[發明專利]基于時空速度域重構的路網排放清單建立方法及系統

有效

• 申請號: 202110430768.2
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113256966B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 康宇;李兵兵;曹洋;趙振怡;許鎮義;夏秀山
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學先進技術研究院;安徽省生態環境監測中心（安徽省重污染天氣預報預警中心）
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G01S19/39;G01S19/52;G08G1/052
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 苗娟

本發明的一種基于時空速度域重構的路網排放清單建立方法及系統，為了解決采樣比較小的問題，利用采集到的GPS軌跡構建一個能夠代表所有行駛車輛的虛擬速度場，其結合微觀排放模型計算出的排放分布能夠反映給定路段的實際行駛工況狀態，因此得到的排放總量更加精確；為了利用離散的GPS軌跡點構建虛擬連續速度場，本發明利用高斯自適應平滑模型，利用交通狀態在時序上的連續相關性和擁堵傳播方向。該模型在計算每個時刻的速度值時，通過其他采樣點與該時刻速度值的時空相關性修正或者填充得出，從而抵消了誤差噪聲。本發明利用較少的城市交通數據挖掘出更多的交通模式和排放分布特點，實現城市路段級的交通污染排放精細化估計任務。

技術領域

本發明涉及環境檢測技術處理領域，具體涉及一種基于時空速度域重構的路網排放清單建立方法及系統。

背景技術

當前我國大氣環境形勢嚴峻，以細顆粒物為特征污染物的區域性大氣環境問題日益突出，其中以機動車為代表的移動污染源對空氣質量影響巨大，尤其是在北京、上海等特大型城市和東部人口密集區域，移動源排放對于空氣污染占比高達20％至50％以上。盡管我國不斷制定相關政策來防治機動車尾氣污染，如淘汰不合格車輛，升級油品質量等，但當前移動源污染形勢仍然比較嚴峻。城市交通網絡中的污染排放信息可為城市高污染排放區域識別等任務的實現提供理論依托，為后續政府相關部分的管控和決策提供理論依據。

交通排放模型是交通領域中被廣泛用來量化機動車排放、計算機動車排放因子的一種主要手段。按照主要應用參數劃分的話，排放模型分為基于平均速度的排放模型、基于行駛工況的排放模型。前者主要對特定車型的機動車行駛數據中蘊含的總體行駛特征進行提取出一個具有代表性的機動車平均速度值，并以此計算相應的排放值。因此，模型通常側重于宏觀層面研究，被用于估計或者預測一個特定區域內(通常是區或者城市)在一個特定時間段(通常是一個季度或者一年)的交通總排放量。基于行駛工況的排放模型通常側重微觀層面的研究。該類模型主要根據機動車行駛時獲得的瞬態逐秒數據，通過完整的行駛過程分析機動車的排放情況，通常適用于分析單車排放或特定若干條道路排放計算的任務。但是，上述兩種方法在城市范圍內的精細化排放估計任務上分別存在缺陷，存在較大誤差或者數據量無法支撐等挑戰。

發明內容

本發明提出的一種基于時空速度域重構的路網排放清單建立方法及系統，可解決現有方法在數據量較少的情況下，估計污染值誤差較大的問題。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種基于時空速度域重構的路網排放清單建立方法，包括以下步驟，

S1：對城市交通中機動車GPS軌跡數據預處理和城市路網數據預處理和路段切割，從而構造建立排放清單所需的交通GPS軌跡點數據集；

S2：利用交通狀態在時序上的連續相關性和擁堵傳播方向，通過高斯自適應平滑模型插補S1中的交通GPS軌跡點數據集中缺失的交通速度值，從而構建連續的速度域；

S3：在充分考慮不同交通模式下交通速度與交通密度的相關性后，通過Edie速度-密度模型估計路段上的交通流密度，從而估計出相應的連續交通流變化Q_j(t,x)；

S4：利用步驟S2中構建出的連續速度域后，通過微觀排放模型計算出機動車連續排放變化率，結合步驟S3估計的連續交通流建立路段上各污染物的排放清單。

進一步的，所述S1對城市交通中機動車GPS軌跡數據預處理和城市路網數據預處理和路段切割，從而構造建立排放清單所需的交通GPS軌跡點數據集；具體包括，

S11：城市路網數據構造成一個有向圖給定一個路網，首先將所有的道路岔口的集合作為圖中連接路段的邊ε，則兩條邊之間的頂點代表N個路段的合集，每個路段r都有自己屬性，包括車道最大速度值r.v_m、車道數r.n和路段長度r.len；