一种基于交通拥堵评价指标的机动车油耗排放强度测算方法技术

本发明专利技术公开了基于交通拥堵评价指标的机动车油耗排放强度测算方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、数据采集及处理；步骤二、数据聚类分析；步骤三、建立模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于路网拥堵及车辆排放
，具体涉及一种基于交通拥堵评价指标的机动车油耗排放强度测算方法。
技术介绍
近年来，随着科学技术的发展，依托智能化的交通信息采集技术，实时的道路交通运行状态评估成为热门研究方向。有利于全面掌握交通运行状态，合理引导交通参与者客观、正确地认知交通运行状态。国内外交通管理部门和研究机构展开了大量的交通拥堵评价相关研究，结合实际特点，每个城市对于交通拥堵评价指标也从不同角度给出了其定义，如拥堵指数（CongestionIndex）（D’Este和Tylor），道路拥堵指数（RoadwayCongestionIndex,RCI），出行率指数（TravelRateIndex，TRI），出行时间指数（TravelTimeIndex，TTI），LKDIF（LaneKilometerDurationIndexunderLOSF），TomtomCongestIndex（CI），交通运行指数TPI（TrafficPerformanceIndex）等。虽然各地交通拥堵评价指标的测算机理不同，但均被利用描述整体交通状态。交通拥堵评价指标不仅便于交通出行者对实时交通拥堵状况的把握，也为交通管理部门制定交通战略规划、实时动态路网状态分析提供新的技术手段。目前，交通拥堵评价指标在世界各大城市具有广泛的应用，且随着智能交通技术的发展，其将来的应用会更加普遍。交通拥堵现象的频发，导致机动车在怠速、低速、急加速和急减速等非稳定行驶状态下的时间增加，使机动车排放物大量增加。为定量化城市交通网络中机动车的污染物排放量，研究学者应用排放因子展开了广泛研究。排放因子（EmissionFactor，EF）是指机动车行驶单位距离后产生的不同排放物的质量（单位为g/km），不仅可以反映某类型车的微观排放特征，也可反映区域内不同交通状况下的宏观排放特征。因此，研究学者选择排放因子作为量化机动车尾气控制对策研究的依据。在交通与环境的双重压力下，城市交通管理部门和环境保护部门已经开始联合行动。旨在通过采取治污与治堵一体化的措施，在改善交通拥堵的同时也取得节能减排的改善效果。因此，对交通规划、交通政策乃至交通项目节能减排效果进行科学评价的需求日益迫切。特别是目前许多城市已经建立了基于微观车辆速度数据的交通拥堵评价方法来进行路网整体运行水平的评价，使微观指标与宏观指标有机结合。但是由于研究角度的差异，目前尚缺少城市路网拥堵强度和机动车排放的定量关系的研究，尽管部分研究从城市路网着手，但是并没有开展交通拥堵评价指标与城市路网机动车油耗排放强度的关系研究。为此，本专利技术设计了一种基于交通拥堵评价指标的机动车油耗排放强度测算方法。通过整理和研究国内外的研究成果发现，目前研究集中于在交通拥堵评价指标开发、量化拥堵对车辆排放的影响、车辆行驶速度与车辆排放的关系研究等方面，缺乏对城市路网拥堵强度和机动车排放关系的量化研究，尽管有部分研究从城市路网入手，但是没有对交通拥堵评价指标与路网机动车油耗排放强度的关系进行研究。为克服现有研究的空白，本专利技术提供了一种基于交通拥堵评价指标的机动车油耗排放强度测算方法。本专利技术通过排放测试实验得到了不同排放标准轻型车的NOx、CO2、CO、HC排放因子和油耗因子。并考虑了实际交通流中不同排放标准车辆的构成比例，综合反映速度与NOx、CO2、CO、HC排放因子和油耗因子的定量关系。本专利技术考虑到速度与油耗排放因子间的非线性关系，在研究交通运行指数与机动车油耗排放强度间的量化关系时，选用交通运行指数与速度分布数据，而非交通运行指数与速度数据。本专利技术聚类分析了交通运行指数与速度分布数据，不仅降低了交通运行指数与速度分布关系的不确定性，也降低了交通运行指数与机动车油耗排放强度关系的不确定性。并聚类分析了交通运行指数与速度分布特征。本专利技术以《道路交通信息服务、交通状况描述（GB29107-2012）》中的交通拥堵评价指标-道路交通运行指数（TrafficPerformanceIndex，TPI；以下简称交通指数）为例，研究机动车油耗排放强度与交通运行指数间的关系。通过对交通拥堵评价指标和排放模型的测算机理进行分析，选择速度作为中间变量，本专利技术建立了交通运行指数与机动车能耗排放强度的关系模型。本专利技术以聚类原则下交通运行指数的速度分布数据为基础，测算了相应分类条件下交通运行指数与机动车油耗排放因子的关系。并考虑实际应用，得到了不同日期和时间段交叉组合分类条件下，各道路等级和全路网交通运行指数与机动车油耗排放因子的拟合函数。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于交通拥堵评价指标的机动车油耗排放强度测算方法。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案：针对现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种基于交通拥堵评价指标的机动车油耗排放强度测算方法。本专利技术以《道路交通信息服务、交通状况描述（GB29107-2012）》中的交通拥堵评价指标——道路交通运行指数（TrafficPerformanceIndex，TPI；以下简称交通指数）为例，研究机动车油耗排放强度与交通运行指数的关系，特指这一定义下的交通运行指数，不适用此标准外的指数。本专利技术提供的是一种研究方法和思路，同时适用于其他交通拥堵评价指标，在此不做介绍。同时，在本专利技术中利用油耗因子（g/km）和排放因子（g/km）作为单车的油耗强度和排放强度。排放因子（油耗因子）是指机动车行驶单位距离所排放污染物（消耗燃油）的质量，单位g/km，用来量化机动车的排放强度（油耗强度）。本专利技术利用北京市浮动车（FloatingCarData）交通信息采集系统获取浮动车数据，建立交通运行指数与速度分布数据测算模型，处理成分道路等级的交通运行指数与速度分布数据。分析发现交通运行指数与快速路、主干路、次支路的速度分布关系存在不确定性。本专利技术分析了影响城市交通网络速度分布的因素，利用K-Means聚类方法，结合基于Silhouette测度的最佳聚类数函数，设计了城市交通运行指数的速度分布聚类方案。为评价各方案的聚类效果，本专利技术提出了速度分布变异系数和排放因子变异系数两个指标。本专利技术选择了聚类效果较优的聚类方案，并聚类分析了交通运行指数与速度分布特征。本专利技术通过车载测试（PEMS，PortableEmissionMeasurementSystem，车载尾气检测设备），对不同排放标准的轻型汽油车进行排放测试。同时，通过GPS系统，以精确的时间为切合点，把机动车尾气排放与行驶路段的真实工况结合起来，则可得到每秒机动车所在的地理位置、行驶状况及其相应的排放情况。通过排放测试实验，本专利技术得到了不同排放标准轻型车的NOx、CO2、CO、HC排放因子和油耗因子与速度的量化关系。本专利技术通过分析交通拥堵评价指标（交通指数）和油耗排放因子的测算机理，选择速度为衔接点，分道路等级构建了机动车油耗排放因子与交通指数的关系分析框架。并以聚类原则下的交通指数与速度分布数据为基础，结合速度与油耗排放因子的量化关系，测算了相应分类原则下快速路、主干路、次支路、全路网机动车油耗排放因子与交通指数的定量关系。并考虑到实际应用，本专利技术通过拟合得交通指数与NOx、HC、CO、CO2排放因子和油耗因子的函本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于交通拥堵评价指标的机动车油耗排放强度测算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一、数据采集及处理；步骤二、数据聚类分析；步骤三、建立模型；其中，所述步骤一为进行城市交通运行指数的速度分布特征分析，具体包括数据采集、数据质量控制及处理、数据初步分析和交通指数的速度分布不确定性分析；所述步骤二为进行城市交通运行指数的速度分布聚类分析，具体包括影响因素分析，利用K‑Means聚类方法并结合基于Silhouette测度的最佳聚类数函数，得到聚类方案，并设计聚类评价指标评价聚类效果；所述步骤三为进行基于城市交通运行指数的排放测算及不确定性分析，具体包括机动车油耗排放强度与交通指数的关系模型，进行排放测算及不确定性分析，得到关系曲线和拟合函数。

【技术特征摘要】
1.基于交通拥堵评价指标的机动车油耗排放强度测算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一、数据采集及处理；步骤二、数据聚类分析；步骤三、建立模型；其中，所述步骤一为进行城市交通运行指数的速度分布特征分析，具体包括数据采集、数据质量控制及处理、数据初步分析和交通指数的速度分布不确定性分析；所述步骤二为进行城市交通运行指数的速度分布聚类分析，具体包括影响因素分析，利用K-Means聚类方法并结合基于Silhouette测度的最佳聚类数函数，得到聚类方案，并设计聚类评价指标评价聚类效果；所述步骤三为进行基于城市交通运行指数的排放测算及不确定性分析，具体包括机动车油耗排放强度与交通指数的关系模型，进行排放测算及不确定性分析，得到关系曲线和拟合函数。2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：在所述步骤一中，利用已有数据库中的路段速度和交通指数的数据，建立交通指数与速度分布的关系模型，实现交通指数与速度分布规律的计算模型，包括如下步骤：步骤(1)、批量从路网速度数据库中获取道路速度数据；步骤(2)、按照道路等级，以0.2为步长在交通指数数据库中获取相应的交通指数及所处时刻；以此结果为依据，在经过步骤(1)的道路速度数据中批量获取与之相对应的道路速度数据集合；步骤(3)、考虑到不同道路等级上车辆的运行特性存在显著差异，按照道路等级对路段速度数据和指数进行关联分析，通过聚类以及概率分布分析的方法对同一指数下各等级道路的速度分布进行分析，从而得到交通指数和路段速度的分布关系模型；具体计算方法为：测算同一时刻同一交通指数下不同速度区间的路段VKT之和占路网VKT总量的比例，可获得某一交通指数下的速度分布规律；车辆行驶里程VKT是衡量机动车行驶量多...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳秋思，张宝武，张远景，宋国华，于雷，
申请(专利权)人：黑龙江省城市规划勘测设计研究院，北京交通大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23