基于PEMS和交通仿真的普通公路机动车集成排放分析模型和交通排放评价体系研究

Under challenging situations of Carbon-reducing and severe carbon-related pollutions to the society, it is very important and meaningful to reduce traffic carbon emissions at highway network levels in China. Disaggregated motor vehicle emissions models and highway network aggregated traffic emission analysis procedures and models, which reflects the current characteristics of China’s highway networks, are essential and critical to the success of highway traffic emission-control at network levels. Based on various motor vehicle emissions data to be collected with Portable Emissions Measurement System (PEMS) from highway networks of Shanghai, Shanxi Province, and Wuxi City, and with the integration of the traffic simulation from VISSIM, the proposed research will develop individual motor vehicle emission models to estimate disaggregate motor vehicle emissions and highway networks aggregated traffic emissions for different types of emissions such as CO2、CO、HC、NOx、and PM. With the applications of sensitivity analysis of influencing factors, the research will further analyze impacts of different contributing factors to disaggregated and aggregated traffic emissions and develop evaluation models and systems for highway network traffic emissions performance. Research findings will help to quantify current situations and trends of traffic emissions at highway network levels, define significant influencing factors, propose strategies aiming at motor vehicle emission-control, promote research, and improve decision-making qualities for reducing traffic emissions at highway networks levels. Research results can be used to improve the procedures for highway planning, design, improvements, and managements with the key considerations of highway traffic emissions.

面对碳减排的严峻目标和碳排放的污染激增，开展公路交通减排对实现碳减排目标和碳排放污染控制有重要意义。建立适合我国公路的机动车个体排放模型和通过集成公路网机动车个体排放获得公路网集成交通排放是开展上述工作的前提，对交通减排有理论和应用的意义。本研究依托上海市、山西省、和无锡市普通公路网，采用PEMS收集机动车各类排放数据，结合交通仿真软件，构建普通公路交通集成排放分析模型，预测机动车个体排放和公路网集成排放。通过公路网整体交通排放分析和影响元素敏感度分析，解析公路交通特征对机动车和公路网交通排放的作用机理，从而建立公路交通排放评价模型和体系，并提出切实可行的公路减排策略。研究成果将把握我国公路交通排放的现状和趋势，明确公路机动车个体和公路网总体排放的关键影响因素，提出公路交通特征改善、公路规划和设计、交通管理方法优化的策略和建议，提高我国公路交通排放理论研究和决策应用的科学水平。

公路交通是交通领域尾气排放强劲增长的主要源泉之一，它既是我国基础设施建设的重要组成部分，又是交通运输网络的举足轻重的环节，如何建设可持续、低排放的公路将是未来交通发展的非常重要的一个研究课题。本项目对上海、山西和无锡市的普通公路网进行实车交通排放检测与数据收集实验，利用OBEAS-3000车辆排放检测装置收集不同车型（轻型车和重型车）在不同运行工况下的微观运行特征数据以及交通排放数据，包括车辆运行过程中的瞬时速度、瞬时加速度、车辆位置、不同尾气（CO、HC和NOx）的瞬时排放。基于收集的数据，分析了轻型车和重型车不同微观运行工况（速度与加速度）对不同尾气瞬时排放的相关性，分析了速度和加速度对交通排放影响的耦合作用，解析了车辆不同微观运行工况下三种尾气的排放规律。同时，重点分析了轻型车与重型车在相同运行工况下不同交通排放速率与比例的差异性。在此基础上，采用VSP（Vehicle Specific Power）模型分别建立了普通公路轻型车和重型车的不同尾气（CO、HC和NOx）瞬时排放的量化模型，用于计算机动车在不同运行工况下的瞬时排放量。基于以上建立的轻型车与重型车的公路机动车个体排放模型，本研究结合VISSIM交通仿真平台，定量分析了普通公路设计因素（平曲线、纵坡、车道数、专用车道长度）和交通管理因素（限速、接入管理、交叉口信号配时）对交通排放的影响规律，并提出了有针对性的普通公路节能减排建议。