一种城市路网机动车尾气实时遥感监测基址选取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种城市路网机动车尾气实时遥感监测基址选取方法，属于公共设施 选址技术领域。
【背景技术】
[0002] 机动车排放的主要污染物包括C0、C02、N0、N02、HC、PM等，这些污染物能够诱发哮 喘、支气管炎、心绞痛、冠心病等呼吸道和心血管方面的多种疾病。环境保护部发布的《2013 年中国机动车污染防治年报》（下面简称《年报》）显示：2012年，全国机动车排放污染物 4612. 1万吨，汽车是污染物总量的主要贡献者，其排放的NOx和PM超过90%，HC和CO超 过70% .同时，《年报》中指出，占汽车保有量13. 4%的"黄标车"却排放了 58. 2%的NOx、 81. 9% 的 PM、52. 5% 的 CO 和 56. 8% 的 HC。
[0003] 机动车污染已成为我国空气污染的重要来源，是造成灰霾、光化学烟雾污染的重 要原因，机动车污染防治的紧迫性日益凸显。而目前对于在用机动车的尾气检测，广泛使用 的方法有四类：无负荷测试方法（包括怠速法和双怠速法）、工况法（稳态工况法、瞬态工 况法和简易瞬态工况法）、遥感检测方法以及车载尾气检测技术。传统检测方法在城市中车 辆检测领域得到广泛使用，并且效果很好。但是离线检测方法通过模拟车辆行驶状态来检 测尾气，无法准确地反映出尾气排放状况。
[0004] "城市路网机动车尾气实时遥感监测系统"利用多种机动车尾气检测器对路网中 每一辆车辆进行尾气检测，实现了机动车尾气的实时在线监测，为控制机动车尾气排放总 量、实现节能减排、治理城市大气污染、改善人居环境，提供了监测数据方面的支持。
[0005] 说明书附图中图2所示为多车道横穿式机动车尾气检测器，其由工业控制器，车 牌识别器，路况监视器，尾气检测器和速度加速度传感器组成。路况监视器13持续对道路 摄像，并将图片传送给工业控制器。工业控制器对照片进行分析以获取路况信息，判断最佳 检测时刻。当短时间内多车道只有一辆车通过的时候，工业控制器通知其他仪器准备工作。 当车辆通过速度加速度传感器15时，三对发射器15a发出的可见激光陆续被阻挡，根据阻 挡时间计算出车辆的速度与加速度，同时启动尾气检测器，发射器14a发射激光并由接收 器14b检测其光强。当光路中出现尾气时，不同成分与浓度的尾气对激光的消弱程度是不 同的，基于此可以推算出尾气成分与浓度。接着，车牌识别器12对车头进行拍照，识别出车 牌照信息并发送给工业控制器11。
[0006] 与多车道横穿式机动车尾气检测器相比，单车道横穿式机动车尾气检测器的组成 中不包含路况监视器，其他部分工作原理类似。其只能用于单车道的机动车尾气检测。
[0007] 说明书附图中图3所示的是多车道垂直式机动车尾气检测器，它由工业控制器， 车牌识别器，尾气检测器和速度加速度传感器组成。与多车道横穿式机动车尾气检测器相 比，多车道垂直式尾气检测器没有路况监视器，因为每个车道的检测是独立。牌照识别器 12、速度加速度传感器13与尾气检测器14都安装在金属支撑架上面。与多车道横穿式尾 气检测器最大的区别是，多车道垂直式尾气检测器的尾气检测器集成了发射器和接收器， 工作的时候，发射器向地面垂直发射激光，由反射带15发射后被接收器接收，利用激光的 消弱度可以推算出尾气成分与浓度。
[0008] 说明书附图中图4所示的是车载移动式机动车尾气检测器，其由尾气监测车11， 车牌识别器12,尾气检测器13和速度加速度传感器14组成，所有的设备放置在尾气监测 车上，随车而行。工作人员驾驶尾气监测车行驶到任何需要临时检测的道路上，将尾气监测 车停放在路边，然后将设备按照图中方式放置，并放置一定数量的路障15。其检测原理与单 车道横穿式机动车尾气监测器类似，这里不再赘述。车载移动式机动车尾气检测器使用灵 活，当某些道路需要临时检测的时候，该设备可以迅速反应，尤其适用于道路环境不适合布 设横穿式、垂直式机动车尾气检测设备的道路。该设备的使用可以大幅增加城市路网机动 车尾气监测密度，提升系统的性能。
[0009] 由于"城市路网机动车尾气实时遥感监测系统"的自动化程度高，可以在一天之内 检测到数以万计的机动车以积累大量的数据。但是，该系统是否能尽可能的检测到所有城 市内登记在册的机动车，并正确的反映尾气排放状况，取决于检测器的安装数量及安装位 置。在城市交通网络变得越来越密集的情况下，如果在每条路上都安装检测器，其成本将是 巨大的。在投资有限的情况下，如何将有限数量的检测器安装在路网中的合适道路上，以检 测到尽可能多的车辆，是"城市路网机动车尾气实时遥感监测系统"组建的一个核心问题。
【发明内容】
[0010] 本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于道路特征的基址选取 方法，可以在保证不明显增加成本的情况下，尽可能多的检测到不同的车辆。
[0011] 本发明提出由三个层次即准备工作层，选址算法层以及方案决策层组成的基址选 取方法。
[0012] 首先是准备工作层，确定监测区域，然后调查收集道路相关信息，并应用图论的知 识对路网进行数学化描述。由于目的是尽可能的检测到城市内登记在册的每一辆车，所以 关心的是某辆车在单位时间t内是否在某条路上出现过，用所有登记在册的车辆在单位时 间内是否出现过作为道路的特征（1表示出现过，0表示没出现），进而定义每两条道路之间 的距?
【主权项】
1. 一种城市路网机动车尾气实时遥感监测基址选取方法，其特征在于由上往下分为准 备工作层，选址算法层以及方案决策层；其中： (1) 准备工作层步骤如下： (11) 确定监测区域，收集该区域内道路的交通信息； (12) 基于步骤（11)中收集到的交通信息对道路进行特征建模并定义距离来表征两条 路之间的差异性； (13) 根据步骤（12)中定义的道路之间的差异性确定核心道路和分类数，确定多种初 始方案； (2) 选址算法层步骤如下： (21) 在步骤（13)中的多种初始方案中确定k个核心道路； (22) 以步骤（21)中所确定的k个核心道路为中心，按照每条道路归类到其最靠近的中 心的类别的原则进行分类； (23) 分类完毕后重新计算聚点，聚点计算方法是求这个类别里面所有道路的重心； (24) 再次按照每条道路归类到其最靠近的类别的原则进行分类，得到新的道路重心， 直到最终分类不再变化； (25) 从每类中选取代表道路，根据道路环境进行设备选择； (3) 方案决策层步骤如下： (31) 确定方案性能指标集合； (32) 对不同量纲的性能指标进行标准化； (33) 为标准化后性能指标分配权值，求加权和得到方案评分； (34) 选取评分最高的作为最终方案。
2. 根据权利要求1所述的一种城市路网机动车尾气实时遥感监测基址选取方法，其特 征在于：所述准备工作层中所述的特征建模如下所示：首先建立如下的数据矩阵：
其中，Y= 表示城市内所有登记在册车辆的集合，其作为道路E= {ep e2, ...，e,}的特征指标；是布尔类型的数值，其取值如下所示：
那么就表示某条道路上出现的不同车辆的总数，采用欧氏距离来描述两条道 路e±，e」之间的差异性；
上式中Clij即为e i，ej之间的距离，p为城市内所有登记在册车辆数量； 该欧氏距离满足非负性、对称性和三角不等式。
3. 根据权利要求1所述的一种城市路网机动车尾气实时遥感监测基址选取方法，其特 征在于：所述选址算法层所述的归类到其最靠近的类别的原则的数学表示如下：
其中，Gf3表示第t次分类，d表示距离，k为分类数，为第t次分类中每类道路的 重心。
4. 根据权利要求1所述的一种城市路网机动车尾气实时遥感监测基址选取方法，其特 征在于：所述方案决策层所述的性能指标标准化方法如下所示：选取一个区间[θ μ θ J， 该区间能包括90 %的情况，则有标准化方法：
上式中Qi，i = l，2，"*，a为所选取的a个性能指标，0S-',i = l，2，"*，a表示标准 化后的a个性能指标；从而得到新的方案性能指标集合Θ '。
【专利摘要】本发明公开了一种城市路网机动车尾气实时遥感监测基址选取方法，由准备工作层、选址算法层和方案决策层组成。在确定了监测区域并收集了相关信息以后，根据道路的特征进行建模，然后基于此模型寻找城市路网内在的相似性并将其分类，从每类中选取代表道路，根据道路环境进行设备选择，每套方案独立运行。接着对每个分类结果进行评估，选出一个最优方案。本发明原理简单，易于执行，计算量适中且能取得良好的效果。
【IPC分类】G06Q50-26
【公开号】CN104835099
【申请号】CN201510214145
【发明人】康宇, 李泽瑞, 吕文君, 王小虎, 崔凌云
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月29日