[發(fā)明專利]城市隧道機(jī)動車尾氣排放的數(shù)字化分析方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110309877.5
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN102508949A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何杰;蔡曉華;杭文;趙池航;王海峰
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 艾中蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及交通仿真、機(jī)動車尾氣排放、交通管理控制等研究領(lǐng)域，尤其涉及以改善城市隧道交通環(huán)境為目標(biāo)的交通微觀仿真、機(jī)動車尾氣排放的聯(lián)合數(shù)字化分析方法。

背景技術(shù)

在城市化與機(jī)動化的快速發(fā)展、低排放標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動車輛所占比例較大、交通管理與控制的手段較為落后等多種因素的作用下，我國城市空氣質(zhì)量受到機(jī)動車尾氣排放的嚴(yán)重威脅。《中國機(jī)動車污染防治年報(2010年度)》統(tǒng)計顯示，全國113個環(huán)保重點城市中1/3的空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，很多城市尤其是大城市空氣污染已呈現(xiàn)出煤煙型和汽車尾氣復(fù)合型污染的特點。

城市隧道成為緩解城市交通壓力的有效方法。城市隧道具有不占用耕地、利于水土環(huán)境保護(hù)、減少道路病害、縮短行駛里程及提高行駛速度等諸多優(yōu)點，但由于其特殊的構(gòu)造，使得行駛車輛排放出的尾氣，如CO₂(carbon?dioxide，二氧化碳)、CO(carbon?monoxide，一氧化碳)、HC(hydrocarbons，碳?xì)浠衔?、NOx(oxides?of?nitrogen，氮氧化物)、PM(碳煙顆粒)等不能及時的擴(kuò)散、消失。同時，機(jī)動車在進(jìn)入及離開隧道時，駕駛員所處的環(huán)境會發(fā)生變化，機(jī)動車的速度和加速度也會發(fā)生一定程度的變化，當(dāng)隧道內(nèi)部出現(xiàn)事故時，車輛更是會頻繁的啟停，這都會導(dǎo)致機(jī)動車在隧道內(nèi)的停留時間延長，使機(jī)動車尾氣污染物的排放增加。

目前研究機(jī)動車尾氣污染物排放方法主要分為實際測試和排放模型的研究。實際測試主要分為實驗室測試和實際道路測試。前者包括臺架測試，后者包括隧道實驗、遙感測試和車載測試。而機(jī)動車尾氣污染物排放模型研究基于不同的原理將其分為：基于平均速度的統(tǒng)計回歸模型，其代表為MOBILE模型、COPERT(Computer?Programme?to?calculate?Emissions?from?Road?Transport)模型；基于機(jī)動車行駛特征的模型，其代表為IVE(International?Vehicle?Emission)模型和CMEM(Comprehensive?Modal?Emission?Model)模型。

其中，CMEM模型由加州大學(xué)河邊分校于20世紀(jì)90年代中期開始開發(fā)，為行駛工況類模型，以瞬態(tài)速度-加速度行駛狀態(tài)為主要參數(shù)，能夠模擬不同工況下機(jī)動車的瞬時排放，模型結(jié)果為瞬時值。模型可以預(yù)測各種各樣的輕型車在不同狀態(tài)(如正常運行、劣化、損壞)下的排放。與以往模型慣用的數(shù)學(xué)統(tǒng)計+代用參數(shù)的方法不同，CMEM模型基于發(fā)動機(jī)負(fù)載和污染物形成的物理化學(xué)原理，考慮所有行駛狀態(tài)對排放的影響。CMEM模型中機(jī)動車類型分為3類26種，模型需要輸入的參數(shù)數(shù)量為47個，由于獲取實際道路環(huán)境機(jī)動車技術(shù)組成和行駛工況則需要較高強(qiáng)度的調(diào)查，模型參數(shù)獲取難度較大。

通過微觀交通仿真軟件可實現(xiàn)研究對象交通運行狀況的實時模擬，并獲得相應(yīng)的交通運行數(shù)據(jù)，最為常用的軟件是VISSIM。VISSIM為德國PTV公司開發(fā)的微觀交通流仿真軟件系統(tǒng)，是一種微觀的、基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，用以城市交通和公共交通運行的交通建模。它可以分析各種交通條件下，如車道設(shè)置、交通構(gòu)成、交通信號、公交站點等，城市交通和公共交通的運行狀況，是評價交通工程設(shè)計和城市規(guī)劃方案的有效工具。

就城市隧道機(jī)動車尾氣排放而言一般采取隧道實驗的方法，通過在隧道內(nèi)外監(jiān)測污染物的濃度，并根據(jù)現(xiàn)場的車流參數(shù)，獲得對應(yīng)車隊的平均排放因子水平。隧道實驗簡單易操作，測試涉及的車輛樣本數(shù)較多，具有一定代表性，在精度要求不高的情況下，可用來獲取車隊平均排放因子。缺點是受背景濃度影響，而且被測車輛的工況單一。

綜上，通過實際測試或者構(gòu)建機(jī)動車尾氣排放模型來進(jìn)行研究取得了長足的發(fā)展，但仍然存在以下幾方面的問題：

一、對城市隧道機(jī)動尾氣排放的研究僅僅停留在隧道實驗的階段，相應(yīng)的仿真研究寥寥無幾，此外，隧道實驗雖然簡單易操作，但實驗人員長時間處于隧道中，對身體健康和人身安全不利。

二、實際測試和機(jī)動車尾氣排放模型無法實現(xiàn)與交通管理控制措施的實時反饋，無法充分反映交通管理策略。

三、交通問題研究重點在緩解交通擁堵上，采取的交通管理控制措施以緩解交通擁堵、疏導(dǎo)交通流、減少旅行時間等為目的，而極少考慮其對減少尾氣排放的作用。

因此，以城市中受污染較為嚴(yán)重的隧道為研究對象，在對交通量、道路特征等方面進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，聯(lián)合微觀交通仿真和機(jī)動車尾氣排放模型提出交通尾氣污染數(shù)字化分析計算方法，分析不同交通管理控制手段對隧道內(nèi)機(jī)動車尾氣污染物排放的影響。