城市交通信息与机动车排放二级映射耦合模型研究

论文摘要

定量模拟交通活动的排放,是利用交通规划解决环境问题的科学依据与技术支撑。本论文通过采集并系统归纳国内外城市的交通信息,建立了交通信息-微分单元-集计排放量的二级映射耦合模型,实现了交通流信息与机动车排放的定量关联,更深入准确地反映了不同交通模式下的排放特征。同时,研究通过归纳车载和台架排放测试的不同特点,提出了相对排放速率概念并将其引入第二级映射,进而扩充了模型可用的基础数据库,增加了模型的普适性。论文对国内外四座城市系统地进行了交通信息采集,归纳出各类型城市交通活动的特点。结果表明,城市间静态交通信息差别较大,但动态交通信息具有一定相似性,其中北京、上海、伊斯坦布尔同种道路上车辆的行车状况类似;国内城市的行驶工况时变化、车辆启动次数及分布相近。在此基础上,研究总结出了中国大城市39种交通模式,建立起从交通信息到工况微分单元的映射。利用该一级映射模拟模块对案例城市的机动车保有量及分布、标准车流率时空分布等进行模拟,误差均在±10%以内。研究还利用车载测试仪器对轻型柴油货车进行排放测试,测试结果表明:气态污染物和颗粒物（Particulate Matter,PM）排放随排放标准加严得到了明显改善,氮氧化物排放一直没有得到改善;城市工况和郊区工况下的排放为高速工况下的2-3倍;单位油耗的排放,北京的车辆优于西安;3组共30个微分单元的排放速率,组内呈现快速上升趋势,组间呈现基数缓慢上升、斜率逐渐增大的趋势。以实测为基础,论文建立了基于时间序列的瞬时排放模型和基于微分单元的集计排放模型。进一步以相对排放速率为基础,引入台架测试结果,建立了乘用车、公交车和轻型柴油货车的第二级映射。应用二级映射耦合模型模拟了奥运期间北京客运交通活动水平及排放的变化情况。模拟结果具有较高的可靠性,标准车流率、平均速度、微分单元频数分布的模拟值与实测值的偏差在±20%以内,其中主干路和快速路的平均速度及高排放微分单元频数分布的模拟误差小于±5%。奥运期间北京客运交通相关措施所减排的碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物和PM已达到了59%、65%、42%和24%（未包括货运）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 城镇化及城市交通的发展
• 1.1.2 交通活动与环境质量的相互关系
• 1.1.3 城市交通的环境影响现状
• 1.1.4 环境容量对交通活动的要求及约束
• 1.2 研究进展
• 1.2.1 排放数据测试手段
• 1.2.2 机动车排放模型综述
• 1.2.3 交通流模型及与排放模型的关联障碍
• 1.3 研究目的与意义
• 1.4 研究内容与技术路线
• 第2章 交通信息采集与机动车排放测试
• 2.1 区域、道路及时间选择
• 2.1.1 测试区域及道路选择
• 2.1.2 测试时间选择
• 2.2 行驶及启动追踪
• 2.3 流率与分布情况调查
• 2.3.1 流率调查的目的
• 2.3.2 试验设计
• 2.3.3 数据分析方法
• 2.4 车队技术水平调查方法
• 2.5 车载排放测试方法
• 2.6 有效数据量统计
• 第3章 四城市交通信息分析
• 3.1 四城市规模及交通概况
• 3.2 静态交通信息分析
• 3.2.1 道路类型构成
• 3.2.2 注册车保有量及车型构成
• 3.2.3 车龄分布
• 3.2.4 车辆技术水平
• 3.3 动态交通信息分析
• 3.3.1 流率分布
• 3.3.2 在路车型分布
• 3.3.3 单车行驶里程研究
• 3.3.4 城市总行驶里程及车型分担
• 3.3.5 启动类型划分及统计
• 3.3.6 行车状况分析及特征参数提取
• 3.4 本章小结
• 第4章 交通信息到微分单元的第一级映射
• 4.1 微分单元建立的参数选择
• 4.1.1 机动车排放计算的参数需求
• 4.1.2 微分单元参数的选择原则
• 4.1.3 备选参数描述
• 4.1.4 与排放关联研究
• i ,r , t 的确定方法'>4.2 VKT_{i ,r , t}的确定方法
• 4.2.1 从城市发展阶段到汽车保有量的映射
• 4.2.2 从车龄到行驶里程的映射
• 4.2.3 从注册车型到在路车型分布的映射
• 4.2.4 从道路构成到标准车流率分布的映射
• 4.3 从交通信息到微分单元的映射
• 4.3.2 微分单元建立
• 4.3.3 轻型车不同道路的微分单元频数分布
• 4.3.4 重型车的微分单元频数分布
• 4.4 车辆启动信息模拟
• 4.5 本章小结
• 第5章 对象车型的排放实测及特征分析
• 5.1 测试重点与难点解析
• 5.1.1 颗粒物模拟的重要性与复杂性
• 5.1.2 轻型柴油货车的城市排放分担
• 5.2 测试车辆
• 5.3 测试工况
• 5.4 基于距离的排放因子
• 5.5 基于油耗的排放因子
• 5.6 基于微分单元的排放因子
• 5.7 同类测试结果比较
• 5.8 本章小结
• 第6章 微分单元到排放的第二级映射
• 6.1 瞬时排放模型建立
• 6.1.1 基于部分聚类的回归模型
• 6.1.2 模型系数确定
• 6.1.3 模型验证
• 6.2 集计排放模型搭建
• 6.2.1 引言
• 6.2.2 微分单元的相对排放速率
• 6.2.3 轻型车二级映射的建立
• 6.2.4 公交车二级映射的建立
• 6.3 本章小结
• 第7章 奥运期间排放模拟案例
• 7.1 北京奥运会期间交通排放的模拟基础
• 7.2 汽车活动水平的模拟
• 7.2.1 车龄结构
• 7.2.2 保有量
• 7.2.3 日均行驶里程
• 7.2.4 标准车流率及分布
• 7.3 行驶状况模拟
• 7.4 排放量的模拟
• 7.5 奥运交通措施减排效果分析
• 7.5.1 公交车、出租车、乘用车减排量
• 7.5.2 排放因子变化分析
• 7.5.3 行驶里程变化分析
• 7.5.4 排放分担率变化分析
• 7.6 本章小结
• 第8章 结论和建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果