面向制定路网节能减排政策的运行模式分布模型研究

The proposed research analyzes key problems in the development of vehicle operating mode distribution model, including the time aggregation interval, the speed division interval, and the vehicle operating mode distribution division method. After considering the estimation effects, the derivation of parameters, and the computational complexity, it develops the vehicle operating mode distribution models for estimating vehicle emissions on dynamic traffic networks. First, based on the collection of large amound of second-by-second traffic data, it studies the impacts of different time aggregation intervals and speed division intervals on the stability of vehicle operating modes, thus determines the optimal time aggregation interval and speed division interval. Then, it analyzes the impact of different operating mode division methods on emission estimations, and subsequently develops the road segment operating mode distribution model under different average speeds using mathematical function curve fitting, as well as the cluster model of intersection operating mode based on the analyses of characteristic parameters. Finally, it applies the proposed operating mode distribution models to the emission analyses under different traffic strategies including the vehicle restriction, exclusive bus lane, and Electronic Toll Collection (ETC). The proposed research aims at solving the problem that traditional emission model and traffic model are not well coordinated, which ultimately provides the technical and theoretical supports for making energy conservation and emission reduction policies on urban road networks.

本项目将针对时间集成粒度、速度区间划分粒度以及运行模式区间划分方法等机动车运行模式模型构建中的关键问题开展分析，综合考虑预测效果、参数获取方法、计算复杂度等因素，建立用于动态交通路网排放预测的运行模式分布模型。首先，在收集大量逐秒交通运行数据的基础上，研究不同时间集成粒度、速度区间划分集成粒度对运行模式分布稳定性影响，确定面向排放测算的最优时间和速度区间集成粒度。接着，研究不同运行模式的区间划分方法对排放测算的影响，并通过数学函数拟合比选建立不同速度分布下的路段运行模式分布模型，通过对关键参数分析建立交叉口运行模式的聚类模型。然后，利用实际路网评价车辆限行、公交专用道、ETC等不同交通策略下的路网排放情况。本研究旨在解决传统排放模型与交通模型之间不能有效衔接的问题，最终为制定城市路网节能减排政策提供科学的技术和理论支持。

准确地量化机动车尾气排放是制定合理有效的交通节能减排政策的前提。机动车的运行模式分布是能够直接反映交通网络动态变化特性重要参数，而在不同运行模式下的排放，是准确量化机动车总排放量的基础，因此，运行模式分布是不同交通策略下环境效益评价的决定因素。在现有的机动车排放的相关研究中，尚缺乏既能反映交通网络的动态变化特性，又能有效衔接机动车排放模型的方法，使交通策略在路网中的排放效益量化评价困难。.在此背景下，本项目通过在46辆轻型汽油车安装GPS（Global Position System， GPS）设备，收集了覆盖不同道路类型和时间段（工作日/周末、高峰/平峰）的海量车辆运行轨迹数据，共计88万余条。本项目首先通过对时间集成粒度、速度区间划分粒度以及运行模式区间划分方法等机动车运行模式模型构建中的关键问题展开分析，发现时间集成粒度越小，速度划分的间隔粒度越小，污染物排放计算的准确性越高，而运行模式区间划分方法的影响较小。其次，本项目利用高斯函数拟合了不同平均速度下的路段运行模式分布，建立了随平均速度变化的高斯参数模型，从而通过函数拟合实现了由平均速度向车辆运行模式分布的直接转换。然后，本项目通过对交叉口区域的运行模式分布特征分析，提取了交叉口运行模式特征参数，提出了基于逐步回归和运行模式分布率的参数权重确定方法，在此基础上，建立了基于粒子群聚类方法的交叉口运行模式分布模型。最后，本项目分别以北京市实行尾号限行措施和交叉口的排放评价为例，对路段运行模式分布模型和交叉口运行模式分布模型的应用方法进行了实例验证。.本项目基于现有交通运行数据采集系统和机制，构建了用于动态交通路网排放预测的运行模式分布模型，使得车流运行与交通排放有效衔接，有助于实现对路网排放的量化，从而为政府节能减排政策的制定提供决策依据。