路網(wǎng)排放測(cè)算方法綜述

胥耀方 / 重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院

路網(wǎng)排放測(cè)算方法綜述

胥耀方 / 重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院

如何準(zhǔn)確地量化分析交通措施所產(chǎn)生的環(huán)境效益，從而評(píng)價(jià)和對(duì)比各種措施的減排效果，為相關(guān)部門提供決策支持，是有效管理和改善路網(wǎng)交通排放狀態(tài)的基本平臺(tái)和必要步驟。 本文針對(duì)路網(wǎng)中易于獲取的平均速度參數(shù)，綜述了國(guó)內(nèi)外利用平均速度測(cè)算路網(wǎng)排放的各類方法。

平均速度；排放因子；行駛周期；VSP

平均速度是交通領(lǐng)域的傳統(tǒng)參數(shù)，該參數(shù)在交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或交通規(guī)劃軟件中非常容易獲取。平均速度可以通過(guò)以下方法關(guān)聯(lián)排放：平均速度關(guān)聯(lián)排放因子；平均速度關(guān)聯(lián)行駛周期；平均速度關(guān)聯(lián)VSP分布。

一、平均速度關(guān)聯(lián)排放因子

（一）國(guó)外情況綜述

該方法以COPERT模型為代表，曾一度成為交通路網(wǎng)中排放效益評(píng)估的主流方法。Bigazzi[1]等人以波特蘭一段800米的高速公路為實(shí)例，基于平均速度對(duì)應(yīng)排放因子的方法，分析了不同擁堵狀態(tài)下的排放狀況。其研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，擁堵時(shí)期，排放量增加的原因是流量的增加，而非排放因子的變化。

（二）國(guó)內(nèi)情況綜述

在國(guó)內(nèi)，李鐵柱等人[2]采用了國(guó)外的排放因子與平均車速間所具有的函數(shù)關(guān)系[3]，并以此為依據(jù)計(jì)算城市道路路段環(huán)境交通容量；宋國(guó)華[4]等人基于北京市實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)MOBILE 模型中速度與排放進(jìn)行修正，得到北京市速度與各污染物排放間的關(guān)系式；唐嘉平等人[5]，李莉等人[6]通過(guò)平均車速和車流量，計(jì)算機(jī)動(dòng)車的排放強(qiáng)度，并分別開發(fā)了北京市和上海市的機(jī)動(dòng)車排放GIS系統(tǒng)；Wang 等人[7]以MOBILE5B為基礎(chǔ)，利用中國(guó)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲取不同平均速度下的修正因子，并對(duì)應(yīng)由交通普查獲取的速度區(qū)間分布率，計(jì)算了北京奧運(yùn)會(huì)期間的污染物的排放。

（三）方法評(píng)述

該方法獲取平均速度后，利用如下公式計(jì)算排放量：

其中，E 為路網(wǎng)中的總排放量，g；v 為機(jī)動(dòng)車平均速度，km/ h；EF(v) 為排放隨速度v 的函數(shù)，g/km；Ti表示路段 i 上的車流量，pcu；Li為路段 i 的長(zhǎng)度，km。其中，Ti、Li、v 均可由交通規(guī)劃模型獲取。

從公式中不難發(fā)現(xiàn)，排放因子僅僅只是與平均速度相關(guān)的函數(shù)，無(wú)法刻畫交通策略引起的瞬時(shí)速度和加速度改變對(duì)排放的影響，因而不適用于細(xì)致的交通政策評(píng)價(jià)。

二、平均速度關(guān)聯(lián)行駛周期

（一）基本概念

該方法是指，平均速度首先關(guān)聯(lián)行駛周期，再由其所對(duì)應(yīng)的行駛周期，計(jì)算排放因子或是VSP分布率。行駛周期（Driving Cycle）指的是一段車速隨時(shí)間的變化歷程，模擬了一定地區(qū)范圍內(nèi)的車輛駕駛狀態(tài)。建立行駛周期的目的在于統(tǒng)一本地區(qū)車輛的行駛狀態(tài)，便于排放數(shù)據(jù)的對(duì)比與檢驗(yàn)。因此，行駛周期的主要參數(shù)，如平均速度、平均加減速等應(yīng)和所在地區(qū)的實(shí)際交通狀況盡量接近。

行駛周期的建立方法根據(jù)區(qū)域范圍層面而不同。國(guó)家層面的行駛周期的目的在于統(tǒng)一全國(guó)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，因而采用人工建立的方法，即人為創(chuàng)建速度和加速度模式；而城市及道路層面的行駛周期，目的在于反映道路的運(yùn)行狀況，通常使用實(shí)測(cè)擬合的建立方法，即根據(jù)比較指標(biāo)，從已測(cè)得的大量實(shí)際行駛速度中提煉出一段速度變化曲線，使得這段曲線能反映實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。常見比較指標(biāo)如表1。

（二）國(guó)外情況綜述

很多發(fā)達(dá)國(guó)家均建立了自己的標(biāo)準(zhǔn)行駛周期，如美國(guó)，日本，歐洲等。使用行駛周期關(guān)聯(lián)排放的方法以MOBILE和MOVES模型為代表。MOBILE中，使用平均速度對(duì)應(yīng)行駛周期，再通過(guò)臺(tái)架測(cè)試模擬該行駛周期運(yùn)行狀態(tài)，從而獲取排放值，作為該平均速度下的排放因子。而MOVES模型中的運(yùn)行模式計(jì)算是對(duì)這一方法進(jìn)行的延續(xù)，其通過(guò)平均速度對(duì)應(yīng)行駛周期后，計(jì)算該行駛周期的運(yùn)行模式（VSP與瞬時(shí)速度）分布，作為路段運(yùn)行模式特征的表現(xiàn)。

（三）國(guó)內(nèi)情況綜述

我國(guó)目前采用ECE 15＋EUDC 周期作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)行駛周期。為了更加準(zhǔn)確地反映各城市的駕駛行為特征，不少城市均開始開發(fā)自己的行駛周期，例如國(guó)外的悉尼、墨爾本、佩斯、雅典等城市，在我國(guó)，劉希玲等人建立了我國(guó)北京、天津、上海、大連、廣州五個(gè)城市的行駛周期[9]；王岐東等人[10]對(duì)北京、重慶、長(zhǎng)春、成都、吉林、綿陽(yáng)、九臺(tái)、梓潼八個(gè)不同等級(jí)城市的機(jī)動(dòng)車行駛周期進(jìn)行了研究；裴文文等人[11]針對(duì)北京市不同等級(jí)道路，分別建立了行駛周期。

（四）方法評(píng)述

但是，其行駛周期的開發(fā)過(guò)程以排放測(cè)算為目標(biāo)，并不能很好地反映交通路網(wǎng)的動(dòng)態(tài)變化，與此同時(shí)，采用行駛周期推算運(yùn)行模式分布，還存在時(shí)間長(zhǎng)度上的矛盾，即行駛周期的時(shí)間長(zhǎng)度通常為1500秒，一方面，由于取時(shí)過(guò)短，難于完全包含該路網(wǎng)多變條件下平均速度所對(duì)應(yīng)的運(yùn)行模式狀態(tài)，另一方面，又因?yàn)槠骄俣人采w的時(shí)間范圍過(guò)長(zhǎng)，增加了該段運(yùn)行模式產(chǎn)生變化的可能性，從而導(dǎo)致其結(jié)果穩(wěn)定性不佳。

三、平均速度關(guān)聯(lián)VSP分布

（一）國(guó)外情況綜述

針對(duì)行駛周期計(jì)算VSP分布無(wú)法兼顧路網(wǎng)狀態(tài)多樣性及運(yùn)行模式分布穩(wěn)定性的問題，一些學(xué)者開始研究平均速度與VSP分布的直接關(guān)系。Lents等人[12]收集了實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)奈落比，圣利亞哥，圣保羅三個(gè)城市有著相似的VSP分布。Frey等人[13]對(duì)不同道路上，13組平均速度在30-40km/h區(qū)間的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，各組VSP分布類似。但以上學(xué)者對(duì)運(yùn)行模式分布的研究?jī)H僅局限在定性探討，其研究結(jié)果無(wú)法直接用于模型計(jì)算。

（二）國(guó)內(nèi)情況綜述

Song[14]等人針對(duì)平均速度和VSP運(yùn)行模式的關(guān)系進(jìn)行了定量研究，其具體方法為：首先按一定時(shí)間集成粒度劃分時(shí)間片段，計(jì)算各片段平均速度與VSP分布；接著，將平均速度劃分區(qū)間，最后將各平均速度區(qū)間內(nèi)，所有時(shí)間片段的VSP分布進(jìn)行疊加，用以表征該平均速度下的VSP分布狀態(tài)。該研究發(fā)現(xiàn)不同平均速度下，VSP分布呈現(xiàn)正態(tài)分布，且均值隨平均速度的增大而增大。

（三）方法評(píng)述

此項(xiàng)研究揭示了平均速度與VSP運(yùn)行模式分布的關(guān)系。在該研究方法中，因變量平均速度來(lái)源于交通規(guī)劃模型和交通數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，獲取手段非常容易。同時(shí)，VSP分布的疊加不受時(shí)間長(zhǎng)度限制，可將多次同類測(cè)試的時(shí)間段疊加，且其計(jì)算結(jié)果不會(huì)增加計(jì)算復(fù)雜性。因此，能通過(guò)將短時(shí)間集成粒度下的VSP分布疊加，實(shí)現(xiàn)反映路網(wǎng)的多變狀態(tài)的同時(shí)，克服了行駛周期時(shí)間中平均速度包含時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)行模式分布不穩(wěn)定的問題。因此，該研究對(duì)聯(lián)系交通模型和排放模型進(jìn)行排放測(cè)算起到了轉(zhuǎn)折性意義。

但是，隨著排放模型的進(jìn)一步細(xì)化，VSP已不再是聯(lián)系交通與排放的唯一運(yùn)行模式參數(shù)。即使在相同的VSP區(qū)間，排放速率也可能產(chǎn)生一定差異。為此，MOVES模型和IVE模型分別加入瞬時(shí)速度和ES參數(shù)，進(jìn)一步細(xì)化運(yùn)行模式參數(shù)，以達(dá)到較高的預(yù)測(cè)精度。由于ES參數(shù)需要將前25秒的速度作為計(jì)算依據(jù)，極大地增加了路網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的難度，本文將選擇瞬時(shí)速度與VSP組合，作為運(yùn)行模式的描述參數(shù)，并研究平均速度與運(yùn)行模式參數(shù)分布的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)交通網(wǎng)絡(luò)排放測(cè)算。

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重慶市自然科學(xué)基金（ctcs2013jcyjA00015）,重慶市教委資助項(xiàng)目（KJ1400328）。

胥耀方（1984-）女，重慶，畢業(yè)于北京交通大學(xué)，從事交通環(huán)境、智能交通類研究，就職于重慶交通大學(xué)，副教授。