李東晟，劉宏富，廖靖云，肖 玲，肖景文，熊珂航

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114)

1 研究方法

城市中的主要道路交叉口都進(jìn)行了交通監(jiān)控。選擇的檢測(cè)地點(diǎn)都是主干路交叉口或者主干路上的典型路段。

交通強(qiáng)度的量化由對(duì)駛過(guò)交叉口的車輛進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，記錄方式為從早上5點(diǎn)到第二天凌晨1點(diǎn)，每5 min記錄一次。檢測(cè)時(shí)間選擇公共交通活躍的時(shí)間段，凌晨一點(diǎn)到早上五點(diǎn)的交通量極小，可以忽略。在車輛計(jì)數(shù)過(guò)程中，車輛被分為兩類：小客車類和巴士卡車類。小客車類包括電動(dòng)車、轎車、摩托車和小卡車。由于測(cè)試是在晚秋季節(jié)進(jìn)行，根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ㄌ攸c(diǎn)，電動(dòng)車和摩托車的數(shù)量在與其他類型的車輛的對(duì)比當(dāng)中幾乎可以忽略。在檢測(cè)過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行CO2濃度的檢測(cè)，以此為基礎(chǔ)將車輛排放和檢測(cè)到的CO2濃度相聯(lián)系起來(lái)。

將車輛行駛過(guò)程中的參數(shù)數(shù)據(jù)被輸入到COPERT模型中，經(jīng)過(guò)運(yùn)算之后就可以得到每輛車每公里的CO2和空氣污染物的平均排放量。計(jì)算結(jié)果用來(lái)確定車輛在城市空氣污染中的影響。為了使交通量的數(shù)據(jù)采集更加準(zhǔn)確，測(cè)點(diǎn)1的交叉口在工作日全天進(jìn)行行車數(shù)據(jù)的監(jiān)控，以此得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

2 排放量和各排放因子物質(zhì)的量的計(jì)算

2.1 排放量和各排放因子計(jì)算公式

本文使用的城市車輛組成數(shù)據(jù)均是從MUP獲取，基于該數(shù)據(jù)可以獲得以下幾個(gè)特點(diǎn)：小客車在車輛組成中占了極大一部分；使用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛最為常見(jiàn)，基本占了所有車輛的2/3；車輛的平均車齡在14年左右。排放量評(píng)估是運(yùn)用COPERT模型來(lái)進(jìn)行。從根本上來(lái)說(shuō)，COPERT 是用來(lái)進(jìn)行國(guó)家水平交通排放量評(píng)估的工具，而且COPERT模型是以若干個(gè)歐洲的車輛檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的大量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。只要獲取了大量的數(shù)據(jù)，這種評(píng)估方法是十分可靠的。通過(guò)持續(xù)采集車輛的速度，在車輛分類中的第i個(gè)對(duì)象的排放因子EFi可以用下式計(jì)算

EFi=bv2+av+k

(1)

其中EFi代表第i個(gè)對(duì)象的排放因子，v代表車輛速度。

公式(1)可以用一個(gè)與車輛平均速度有關(guān)的二次多項(xiàng)式或函數(shù)來(lái)進(jìn)行近似計(jì)算。Nejadkoorki等人提出了與平均速度有關(guān)的計(jì)算排放量的更加復(fù)雜的公示(2)

(2)

在公式(1)和(2)中的k,a,b,c,d,e和f都是常數(shù)。

部分研究者在與加速度和速度有關(guān)的公式中引入排放因子。EFi不是常數(shù)，但是假設(shè)在使用同一個(gè)平均車速的計(jì)算時(shí)，它近似是一個(gè)常數(shù)。

表1 私家車車輛組成(ECE 歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)汽車法規(guī))

續(xù)表1

圖1 交通流量，檢測(cè)CO2濃度和計(jì)算CO2濃度的比較

圖1表明了交通量和測(cè)量CO2濃度以及計(jì)算得出的CO2濃度之間的關(guān)系。又圖2可見(jiàn)，CO2濃度比大氣中的正常濃度高出300 ppm。在這個(gè)數(shù)值中的接近150 ppm是由車輛尾氣排放產(chǎn)生的。分析得出，觀測(cè)地點(diǎn)的尾氣排放產(chǎn)生的CO2幾乎占了總量的20%。

第j類的第i個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象車輛的年排放量AMi等于：

(3)

其中num是第j類中車輛的數(shù)量，EFi，j是指在第j類中的第i個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的排放因子，Lj是第j類中車輛的平均里程數(shù)。

相似的，年均道路兩側(cè)排放量RMi等于：

(4)

其中f是指在第j類中車輛的日平均交通量，Sj是指監(jiān)測(cè)區(qū)域的長(zhǎng)度。

在公式(3)的基礎(chǔ)上就可以用下式計(jì)算誤差：

δAMi=δEFi,jnumjLj+EFi,jδnumjLj+EFi,jnumjδLj

(5)

δAMi是指年排放量誤差值，δEFi代表第i個(gè)對(duì)象的排放因子的誤差值，δnum是第j類中車輛的數(shù)量的誤差值，δLj是第j類中車輛的平均里程數(shù)的誤差值。

相似的，在公式(4)的基礎(chǔ)上可以計(jì)算誤差如下：

δRMi=δEFi,jfjSj+EFi,jδfjSj

(6)

其中δRMi是指年均道路兩側(cè)排放量誤差值，δEFi代表第i個(gè)對(duì)象的排放因子的誤差值，δf是指在第j類中車輛的日平均交通量。

3.2 車輛組成

(1)私家車

目前全市車輛中有私家車58 049輛，占了全部車輛的91.12%。在將數(shù)據(jù)輸入COPERT之前，為了使從MUP獲得的數(shù)據(jù)(表1)能適應(yīng)COPERT的計(jì)算，對(duì)其進(jìn)行了數(shù)據(jù)的取均值的處理來(lái)減小誤差。對(duì)于城市中的年平均里程數(shù)，在這里采用3 500 km來(lái)進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)城市車輛日里程數(shù)為10 km(該數(shù)據(jù)來(lái)源于作者的經(jīng)驗(yàn)和里程表讀數(shù))。根據(jù)塞爾維亞環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)和表1中的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出尼什市私家車年平均里程大約為3 400 km，這個(gè)數(shù)值有7.5%的誤差，這個(gè)誤差被作為數(shù)據(jù)的偏差值。平均車輛速度和年里程數(shù)由尼什市的城市監(jiān)控和駕駛習(xí)慣等因素來(lái)確定。

(2)巴士

尼什市有記錄在案的467輛巴士。然而，在排放量計(jì)算過(guò)程中只將用于公共運(yùn)輸?shù)陌褪苛腥胗?jì)算范圍。因?yàn)楦鶕?jù)獲取的最新消息，有124輛巴士在尼什市的城市公共運(yùn)輸系統(tǒng)中登記，這些車輛經(jīng)統(tǒng)計(jì)每年駕駛里程為8 609 250 km，比其他用途的巴士高出很多。這就使得在城市中行駛的公共運(yùn)輸用的巴士相對(duì)于其他巴士在排放量的計(jì)算中有更大的影響力。

(3)卡車

在交通頻率計(jì)算過(guò)程中，輕型卡車被記作小客車。區(qū)分輕型卡車和重型卡車的尺度為發(fā)動(dòng)機(jī)排量是否達(dá)到2.0 L。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所有發(fā)動(dòng)機(jī)排量大于2.0 L的車輛都被算作重型卡車。根據(jù)這個(gè)分類，城市中一共有2 286臺(tái)重型卡車，他們?cè)诔鞘蟹秶鷥?nèi)的年行駛里程約為2 000 km，該數(shù)據(jù)有17%的假設(shè)偏差值。

(4)摩托車

在測(cè)試過(guò)程中摩托車在道路上的行駛數(shù)量很少，忽略不計(jì)。

3.3 排放因子

COPERT模型的分析結(jié)果顯示私家車的平均排放量和在表2顯示的數(shù)據(jù)一致。與西歐和美國(guó)的車輛組成難以確定相比，尼什市車輛組成數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，因此更容易確定排放系數(shù)。

表2 不同車輛分類的排放因子[g·km-1]

圖2 一天內(nèi)不同時(shí)間私家車的交通頻率變化

3.4 結(jié)果驗(yàn)證

表3表明了測(cè)點(diǎn)1一天內(nèi)的兩類車輛交通量變化的檢測(cè)結(jié)果。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以得出工作日中的小客車總數(shù)量相對(duì)于平均值變化不超過(guò)3.46%。同時(shí)，在圖3的圖像中可以看出各個(gè)測(cè)點(diǎn)交通量變化趨勢(shì)的相似性。在圖3的圖像中可以看出2個(gè)峰值點(diǎn)，分別為上午8點(diǎn)到9點(diǎn)和下午3點(diǎn)到4點(diǎn)。這兩個(gè)時(shí)間段就是早高峰和晚高峰的時(shí)段。對(duì)于公交車和卡車，在整體交通量的變化中，與平均值的最大偏差為8.13%，在可接受的誤差范圍之內(nèi)(表3)。

在交通量偏差數(shù)據(jù)、排放量偏差數(shù)據(jù)和公式(4)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，可以得模型計(jì)算出的排放量的偏差。觀測(cè)數(shù)據(jù)和年總排放量的數(shù)據(jù)表格可以體現(xiàn)出偏差值。Sturm等人對(duì)于這個(gè)措施做的分析表明，依賴這個(gè)方法，偏差值可以變化達(dá)到36%。由于排放量數(shù)據(jù)檢測(cè)誤差和城市中車輛里程數(shù)的不確定性，偏差值相對(duì)較高。

對(duì)排放因子εi,j的誤差進(jìn)行了關(guān)于排放因子平均結(jié)果的檢測(cè)：

(7)

表3 測(cè)點(diǎn)一的交通量波動(dòng)

表4 排放因子的誤差檢測(cè)

表5 整體年排放量

表6 各測(cè)點(diǎn)小客車排放量檢測(cè)

表7 各測(cè)點(diǎn)巴士、卡車排放量檢測(cè)

表8 尼什市道路各排放因子平均排放量

4 結(jié)果分析和討論

基于在主要地區(qū)的交通量數(shù)據(jù)，可以確定檢測(cè)路口之間的車輛數(shù)目(圖3)。根據(jù)公式(3)和(4)，可以計(jì)算尼什市整體的年有害氣體排放量和城市中主干道的年有害氣體排放量。結(jié)果顯示在表5，表6和表7中。

尼什市有286.1 km的街道和地方公路，其中檢測(cè)路段有4.4公里長(zhǎng)，占了城市街道總量的1.5%。在這些街道內(nèi)的交通情況對(duì)城市的年排放情況的影響達(dá)到了15.1%。各個(gè)區(qū)域中私家車類和巴士卡車類的結(jié)果分別顯示在表6和表7中?；谶@一結(jié)果，可以將城市中的道路分為兩類(表8)。第一類包括監(jiān)測(cè)區(qū)域(代表主干道)，第二類代表平均排放量至少比第一類道路少10倍的支路、次干道。

5 結(jié) 論

(1)本文闡述了一個(gè)評(píng)估車輛尾氣排放量的方法。在研究過(guò)程中，檢測(cè)了城市中的6個(gè)交叉路口。被檢測(cè)交叉路口之間的直道路段的交通量的確定也變得可行。為了計(jì)算城市中車輛的準(zhǔn)確排放量，城市中的車輛組成數(shù)據(jù)從MUP處獲取。根據(jù)數(shù)據(jù)，可以用COPERT模型計(jì)算法確定準(zhǔn)確的單個(gè)車輛的排放量和城市中所有車輛總體的年排放量。

(2)分析表明，在觀測(cè)區(qū)域的排放量比城市中的其他街道高出11倍。根據(jù)這一情況，將城市中的道路分為兩類，排放主干道和排放次干道。給出了誤差分析，雖然誤差較高，但是誤差依然在允許范圍內(nèi)。

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[2] 余愛(ài)華,黃英,趙塵.公路路面徑流污染及防治措施的研究進(jìn)展[J].中外公路，2008，(8).

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