francisco（自動車） – Tokyo（公共交通）
×
z フロンティア形成不能都市
– 都市の退行は非現実的
– 途上国は参照都市にならない
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第42回COE研究会（2007.12.4）
環境効率モデル
Eco-Efficiency model
公共輸送人キロ
平均速度
両型を統合した
フロンティア
公共交通型先進国都市
私的交通型先進国都市
途上国都市
生産可能領域
交通システムの異質性
フロンティア形成不能都市
変数の制御
9
9
9
A
公共交通型都市の
エネルギー等高線
フロンティア
生産フロンティア
私的交通型都市の
フロンティア
直接結ばないことで
公共－私的の折衷を回避
O
私的輸送人キロ
平均速度
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環境効率モデル
Eco-Efficiency model
m
min ck = ∑ pik xi
コスト最小化
i =1
記号の説明
s.t.
n'
n"
j =1
j = n ' +1
∑ xij λ1 j + ∑ xij λ2 j ≤ xi
xik ≤ xi
(i = 1,2,L, m'),
(i = m'+1, m'+2,L, m ),
n'
n"
j =1
j = n ' +1
n'
n"
j =1
j = n ' +1
≤ yrk (r = 1,2,L, s ),
∑ yrj λ1 j + ∑ xrj λ2 j公共交通を現状以上に
∑ λ1 j = z1, ∑ λ2 j = z2 ,
z1 + z2 = 1,
λ1 j ≥ 1, λ2 j ≥ 1,
z1 , z2 = 0 or 1,
xi ≥ 1
交通システムの異質性
(i = 1,2,L, m ).
z xij，yrj： 入出力データ
z i：入力変数の種類
1~m’：制約なし変数
アプリオリに与える
m’+1~m：制約あり変数
z r：出力変数の種類
z j：都市
1~n’：公共交通型都市
n’+1~n”：私的交通型都市
n”+1～n：途上国都市
z pij：単位入力あたりのコスト
フロンティア
z xi：変数としての入力
形成不能都市
z λ1j，λ2j：ウェイト
z z1，z2：バイナリ変数
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使用データ
Data
Millennium Cities Database
z
z
z
z
国際公共交通連合，Kenworthy,J., Laube,F.
１００都市収録（1995年）
先進国・途上国を含む世界各地域の都市を対象
収録項目
–
–
–
–
–
都市地域特性指標
交通需給指標
モビリティ指標
交通財政指標
環境負荷指標
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環境効率指標の推定結果
Estimation results of Eco-Efficiency Index
入力システムの異質性の表現
z 入力のシステムの異質性はアプリオリに与える
z クラスター分析を使用
z 分類に使用した変数
– 1000人あたりの道路延長[m/1000人]
– 1000人あたりの公共交通専用路線延長[m/1000人]
Æ インフラ整備水準によって分類
分類結果
z クラスター1： 公共交通発展型
公共交通依存度高い
London, Hong Kong, Paris etc.
z クラスター2： 道路・公共交通両方発展型
N.Y., Osaka, Toronto etc.
z クラスター3： 道路発展型
Houston, Sydney, Ottawa etc.
自動車依存度高い
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第42回COE研究会（2007.12.4）
環境効率指標の推定結果
Estimation results of Eco-Efficiency Index
大
1.000
クラスター1所属都市
（公共発展型都市）が
参照都市になる場合
H ong K ong
0.900
Hong Kong
Fukuoka
0.800
H ong K ong
Hong Kongを参照
0.700
0.600
が
0.500
多く，
0.400
0.300
0.200
0.100
小
効率性＝１のライン
（参照都市群）
Lisbon
S evilla 道路インフラが発展しているが，公共交通の利用が
を目指すÆ
V ienna
の参照都市を目指すことが可能である．
Turi
n
V alencia
B erlin
効率性高
Lyon
Lille
A thens S ingapore London
P aris
B ologna
B arcelonaA m sterdam
R om e
H am burg
S tockholm
G eneva
G raz N agoya
H elsinki
B russels
M ilan
H
i
roshi
ma
M unich
G lasgow
C hicago
Frankfurt
0.000
0.000
0.200
小
0.400
0.600
クラスタ1所属都市
S endai
Fukuoka
0.800
クラスタ2所属都市
1.000
大
Fukuoka
Fukuokaを参照
O saka
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第42回COE研究会（2007.12.4）
効率性＝１のライン
（参照都市群）
Osaka
が を目指すÆ 私的交通型都市だが，公共交通利用がある程度盛んで
あるため， の参照都市を目指すことが可能である．
Osaka
Toronto高
M ontreal
C openhagen
N ew Y ork
W ellington
効
V ancouver
S率
ydney
性
性
W ashington
O ttaw a
率
効
D enver
Toronto
1.0
低
低
C algary
San Francisco
Perth
Los A ngeles
Toronto
Phoenix
低
効
率
性
B risbane
Bilbao
Osaka
高
高
A tlanta
Toronto
San Diego
M elbourne
O slo N ew C astle
T elA viv
D ublin
S apporo
S tuttgart
M anchester
0
R uhr
Fukuoka
G ent
Zurich
T okyo
D usseldorf K itakyushu B ilbao
Bilbao
クラスター2所属都市
（両方発展型都市）が
参照都市になる場合
が を目指すÆ 公共交通インフラは発達しているものの，私的交通の利用
クラスタ1所属都市
が多く， の参照都市を目指すことができない．
H ouston
クラスタ2所属都市
クラスタ3所属都市
San D iego
San Diego
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第42回COE研究会（2007.12.4）
効率性改善手法の提案
Suggestion of calculation methodology of efficiency improvement
効率性改善計算手法の提案
Suggestion of calculation methodology of efficiency improvement
エネルギー
どのくらいの 輸送人キロエネルギー
輸送人キロ
原単位
原単位
(公共) モーダルシフトが可能？
(私的)
(私的)
(公共)
z 改善案パターン
– 入力（輸送規模）を変化
– 入力単価（原単位）を変化
z 入力変数を減らさず変数間でシフトさせる
– 従来のコスト効率モデルでは，改善にあたり，入力変数の削減また
は入力変数間のシフトによって改善
– 入力変数の削減は都市の輸送規模の縮小を意味（都市の退行）
– 都市全体の輸送規模は維持し，入力変数間のシフトのみで改善
（モーダルシフトを行う）
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第42回COE研究会（2007.12.4）
Network DEA
Network DEA
インフラ
整備
公共交通輸送人
キロの最大増加
可能量を算出
利用効率
土地利用
投資
交通コスト
利用効率モデル
私的交通輸送人
キロの最大削減
可能量を算出
利用効率
モーダルシフト
エネルギー
原単位
(公共)
輸送人キロ
(公共)
輸送人キロ
(私的)
エネルギー
原単位
(私的)
利用効率モデル：DEAによって利用効率
[0,1]を算出
環境効率モデル
トリップ
=1)
私的交通モデル： 飽和状態(Eff
平均速度
公共交通モデル： 飽和状態(Eff =1)
>>>>
余剰大(1以下)
>>>>
余裕大(1以下)
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Malmquistアプローチ
Introduction of Malmquist approach
エネルギー
原単位
(公共)
輸送人キロ
(公共)
輸送人キロ
(私的)
エネルギー
原単位
(私的)
政策施行後モデル
政策の効果を
Malmquist指数によっ
指数
て指標化する
Malmquist指数（施行前→施行後）
トリップ
1以下
平均速度
悪化
1
変化なし
1以上
改善
政策施行前モデル
エネルギー
輸送人キロ
原単位
(公共)
(公共)
エネルギー
輸送人キロ
原単位
(私的)
(私的)
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第42回COE研究会（2007.12.4）
シミュレーション結果
Simulation outcome
マルムキスト指数
2.5
Malmquist指数=1（効果なし）
Malmquist指数>1（効果あり）
2.0
• 自動車交通に余剰あり
• 公共交通に余裕なし
• 自動車交通に余剰なし
• 公共交通に余裕あり
既存の都市特性のもとでは今
以上のシフトが不可能
自動車交通に余剰量がなく，
1.5
シフトが必要ない
1.0
1.0
.8
.8
.6
利用効 .6
）
.4
.4
交通
率
公共交通が
共
モーダルシフトが不可能であるため，特別な対処が必要
（私 的
.2
.2
公
率（
交通）
効
飽和状態
・ 原単位の改善（政策の変更）利用
私的交通が
飽和状態
・ 新規公共交通インフラ整備（モーダルシフトの環境整備）
私的交通に 公共交通に
余剰が多い 余裕が多い
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第42回COE研究会（2007.12.4）
まとめ
Conclusion
z 環境効率モデルの構築
– DEAコスト効率モデルによる環境効率の再定義
• 詳細なエネルギー排出機構の評価
– 環境条件を考慮したDEA
• 現実性の表現
z 改善案計算法の構築
– Network DEAの導入
• 実行可能なモーダルシフトの決定
– 現実性・実効性を考慮
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第42回COE研究会（2007.12.4）
今後の課題
Future study
z シミュレーションのシナリオ設定
– 政策に変化をつけ，施策の感度計測
• モーダルシフト（入力値の変化）
• 原単位改善（入力単価の変化）
z 都市の分類
– 入力システムの異質性
• クラスターのパターン
– フロンティア形成不能都市
• 経済先進都市と交通先進都市の違い
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第42回COE研究会（2007.12.4）
Thank you for your kind attention!!