[发明专利]城市隧道机动车尾气排放的数字化分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及交通仿真、机动车尾气排放、交通管理控制等研究领域，尤其涉及以改善城市隧道交通环境为目标的交通微观仿真、机动车尾气排放的联合数字化分析方法。

背景技术

在城市化与机动化的快速发展、低排放标准机动车辆所占比例较大、交通管理与控制的手段较为落后等多种因素的作用下，我国城市空气质量受到机动车尾气排放的严重威胁。《中国机动车污染防治年报(2010年度)》统计显示，全国113个环保重点城市中1/3的空气质量不达标，很多城市尤其是大城市空气污染已呈现出煤烟型和汽车尾气复合型污染的特点。

城市隧道成为缓解城市交通压力的有效方法。城市隧道具有不占用耕地、利于水土环境保护、减少道路病害、缩短行驶里程及提高行驶速度等诸多优点，但由于其特殊的构造，使得行驶车辆排放出的尾气，如CO₂(carbon dioxide，二氧化碳)、CO(carbon monoxide，一氧化碳)、HC(hydrocarbons，碳氢化合物)、NOx(oxides of nitrogen，氮氧化物)、PM(碳烟颗粒)等不能及时的扩散、消失。同时，机动车在进入及离开隧道时，驾驶员所处的环境会发生变化，机动车的速度和加速度也会发生一定程度的变化，当隧道内部出现事故时，车辆更是会频繁的启停，这都会导致机动车在隧道内的停留时间延长，使机动车尾气污染物的排放增加。

目前研究机动车尾气污染物排放方法主要分为实际测试和排放模型的研究。实际测试主要分为实验室测试和实际道路测试。前者包括台架测试，后者包括隧道实验、遥感测试和车载测试。而机动车尾气污染物排放模型研究基于不同的原理将其分为：基于平均速度的统计回归模型，其代表为MOBILE模型、COPERT(Computer Programme to calculate Emissions from Road Transport)模型；基于机动车行驶特征的模型，其代表为IVE(International Vehicle Emission)模型和CMEM(Comprehensive Modal Emission Model)模型。

其中，CMEM模型由加州大学河边分校于20世纪90年代中期开始开发，为行驶工况类模型，以瞬态速度-加速度行驶状态为主要参数，能够模拟不同工况下机动车的瞬时排放，模型结果为瞬时值。模型可以预测各种各样的轻型车在不同状态(如正常运行、劣化、损坏)下的排放。与以往模型惯用的数学统计+代用参数的方法不同，CMEM模型基于发动机负载和污染物形成的物理化学原理，考虑所有行驶状态对排放的影响。CMEM模型中机动车类型分为3类26种，模型需要输入的参数数量为47个，由于获取实际道路环境机动车技术组成和行驶工况则需要较高强度的调查，模型参数获取难度较大。

通过微观交通仿真软件可实现研究对象交通运行状况的实时模拟，并获得相应的交通运行数据，最为常用的软件是VISSIM。VISSIM为德国PTV公司开发的微观交通流仿真软件系统，是一种微观的、基于时间间隔和驾驶行为的仿真建模工具，用以城市交通和公共交通运行的交通建模。它可以分析各种交通条件下，如车道设置、交通构成、交通信号、公交站点等，城市交通和公共交通的运行状况，是评价交通工程设计和城市规划方案的有效工具。

就城市隧道机动车尾气排放而言一般采取隧道实验的方法，通过在隧道内外监测污染物的浓度，并根据现场的车流参数，获得对应车队的平均排放因子水平。隧道实验简单易操作，测试涉及的车辆样本数较多，具有一定代表性，在精度要求不高的情况下，可用来获取车队平均排放因子。缺点是受背景浓度影响，而且被测车辆的工况单一。

综上，通过实际测试或者构建机动车尾气排放模型来进行研究取得了长足的发展，但仍然存在以下几方面的问题：

一、对城市隧道机动尾气排放的研究仅仅停留在隧道实验的阶段，相应的仿真研究寥寥无几，此外，隧道实验虽然简单易操作，但实验人员长时间处于隧道中，对身体健康和人身安全不利。

二、实际测试和机动车尾气排放模型无法实现与交通管理控制措施的实时反馈，无法充分反映交通管理策略。

三、交通问题研究重点在缓解交通拥堵上，采取的交通管理控制措施以缓解交通拥堵、疏导交通流、减少旅行时间等为目的，而极少考虑其对减少尾气排放的作用。

因此，以城市中受污染较为严重的隧道为研究对象，在对交通量、道路特征等方面进行详细调查的基础上，联合微观交通仿真和机动车尾气排放模型提出交通尾气污染数字化分析计算方法，分析不同交通管理控制手段对隧道内机动车尾气污染物排放的影响。