面向路段交通排放评价的机动车比功率分布不确定性分析

发布时间：2020-11-11 12:34

【摘要】：道路交通排放已经成为城市空气污染的主要源头之一,近年来,与节能减排相关的科学决策对交通排放模型提出了两方面新的要求:(1)将交通排放源与其他污染源纳入统一考量标准,以支持从规划层面统筹制定和实施节能减排策略,为此,需要将交通排放与其他污染源的排放评价结果在时空上进行对接;(2)对路段交通状态参数敏感,以实现对交通管理控制措施的减排效果进行准确地量化评价,以适应灵活的微观减排方案。传统的排放模型,比如MOBILE模型,选择行驶周期表征机动车的行驶状态,难以满足上述要求。为此,美国环保局在2009年发布了新一代排放模型MOVES,并开始选择比功率分布表征机动车的行驶状态,以实现路段水平和小时间粒度的交通排放评价。但是建立实际道路的比功率分布要求采集大量的机动车行驶轨迹数据,需要较多的经费和时间投入,目前的MOVES仍然沿用MOBILE中的行驶周期计算比功率分布,这样会导致排放计算结果出现较大的不确定性。在过去的数年间,北京在开发新一代交通排放模型的过程中,采集了数以亿计的机动车(包括轻型车、公交车和货车)在实际道路的行驶轨迹数据,采用直接统计的方法,建立比功率分布图谱库来代表机动车在实际道路的平均行驶状态进行路段交通排放评价。本研究重点分析了建立轻型车比功率分布图谱所面临一系列关键的机理性问题,并给出解决建议。研究的结论对基于比功率分布的交通排放模型开发、应用和优化具有参考意义,所应用的方法论对“交通排放的不确定性分析”这一课题的研究具有积极的借鉴意义。研究的主要发现可以总结为以下六个方面:(1)特定车型、道路类型和平均速度的比功率分布与机动车在实际道路的平均行驶状态之间的映射关系是一一对应的,利用比功率分布、路段平均速度和交通量可以实现高分辨率的交通排放评价。(2)比功率分布随交通量增加而收敛,基于比功率分布的交通排放计算结果是实际道路交通排放均值的无偏估计,排放计算误差的置信上限随交通量增加而递减,二者的关系可以用幂函数进行描述。(3)比功率分布在不同时空条件下具有良好的一致性。相邻年份的比功率分布、同一地域内各区域间的比功率分布的排放计算误差均不超过3%。(4)职业驾驶行为和非职业驾驶行为对应的比功率分布之间存在显著差异。本研究推荐分别建立职业驾驶行为和非职业驾驶行为对应的比功率分布图谱库,这样可以减少约13%的排放计算误差。(5)高速公路和城市快速路的比功率分布之间存在显著差异;主干路和次支路的比功率分布之间也存在显著差显异。在排放模型结构设计方面,本研究推荐采用“高速公路/城市快速路/主干路/次支路”的道路类型,可以比“快速路/非快速路”的道路类型减少约14%的排放计算误差。(6)在实际道路的交通排放评价中,不同的交通量、采用职业驾驶行为比功率分布替代非职业驾驶行为比功率分布、道路类型选择快速路/非快速路均会造成较大的不确定性。案例分析结果表明:三者造成的排放计算误差分别约为37%、5%和7%。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X734
【图文】：

北京交通大学博士学位论文?绪论??的行驶状态进行路段排放评价，其科学性和可行性均己具备。北京在开发新一代??交通排放模型的过程中，即通过采集大量机动车在实际道路的行驶轨迹数据，建??立各种车型的比功率分布图谱来代表机动车在实际道路的平均行驶状态，开发了??如图１－２所示的“城市路网机动车污染排放动态检测系统”原型，用于评价城市??路网中高等级路段在每个时段的排放强度。该系统容易与其他部门的污染源监测??结果在时空上对接，同时可以为交通节能减排措施的有效性提供数据支持。生态??环境部计划将该系统所采用的排放模型整合到新一代中国机动车排放清单模型??（Ｃｈｉｎａ?Ｖｅｈｉｃｌｅ?Ｅｍｉｓｓｉｏｎ?Ｍｏｄｅｌ，?ＣＶＥＭ２．０）。??

确定当前机动车行驶状态所属的驾驶模式，在排放率模块中查询当前速度－驾驶??模式组合对应的排放率；最后将每个时刻的排放率求和，即为机动车在一个行程??的排放量。ＣＭＥＭ模型的软件界面和排放计算原理如图２－４所示。??ｕ?：?ｒ?－?＊?：．?麵”，?ｄ??ｓ＾ｒ?：?；?－－?＇；［Ｔ｜?ｉｒ，ｉ?－?：??Ｉ’…ｉ．二１＿＿??Ｉ?Ｊ＾Ｐ?Ｔ?，＇ｉ?ｒ－ｉｒｌ?．．．．．．?？一??；ｒ；：：?ｍｉ?????９ｔｍ?ｏ－?ｔ＾？ｗ？—?？＞＊??：ｉ?Ｒ??＾?＊＊ｇ＊？?？＜？？?物》１細．｜｜＜１＜．＾？？．??Ａ?±＾ｆｍｍ??■?ｉ?ｓ??＾?＇．■？？—＇？］?－?－；ｔ＾｜ｉｐ?Ｉ??…?■?ｌｉＫＴｌ?Ｚ－Ｊｍ：?ｌ￡Ｔ－：??…更ｉｄ?：Ｂ｜?ｉ?１＾－?！：Ｓ?■??ｔＨＫ＿?靈蜃?丨?ＨＵｕ＾ｓ?ｍ??瞰实验??排放率模型???ｉ???速度－行驶模式??对应排放率??－?????．??＿车逐秒速度??］［?２；逐秒排放率

但是这一类排放模型在建立排放率模块过程中会遇到极大的挑战，挑战之一即难??以实现高分辨率的速度和驾驶模式的组合。以加速度定义的驾驶模式为例进行说??明：图２－５中蓝色块所示为机动车在实际道路行驶时速度和加速度的组合情况，??可以看到，每个速度对应的加速度会在一个非常大的范围内变化，而排放对加速??度的变化非常敏感，这就需要对加速度进行非常细致的划分（高分辨率）才能实??现对逐秒排放量比较准确的评价。但是，排放率的建立是依赖于排放实验数据的，??且很多时候排放实验是基于行驶周期进行的，图２－５所示为ＮＥＤＣ行驶周期中??速度和加速度的组合情况，其中速度的步长为１?ｋｍ／ｈ，加速度的步长为０．１?ｍ／ｓ２。??可以看到排放数据仅在有限的几十个加速度和速度组合中出现（图２－５中的红??色块），其他速度和加速度的组合对应的排放率则均需要采用回归或外推等方法??获取，排放计算结果的不确定性难以控制。??．．．．?｜?■实际道路??ｆ?■＊Ｖｆ＂?■?■■？?：?■??｜?－２?■?敵：丨録??－１０?－??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００?１１０?１２０?１３０?１４０??速度（ｋｍ／ｈ）??图２－５机动车在实际道路和ＮＥＤＣ行驶周期速度和加速度出现的组合??Ｆｉｇｕｒｅ?２－５?Ｖｅｈｉｃｌｅ?ｓｐｅｅｄ－ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ?ｍａｔｒｉｘ?ｉｎ?ｒｅａｌ?ｗｏｒｌｄ?ａｎｄ?ＮＥＤＣ．??逐秒速度类模型在应用中也会遇到非常大的挑战
【引证文献】

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1 陈娇杨;基于车重的机动车简化能耗模型研究[D];北京交通大学;2019年

本文编号：2879186