社會(huì)車輛速度及靠站時(shí)間對(duì)城市客車排放能耗的影響*

黃文峰 楊鵬史 丁 卉 趙永明 鐘 慧 劉永紅▲

（1.中山大學(xué)智能工程學(xué)院 廣州510006；2.中山大學(xué)廣東省交通環(huán)境智能監(jiān)測(cè)與治理工程技術(shù)研究中心 廣州510006；3.中山大學(xué)廣東省智能交通系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州510006）

0 引 言

公共交通系統(tǒng)的建設(shè)有利于提高交通運(yùn)輸效率[1]、緩解交通擁堵[2-3]、降低人均排放能耗[4]，而城市客車作為1種建設(shè)成本較低、易于運(yùn)營的交通工具，在公共交通系統(tǒng)中扮演著的重要角色。但由于城市客車多屬于重型車且具有較高運(yùn)行頻次[5]，其尾氣污染物排放在車隊(duì)中有較高的排放貢獻(xiàn)，特別是NOx污染物[6-7]。因此，城市客車污染能耗問題已成為交通環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

影響城市客車排放能耗的因素大致可以分為以下3種：城市客車自身運(yùn)行參數(shù)（速度[8]、加速度、機(jī)動(dòng)車比功率）[9-10]、城市客車運(yùn)行條件（排放標(biāo)準(zhǔn)、能源類型、載客人數(shù)等）、外部交通系統(tǒng)（社會(huì)車輛車速、公交優(yōu)先方式、運(yùn)行區(qū)域等）。

城市客車自身運(yùn)行參數(shù)與排放因子的關(guān)系研究屬于城市客車基礎(chǔ)排放特征的研究，是城市客車排放預(yù)測(cè)模型開發(fā)的基礎(chǔ)，已有較多研究成果。

在城市客車運(yùn)行條件方面，YU等[11]則通過車載排放測(cè)試研究了乘客載重在不同速度區(qū)間和加速度區(qū)間下對(duì)公交車排放的影響。Pan等[12]將LNG客車的排放特性與其他2種燃料（混合燃料、柴油）客車進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)3種燃料客車的排放特性存在顯著差異。

在外部交通系統(tǒng)方面，多數(shù)研究多采用交通模型仿真數(shù)據(jù)或?qū)崪y(cè)城市客車逐秒運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)城市客車尾氣排放的外部影響因素進(jìn)行分析。Alam和Hatzopoulou[13-14]研究交通擁堵、道路坡度、信號(hào)優(yōu)先和公交站選址這4個(gè)影響因素單個(gè)作用或綜合作用對(duì)排放因子的影響。Shan等[15]研究發(fā)現(xiàn)在嚴(yán)重交通擁堵的情況下，公交專用道具有減排效益。Yu等[16]通過加速度和速度定義了停車影響區(qū)，并比較了不同運(yùn)行工況和站點(diǎn)類型下的公共汽車排放量。Li等[17]根據(jù)距離定義了站點(diǎn)影響區(qū)，并比較了遠(yuǎn)郊站點(diǎn)和近郊站點(diǎn)的公共汽車排放量。Wang等[18]和Pan等[19]研究均表明路段和站點(diǎn)區(qū)域或交叉口區(qū)域之間公交車排放量具有顯著差異；Pan等[19]研究結(jié)論還指出不同區(qū)域內(nèi)速度、加速度、載客量、坡度等因素對(duì)于公交車CO2排放的影響強(qiáng)度是不同。

在交通系統(tǒng)中，社會(huì)車輛運(yùn)行速度反映道路車流整體運(yùn)行狀態(tài)，公交靠站時(shí)間則反映站點(diǎn)的客流量情況和站點(diǎn)設(shè)計(jì)水平等。這2個(gè)因素都反映了交通系統(tǒng)的活躍程度，研究其對(duì)公交車排放能耗影響的定量研究具有重要意義。過去的研究中對(duì)于社會(huì)車輛運(yùn)行狀態(tài)的描述多為“擁堵”“暢通”，缺乏細(xì)致地揭示社會(huì)車輛運(yùn)行速度的變化會(huì)為城市客車排放能耗帶來多少漲幅或降幅。此外，對(duì)于公交站點(diǎn)影響的研究，尚未有學(xué)者將靠站時(shí)間作為定量分析的指標(biāo)。

因此，筆者以天然氣和純電動(dòng)這2類新能源公交車為研究對(duì)象，采集實(shí)測(cè)公交車逐秒運(yùn)行數(shù)據(jù)及靠站時(shí)間數(shù)據(jù)，基于楊鵬史等[20]的公交車運(yùn)行工況預(yù)測(cè)模型和排放預(yù)測(cè)模型構(gòu)建方法，定量分析不同運(yùn)行區(qū)域（道路、路段、站點(diǎn)）下社會(huì)車輛速度和靠站時(shí)間這2個(gè)影響因素與公交車排放能耗之間的影響關(guān)系。研究其影響機(jī)理對(duì)于準(zhǔn)確梳理交通系統(tǒng)內(nèi)各要素之間的聯(lián)系、優(yōu)化城市客車的運(yùn)行狀態(tài)、降低排放能耗具有指導(dǎo)作用。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 主要數(shù)據(jù)源

本研究所采集的數(shù)據(jù)主要包括公交車運(yùn)行數(shù)據(jù)和社會(huì)車輛平均速度。公交車運(yùn)行數(shù)據(jù)來自5條運(yùn)行于廣州市中心城區(qū)的公交車線路（見圖1），其信息包括公交車逐秒GPS數(shù)據(jù)、公交車進(jìn)出站時(shí)刻數(shù)據(jù)，采集時(shí)間為2015年10月—12月，采集時(shí)段覆蓋工作日與非工作日的全部公交車運(yùn)營時(shí)段，最終共采集到有效公交車數(shù)據(jù)約75萬余條。社會(huì)車輛平均速度來自高德交通信息發(fā)布平臺(tái)（http://tp.amap.com/），通過該平臺(tái)獲取公交車行駛路線對(duì)應(yīng)道路的社會(huì)車輛平均速度數(shù)據(jù)。

圖1 廣州市公交車GPS采集實(shí)驗(yàn)線路Fig.1 Experimental bus lines for collecting GPS data in Guangzhou

1.2 數(shù)據(jù)處理與模型方法

本研究參考Li等[17]和陳峻等[21]研究中對(duì)公交車運(yùn)行區(qū)域的劃分原則，分別提取出道路區(qū)域（以路名為劃分依據(jù)）、路段區(qū)域（不受交叉口、站點(diǎn)影響的理想?yún)^(qū)域）、站點(diǎn)區(qū)域的GPS樣本，各運(yùn)行區(qū)域下公交車GPS樣本數(shù)量分別為484/177/174個(gè)。

對(duì)于公交車運(yùn)行工況，選取公交車平均速度和運(yùn)行模式分布2個(gè)參數(shù)進(jìn)行表征。其中，平均速度反映1段行程下公交車的整體運(yùn)行狀態(tài)；運(yùn)行模式（bin）由機(jī) 動(dòng)車比功率（Vehicle specific power，VSP）和速度共同定義，可反映車輛的瞬態(tài)速度、加速度水平；運(yùn)行模式分布則是1段行程下不同運(yùn)行區(qū)間的占比，可表征1段行程下公交車的微觀運(yùn)行狀態(tài)。

對(duì)每個(gè)逐秒GPS樣本，匹配對(duì)應(yīng)時(shí)段和對(duì)應(yīng)路段上的社會(huì)車輛平均速度及靠站時(shí)間（其中路段區(qū)域樣本無需匹配靠站時(shí)間），并參考He等[22]和Zhang等[23]的運(yùn)行模式劃分方法，統(tǒng)計(jì)出每個(gè)樣本運(yùn)行模式分布。該方法將運(yùn)行模式劃分為18個(gè)bin，其中，bin0和bin1分別為剎車、怠速模式，bin11～bin18為低速區(qū)間運(yùn)行模式，bin21～bin28為中速區(qū)間運(yùn)行模式，bin第1個(gè)編號(hào)越大代表速度越高，bin第2個(gè)編號(hào)越大代表加速和負(fù)載越高。最終形成統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 不同運(yùn)行區(qū)域下公交車GPS樣本示例Tab.1 Result of buses'GPS samples at different locations

以天然氣和純電動(dòng)公交車為研究對(duì)象，采用局部加權(quán)線性回歸法（locally weighted liner regression，LWLR）建立不同運(yùn)行區(qū)域下的公交車運(yùn)行工況預(yù)測(cè)模型及排放能耗預(yù)測(cè)模型，具體建模方法與楊鵬史等[20]的研究方法相同。本研究模型可實(shí)現(xiàn)基于社會(huì)車輛平均速度、靠站時(shí)間這2個(gè)參數(shù)預(yù)測(cè)不同運(yùn)行區(qū)域下公交車平均速度和運(yùn)行模式分布，進(jìn)而獲得不同運(yùn)行工況下的公交車排放因子和耗電因子。

對(duì)于模型評(píng)估，采用平均相對(duì)誤差（mean absolute percentage error,MAPE）這個(gè)指標(biāo)從以下2個(gè)方面驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性：①對(duì)比公交車平均速度的模擬值與真實(shí)值之間的平均相對(duì)誤差；②對(duì)比基于模擬運(yùn)行模式分布計(jì)算得到排放及耗電因子與基于真實(shí)運(yùn)行模式分布計(jì)算得到的排放及耗電因子之間的平均相對(duì)誤差。

式中：m為樣本數(shù)；y(i)為真實(shí)值；為模擬值；MAPE為平均相對(duì)誤差，%。

本研究模型在不同運(yùn)行區(qū)域下的公交車平均速度及運(yùn)行工況模擬平均相對(duì)誤差見表2。不同區(qū)域下的公交車平均速度誤差不超過20%。不同區(qū)域下的公交車排放因子預(yù)測(cè)效果優(yōu)于耗電因子，這是因?yàn)榧冸妱?dòng)公交車的耗電功率在不同運(yùn)行模式下差異較大，以致總體的平均耗電因子對(duì)運(yùn)行模式分布更加敏感。

表2 不同運(yùn)行區(qū)域下公交車平均速度及運(yùn)行工況模擬平均相對(duì)誤差Tab.2 MAPE of the predicted average speed of buses and predicted operating mode distributions at different locations%

1.3 量化分析的情境設(shè)置

1.3.1 基于運(yùn)行工況模型的情境設(shè)置

情景設(shè)置包括基準(zhǔn)情景確定和影響因素分級(jí)。

在基準(zhǔn)情景確定方面，根據(jù)不同區(qū)域的原始樣本計(jì)算出各區(qū)域下的社會(huì)車輛速度平均值、靠站時(shí)間平均值作為各區(qū)域的基準(zhǔn)情景，并由運(yùn)行工況預(yù)測(cè)模型得到基準(zhǔn)情景下的公交車速度和排放、耗電因子。在影響因素分級(jí)方面，結(jié)合社會(huì)車輛速度和靠站時(shí)間的數(shù)據(jù)分布范圍和樣本數(shù)量，設(shè)置影響因素的分級(jí)，見圖2。

圖2 基于運(yùn)行工況模型的情境設(shè)置Fig.2 Situations based on the model of operating conditions

1.3.2 相對(duì)平均速度、相對(duì)排放因子和相對(duì)耗電因子計(jì)算公式

在定量分析中，為了消除量綱和數(shù)量級(jí)對(duì)于比較分析的影響，采用結(jié)合基準(zhǔn)情景換算得到其相對(duì)速度、相對(duì)排放/耗電因子進(jìn)行分析。

式中：vbus.base為基準(zhǔn)情景下的公交車平均速度，km/h；EFbus，base為基準(zhǔn)情景下的平均排放因子，g/km；ECbus，base為基準(zhǔn)情景下的平均耗電因子，kWh/km；為第l個(gè)待預(yù)測(cè)樣本的公交車平均速度，km/h；為第l個(gè)待預(yù)測(cè)樣本的公交車排放因子，g/km；為第l個(gè)待預(yù)測(cè)樣本的公交車耗電因子，kWh/km；，和分別為第l個(gè)待預(yù)測(cè)樣本的公交車相對(duì)平均速度、相對(duì)排放因子、相對(duì)耗電因子。

2 結(jié)果與分析

社會(huì)車輛速度和靠站時(shí)間反映了交通系統(tǒng)的活躍狀態(tài)，在不同運(yùn)行區(qū)域（道路、路段、站點(diǎn)）下，其對(duì)公交車排放能耗的影響機(jī)理不同。因此，運(yùn)用公交車運(yùn)行工況預(yù)測(cè)模型對(duì)這2個(gè)因素進(jìn)行定量影響研究。

2.1 道路區(qū)域下的排放能耗定量影響分析

2.1.1 公交車運(yùn)行狀態(tài)變化

基于基準(zhǔn)情景換算得到77類道路區(qū)域情景下公交車相對(duì)速度見圖3。

由圖3可見：在社會(huì)車輛速度為20 km/h和總靠站時(shí)間為150 s的最差條件下，公交車相對(duì)速度僅為0.66；在社會(huì)車輛速度為50 km/h和總靠站時(shí)間為0 s的最優(yōu)條件下，公交車相對(duì)速度可達(dá)1.87。

圖3 道路區(qū)域下社會(huì)車輛速度、靠站時(shí)間對(duì)公交車相對(duì)速度的影響Fig.3 Relative bus speed influenced by the speed on the road and dwell time in road areas

社會(huì)車輛速度和靠站時(shí)間對(duì)道路區(qū)域下公交車的影響并非互相獨(dú)立的。隨著靠站時(shí)間增大，社會(huì)車輛速度對(duì)公交車速度的影響程度逐漸減弱（見表3）；隨著社會(huì)車輛速度增大，靠站時(shí)間對(duì)公交車速度的影響程度逐漸增強(qiáng)，見表4。以上結(jié)果表明：在道路區(qū)域下，社會(huì)車輛速度和靠站時(shí)間均對(duì)公交車的運(yùn)行速度有影響，其中的任何1個(gè)因素的極端惡化均會(huì)明顯限制公交車的運(yùn)行。此外，多數(shù)情況下，社會(huì)車輛速度對(duì)公交車運(yùn)行的影響程度明顯高于靠站時(shí)間。

表3 不同靠站時(shí)間下，社會(huì)車輛速度的變化對(duì)道路區(qū)域下公交車運(yùn)行速度的影響分析Tab.3 Effect of the speed on the road on the bus speed under different dwell time in road areas

表4 不同社會(huì)車輛速度下，靠站時(shí)間的變化對(duì)道路區(qū)域下公交車運(yùn)行速度的影響分析Tab.4 Effect of the dwell time on the bus speed under different speeds on the road in road areas

圖4為道路區(qū)域下社會(huì)車輛速度、總靠站時(shí)間對(duì)公交車運(yùn)行工況的影響。由圖4可見：道路區(qū)域公交車平均速度在25 km/h及以上時(shí)，其中速區(qū)間運(yùn)行模式（bin21～bin28）分布占比出現(xiàn)明顯增長，公交車平均速度每增加5 km/h，中速區(qū)間運(yùn)行模式占比平均增加11%；而公交車平均速度在20 km/h及以下時(shí)，公交車平均速度每增加5 km/h，中速區(qū)間運(yùn)行模式占比平均僅增加3%。

圖4 道路區(qū)域下社會(huì)車輛速度、總靠站時(shí)間對(duì)公交車運(yùn)行工況的影響Fig.4 Bus operating mode distributions influenced by the speed on the road and dwell time in road areas

2.1.2 相對(duì)排放、耗電因子變化

基于基準(zhǔn)情景換算得到77類道路區(qū)域情景的天然氣公交車相對(duì)排放因子和純電動(dòng)公交車相對(duì)耗電因子見圖5。其中，各氣態(tài)污染物在不同情景下的變化規(guī)律較相近。隨著靠站時(shí)間增大，社會(huì)車輛速度對(duì)公交車排放能耗的影響程度逐漸減弱，見表5；隨著社會(huì)車輛速度的增大，靠站時(shí)間對(duì)公交車排放能耗的影響程度逐漸增強(qiáng)，見表6。

表5 不同靠站時(shí)間下，社會(huì)車輛速度的變化對(duì)道路區(qū)域下公交車排放能耗的影響分析Tab.5 The effect of road speed on bus emissions and electricity consumptions under different dwell time in road areas

表6 不同社會(huì)車輛速度下，靠站時(shí)間的變化對(duì)道路區(qū)域下公交車排放能耗的影響分析Tab.6 Effect of dwell time on bus emissions and electricity consumptions under different speeds on the road

如圖5（d）所示，在0～60 s的總靠站時(shí)間范圍內(nèi)且社會(huì)車輛速度超過40 km/h時(shí)，相對(duì)耗電因子隨社會(huì)車輛速度增加而減小的趨勢(shì)逐漸變緩，甚至呈現(xiàn)輕微的先減后增趨勢(shì)。在此良好交通系統(tǒng)條件下，公交車平均速度可達(dá)25 km/h以上，但公交車頻繁啟停的特點(diǎn)導(dǎo)致公交車司機(jī)為達(dá)到較高行駛速度而存在更多大幅加速操作，使得該情境下公交車平均速度每增加5 km/h，中速高VSP區(qū)間占比增加約7%。中速高VSP區(qū)間占比的明顯增加及高VSP區(qū)間下純電動(dòng)公交車的瞬時(shí)耗電功率較高，造成良好交通條件下公交車整體耗電因子水平反而呈現(xiàn)輕微增長。

圖5 道路區(qū)域下社會(huì)車輛速度、總靠站時(shí)間對(duì)公交車相對(duì)排放、耗電因子的影響Fig.5 Relative bus emission factors and electricity consumption factor influenced by the speed on the road and the dwell time in road areas

綜上，社會(huì)車輛速度和靠站時(shí)間對(duì)道路區(qū)域的公交車排放、耗電因子均同樣有影響，且社會(huì)車輛速度的影響程度明顯更高。當(dāng)交通系統(tǒng)中的社會(huì)車輛速度小于40 km/h時(shí)，提高社會(huì)車輛速度有利于降低公交車排放能耗；而當(dāng)交通系統(tǒng)中的社會(huì)車輛速度大于40 km/h時(shí)，縮短靠站時(shí)間比提高社會(huì)車輛速度更有利于降低公交車排放能耗。相較氣態(tài)污染物相對(duì)排放因子，相對(duì)耗電因子在不同情景下的變化幅度稍小。

2.2 站點(diǎn)區(qū)域下的排放能耗定量影響分析

2.2.1 公交車運(yùn)行狀態(tài)變化

基于基準(zhǔn)情景換算得到49類站點(diǎn)區(qū)域情景的公交車相對(duì)速度見圖6。

由圖6可見，在社會(huì)車輛速度為20 km/h和靠站時(shí)間為35 s的最差條件下，公交車相對(duì)速度僅為0.74；在社會(huì)車輛速度為50 km/h和靠站時(shí)間為0 s的最優(yōu)條件下，公交車相對(duì)速度可以達(dá)到1.50。

圖6 站點(diǎn)區(qū)域下社會(huì)車輛速度、靠站時(shí)間對(duì)公交車相對(duì)速度的影響Fig.6 Relative bus speed influenced by the speed on the road and the dwell time in bus-stop areas

一方面,隨著靠站時(shí)間增大，社會(huì)車輛速度對(duì)公交車速度的影響程度逐漸減弱（見表7）；另一方面，隨著社會(huì)車輛速度增大，靠站時(shí)間對(duì)公交車速度的影響程度逐漸增強(qiáng)（見表8）。以上結(jié)論表明，在站點(diǎn)區(qū)域下，社會(huì)車輛速度和靠站時(shí)間均對(duì)公交車的運(yùn)行速度有影響。與道路區(qū)域不同，站點(diǎn)區(qū)域下靠站時(shí)間對(duì)公交車運(yùn)行的影響程度稍高于社會(huì)車輛速度的影響。

表7 不同靠站時(shí)間下，社會(huì)車輛速度的變化對(duì)站點(diǎn)區(qū)域下公交車運(yùn)行速度的影響分析Tab.7 Effect of the speed on the road on the bus speed under different dwell time in bus-stop areas

表8 不同社會(huì)車輛速度下，靠站時(shí)間的變化對(duì)站點(diǎn)區(qū)域下公交車運(yùn)行速度的影響分析Tab.8 Effect of the dwell time on the bus speed under different speeds on the road in bus-stop areas

圖7為站點(diǎn)區(qū)域下社會(huì)車輛速度、總靠站時(shí)間對(duì)公交車運(yùn)行工況的影響。由圖7可見：站點(diǎn)區(qū)域公交車平均速度在20 km/h及以上時(shí)，其中速區(qū)間運(yùn)行模式分布占比出現(xiàn)明顯增長，公交車平均速度每增加5 km/h，中速區(qū)間運(yùn)行模式占比平均增加12%；而公交車平均速度在20 km/h及以下時(shí)，公交車平均速度每增加5 km/h，中速區(qū)間運(yùn)行模式占比僅平均增加1%。

圖7 站點(diǎn)區(qū)域下社會(huì)車輛速度、總靠站時(shí)間對(duì)公交車運(yùn)行工況的影響Fig.7 Bus operating-mode distributions influenced by the speed on the road and the dwell time in bus stop areas

2.2.2 相對(duì)排放、耗電因子變化

基于基準(zhǔn)情景換算得到49類站點(diǎn)區(qū)域情景的天然氣公交車相對(duì)排放因子和純電動(dòng)公交車相對(duì)耗電因子見圖8。各氣態(tài)污染物在不同情景下的變化規(guī)律較相似。隨著靠站時(shí)間的增加，社會(huì)車輛速度對(duì)公交車排放能耗的影響程度逐漸減弱，見表9；隨著社會(huì)車輛速度的增加，靠站時(shí)間對(duì)公交車排放能耗的影響程度逐漸增強(qiáng)，見表10。

表9 不同靠站時(shí)間下，社會(huì)車輛速度的變化對(duì)站點(diǎn)區(qū)域下公交車排放能耗的影響分析Tab.9 Effect of the speed on the road on bus emissions and electricity consumptions under different dwell time in bus-stop areas

表10 不同社會(huì)車輛速度下，總靠站時(shí)間的變化對(duì)站點(diǎn)區(qū)域下公交車排放能耗的影響分析Tab.10 Effect of the dwell time on bus emissions and electricity consumptions under different speeds on the road in bus-stop areas

見圖8（d），在0～5 s的靠站時(shí)間范圍內(nèi)且社會(huì)車輛速度超過30 km/h時(shí)，相對(duì)耗電因子隨社會(huì)車輛速度增加呈明顯的先減后增趨勢(shì)。在此交通系統(tǒng)條件下，站點(diǎn)區(qū)域公交車平均速度達(dá)18～23 km/h，同樣因?yàn)楣卉囁緳C(jī)為達(dá)到更高的行駛速度而存在更多加速操作，使得該情境下公交車平均速度每增加5 km/h，中速高VSP區(qū)間占比增加約4%。公交車的中速高VSP區(qū)間所占頻率的明顯增加及高VSP區(qū)間下較高的瞬時(shí)耗電功率，造成良好交通條件下公交車整體耗電因子水平的波動(dòng)變化。

圖8 站點(diǎn)區(qū)域下社會(huì)車輛速度、靠站時(shí)間對(duì)公交車相對(duì)排放、耗電因子的影響Fig.8 Relative bus emission factors and electricity consumption factor influenced by the speed on the road and the dwell time in bus-stop areas

綜上，社會(huì)車輛速度和靠站時(shí)間對(duì)站點(diǎn)區(qū)域的公交車排放、耗電因子均同樣有影響，且靠站時(shí)間的影響程度更高。相較氣態(tài)污染物相對(duì)排放因子，相對(duì)耗電因子在不同情景下的變化幅度稍小。

因此在客流量大、公交線路較多的站點(diǎn)，可以考慮設(shè)置分站點(diǎn)，合理分配客流及優(yōu)化公交車進(jìn)出站路線，減少由于多輛公交車同時(shí)靠站導(dǎo)致的多次停車現(xiàn)象。設(shè)置公交車分站點(diǎn)不僅有利于提高公交車運(yùn)行效率及減排節(jié)能，也有利于減少候車乘客受公交車尾氣污染暴露的嚴(yán)重程度，保護(hù)乘客出行健康。

2.3 路段區(qū)域下的排放能耗定量影響分析

2.3.1 公交車運(yùn)行狀態(tài)變化

基于基準(zhǔn)情景換算得到7類路段區(qū)域情景的公交車相對(duì)速度見圖9。由圖9可見：當(dāng)社會(huì)車輛速度為20～50 km/h時(shí)公交車相對(duì)速度的變化范圍為0.63～1.29。平均情況下，社會(huì)車輛速度每增加5 km/h，公交車相對(duì)平均速度增加0.11。

圖9 路段區(qū)域下社會(huì)車輛速度對(duì)公交車相對(duì)速度的影響Fig.9 Relative bus speed influenced by the speed on the road in sections

圖10為路段區(qū)域下社會(huì)車輛速度對(duì)公交車運(yùn)行工況的影響。由圖10可見，路段區(qū)域公交車平均速度在20 km/h及以上時(shí)，其中速區(qū)間運(yùn)行模式分布占比出現(xiàn)明顯增長，公交車平均速度每增加5 km/h，中速區(qū)間運(yùn)行模式占比平均增加12%；而公交車平均速度在20 km/h及以下時(shí)，公交車平均速度每增加5 km/h，中速區(qū)間運(yùn)行模式占比僅平均增加1%。

圖10 路段區(qū)域下社會(huì)車輛速度對(duì)公交車運(yùn)行工況的影響Fig.10 Bus operating-mode distributions influenced by the speed on the road in sections

2.3.2 相對(duì)排放、耗電因子變化

基于基準(zhǔn)情景換算得到7類路段區(qū)域情景的天然氣公交車相對(duì)排放因子和純電動(dòng)公交車相對(duì)耗電因子見圖11。各氣態(tài)污染物在不同社會(huì)車輛速度下的變化趨勢(shì)和幅度十分接近，平均情況下，社會(huì)車輛速度每增加5 km/h，NOx、THC和CO相對(duì)排放因子分別減少0.13，0.13，0.12。

圖11 路段區(qū)域下社會(huì)車輛速度對(duì)公交車相對(duì)排放、耗電因子的影響Fig.11 Relative bus-emission factors and electricity consumption factor influenced by the speed on the road in sections

純電動(dòng)公交車的相對(duì)耗電因子隨社會(huì)車輛速度的變化呈先減后增趨勢(shì)：當(dāng)社會(huì)車輛速度小于40 km/h時(shí)，平均情況下社會(huì)車輛速度每增加5 km/h，相對(duì)耗電因子減少0.12；當(dāng)社會(huì)車輛速度大于40 km/h時(shí)，平均情況下社會(huì)車輛速度每增加5 km/h，相對(duì)耗電因子的增長幅度明顯，為0.17。

當(dāng)社會(huì)車輛平均速度在40 km/h以上時(shí)，公交車平均速度達(dá)35 km/h以上，公交車中速高VSP區(qū)間占比顯著增加，公交車平均速度每增加5 km/h，中速高VSP區(qū)間占比增加約12%，該增加幅度比道路區(qū)域、站點(diǎn)區(qū)域更加顯著，也導(dǎo)致其相對(duì)耗電因子在良好交通條件下出現(xiàn)更明顯的惡化。

3 結(jié)束語

1）在道路區(qū)域，當(dāng)交通系統(tǒng)中的社會(huì)車輛速度小于40 km/h時(shí)，提高社會(huì)車輛速度有利于降低公交車排放能耗；而當(dāng)交通系統(tǒng)中的社會(huì)車輛速度大于40 km/h時(shí)，縮短靠站時(shí)間比提高社會(huì)車輛速度更有利于降低公交車排放能耗。

2）在站點(diǎn)區(qū)域，靠站時(shí)間對(duì)公交車運(yùn)行和能耗排放的影響高于社會(huì)車輛速度的影響，因此在該運(yùn)行區(qū)域下，優(yōu)化靠站時(shí)間可為公交車減排節(jié)能帶來更明顯的效果，特別是在客流量較大、公交線路較多的站點(diǎn)，通過合理設(shè)計(jì)公交站臺(tái)、規(guī)范乘客上下車等措施，縮短公交車的靠站時(shí)間，可進(jìn)一步有效減少公交車的排放能耗。

3）在路段區(qū)域，當(dāng)社會(huì)車輛平均速度在40 km/h以上時(shí)，公交車相對(duì)耗電因子出現(xiàn)更明顯的惡化，該惡化程度比道路區(qū)域、站點(diǎn)區(qū)域更加顯著。因此，建議公交車司機(jī)在通暢道路上行駛時(shí)，盡量減少急加速、急減速的操作，以平穩(wěn)的加速度進(jìn)行速度提升，有利于降低公交車排放能耗水平。

由于公交車頻繁啟停的運(yùn)行特點(diǎn)，其在通暢道路上行駛時(shí)出現(xiàn)較多高加速工況，所以當(dāng)社會(huì)車輛速度大于40 km/h時(shí)，優(yōu)化社會(huì)車輛速度難以進(jìn)一步明顯降低公交車的排放能耗，甚至可能導(dǎo)致整體耗電因子水平輕微增長。因此，提升公交車運(yùn)行效率并非總能降低公交車排放能耗，要實(shí)現(xiàn)二者的綜合效益最大化，應(yīng)將二者放在1個(gè)現(xiàn)實(shí)且復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境中進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和協(xié)同控制。