一种交通指数与机动车污染物排放耦合分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车辆排放相关的问题，具体涉及一种交通指数与机动车污染物排放耦 合分析方法。
【背景技术】
[0002] 目前，空气质量问题已经成为我国特别是京津冀区域城市化机动化进程中最为迫 切需要应对的难题之一。交通领域方面的挑战则更为严峻，在机动车保有量持续增长的背 景下，机动车尾气排放已成为城市群范围内最大污染源。截止2014年底，北京市机动车保 有量已突破561万辆，机动车污染排放占北京市本地源的贡献率为31. 1 %。在交通与环境 的双重压力下，城市交通部门和环保部门已经开始联合，通过采取治污与治堵一体化的措 施，在改善交通拥堵的同时也取得节能减排的改善效果，与此同时，对交通规划、交通政策 乃至交通项目节能减排效果的评价的需求日益迫切。
[0003] 而现有研究主要集中在交通指数评价方法方面，目前我国城市交通部门已经建立 了基于微观车辆速度数据的交通指数评价方法来进行路网整体运行水平的评价，实现了微 观到宏观指标的有机结合，但交通指数、交通流速度与机动车污染物排放强度的关系研究 仍处于空白状态，主要存在以下技术问题：
[0004] (1)目前，在宏观交通排放评估技术中，交通工况数据的获取及分布研究技术已经 较为完善，且拥有较为完善的宏观交通评价指标体系和数据基础。但是，由于宏观机动车排 放因子存在数值不匹配，且排放数据的样本不足，机动车排放数据聚类分析得出的排放率 数据分辨率较低，难以反应机动车排放随行驶里程区间的劣化规律；
[0005] (2)现有车辆速度对应的污染物排放因子主要是在全国统一的NEDC固定工况测 试数据基础上模拟获得，不能真实反映北京市实际道路结构和拥堵情况，使得面向交通特 征的排放因子构建尚存较大缺陷。
[0006] (3)缺乏城市路网交通指数与机动车污染物排放总量的定量耦合方法的研究。
[0007] 鉴于以上问题，本专利旨在研究与交通指数相关联的机动车污染物排放分析方 法，实现对不同来源和不同分辨率的机动车排放率的修正，并以北京市为例，提取能够满足 机动车尾气排放计算要求的城市路网实际交通运行工况特征，建立交通流速度、交通指数 与机动车污染物排放强度和总量的耦合关系，为城市交通规划中交通环境目标的制定和治 污治堵一体化交通政策决策提供支持。
[0008] 当前，与本专利最相近的研究是北京交通发展研究中心的张彭等人于2014年6月 申请发布的名为"基于拥堵指数的交通拥堵评价方法"（专利号为CN201310316935. 6)，该 发明主要是用于对道路交通拥堵状态进行判别，科学的给出拥堵等级划分。该发明根据路 网车辆检测设备提供的速度数据计算路网中每个路段的自由流速度，计算每条路段的旅行 时间指数，对全部路段的旅行时间指数数据进行聚类分析获得分类数，对全部路段的旅行 时间指数数据进行聚类分析，获得每个类的最大旅行时间指数值、最小旅行时间指数值和 类中心旅行时间指数值，对每个类求其样本梯度模的均值，按与梯度模成正比的规则分配 各类对应的拥堵指数范围，定义隶属度函数将每个类中旅行时间指数数值分别映射到该类 对应的拥堵指数区间。
[0009] 以上发明主要存在以下两点不足：
[0010] (1)该发明主要是应用于评价道路交通拥堵，所研究的评价方法和指标不涉及车 辆能耗排放参数，不能支撑路网排放水平的评估；
[0011] (2)该发明所提出的评价方法主要以路段速度和旅行时间作为关键参数变量，难 以反映影响车辆和路网排放的微观工况变化，不能直接作为排放模型的输入参数进行路网 排放的量化评估。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于为克服现有研究未将交通指数与机动车污染物排放强度关联、 不能反映路网交通拥堵对污染物排放影响规律的问题，本发明提供了一种交通指数与机动 车污染物排放耦合分析方法。
[0013] 为了实现上述目的，本发明提供了一种交通指数与排放关联分析方法，所述方法 包含：
[0014] 步骤101)根据采集得到的车辆行驶时的逐秒速度数据计算机动车逐秒比功率， 所述机动车逐秒比功率是指发动机每移动一吨质量所输出的功率；
[0015] 步骤102)基于机动车逐秒比功率，再将机动车比功率VSP按照一定的间隔划分为 不同的区间单元且将每个区间单元定义为一个Bin，并计算每个Bin下的平均排放率；
[0017] ER_i--第i个VSP Bin区间下的平均排放率，单位为g/s ;
[0018] ER_j--第i个VSP Bin区间下第j个VSP对应的实际采集得到的排放率，单位 为 g/s ;
[0019] m--第i个VSP Bin区间下包含的VSP个数。
[0020] 基于设定的集成粒度对计算得到的每个Bin下的平均排放率进行聚类，得到排放 因子进而获得机动车在不同速度区间的机动车比功率分布情况。
[0021] 可选的，上述步骤101采用如下公式计算机动车逐秒比功率：
[0022] VSP = v · (1. la+0. 132)+0. 000302 · v3 式（1-1)
[0023] 其中，v表示采集得到的车辆的逐秒速度，单位为m/s ;a表示车辆的逐秒加速度， 单位为m/s2;VSP表示机动车逐秒比功率，其单位为kW/t或W/kg。
[0024] 可选的，上述步骤102)还包含基于平均排放率计算排放因子的步骤，具体计算公 式为：
[0026] 其中，EFk为第k平均速度区间的排放因子，单位为g/km ;ERi是第i个VSP bin 的平均排放率，单位为g/s ;VSP bini是第k平均速度区间第i个VSP bin的分布值；v是 第k平均速度区间的中值，单位为km/h。
[0027] 可选的，上述步骤102)进一步包含：
[0028] 步骤102-1)利用由浮动车系统得到的不同交通指数对应的速度分布，得到不同 交通指数对应的排放因子，计算方法如下式所示：
[0030] 步骤102-2)计算不同交通指数下各道路类型对应的排放因子，具体方法为：以 5km/h为步长划分速度区间，利用各交通指数下不同道路类型的速度分布，以及速度与油耗 因子和排放因子的修正关系，计算不同指数下各道路类型对应的平均排放因子，具体公式 如下所示：
[0032] 其中，EF为平均排放因子；Eh为第i个速度区间对应的排放因子；終为速度分布 第i个速度区间对应的分布值；η为速度区间的数量；
[0033] 102-3)计算不同交通指数、不同道路类型对应污染物排放因子均值、置信上限 UCL、置信下限LCL，计算方法如下：
[0036] 其中，藤为排放因子均值；〇为排放因子标准差；置信度为0. 95 ;所述道路类型 包含：快速路、主干路、次支路、路网。
[0037] 与现有技术相比，本发明的技术优势在于：本发明提出了与交通指数相关联的机 动车污染物排放分析方法，实现对不同来源和不同分辨率的机动车排放率的修正，并以北 京市为例，提取能够满足机动车尾气排放计算要求的城市路网实际交通运行工况特征，建 立交通流速度、交通指数与机动车污染物排放强度和总量的耦合关系，为城市交通规划中 交通环境目标的制定和治污治堵一体化交通政策决策提供支持。
【附图说明】
[0038] 图1是获得VSP分布的流程示意图；
[0039] 图2是速度对排放因子修正关系的方法示意图；
[0040] 图3是本发明实施例提供的交通指数与速度关系分析方法。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合附图对技术方案进行详细阐述。