一种机动车尾气遥测设备综合布点系统技术方案

本发明专利技术公开了一种机动车尾气遥测设备综合布点系统，包括基于道路相似性的布点模块、基于路网拓扑结构的布点模块与基于特定车辆路线的布点模块。基于道路相似性的布点模块，使用一种基于道路相似性的机动车尾气遥测设备布点方法来实现；基于路网拓扑结构的布点模块，使用一种基于图论的机动车尾气遥感监测设备布点算法来实现；基于特定车辆路线的布点模块，使用一种基于图论与布尔代数的机动车尾气遥测设备布点方法来实现，针对城市公交系统尾气的普查进行尾气遥测设备选址布点。三个模块可单独使用，也可组合使用，实现针对不同目标的布点方案设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术具体涉及一种机动车尾气遥测设备综合布点系统，属于公共设施布点选址

技术介绍
由于近年来全国机动车保有量迅猛增长，致使市区以及各地交通拥堵现象日趋严重，大气环境质量也呈现出恶化趋势，机动车排气污染监控工作正面临着严峻的挑战。机动车尾气是城市大气环境污染的重要污染物，是城市空气污染的主要源头，在城市环境污染监测方面，机动车尾气监测所占比例越来越高，已经成为环境保护与管理的重要组成部分。从2000年以来，环保部门对于机动车尾气的监管不断加强，一方面，通过提高排放标准加速老旧机动车淘汰的速度：机动车尾气排放标准不断提高，从欧I、欧II到国五标准，仅仅经过了10余年的时间。另一方面，机动车尾气检测手段和技术不断发展，先后经历双怠速法、简易工况法、模拟工况法、遥感监测法等阶段，检测设备也从手持式、便携式、检测场固定式发展到了车载移动式、路侧固定式。其中，由于新兴的遥感监测法具有检测周期短、无需人工参与、准确度高与不影响交通的特点，已渐渐成为机动车尾气检测的重要技术手段，得到了业界的普遍认同。尽管如此，遥感监测法能解决的也仅仅是尾气检测的问题，对于城市机动车(尤其在用机动车)的整体管控问题，仍然不能完全解决。由于机动车尾气遥测设备尚未在城市路网得到广泛使用，对于遥测设备的布点选址问题，已有的研究很少。《一种城市路网机动车尾气实时遥感监测基址选取方法》(申请号：201510214145.6)公开了一种在整个城市路网区域进行遥测设备的选址方法，该方法的目的是通过尾气遥测设备的点位优化从而使得城市路网上的遥测设备可检测到尽量多的车辆，该方法侧重于个体车辆排放水平的普查，不适合例如重点车辆尾气排放状况排查、城市路网区域排放浓度估计等方面的研究。在环境监测领域内，与此相似的有空气质量监测的布点选址问题，关于这一问题的研究较多。传统的空气质量监测的布点选址方法主要有：网格布点法、功能分区布点法、扇形布点法和同心圆多方位布点法。刘潘炜等在《区域空气质量监测网络优化布点方法研究》(中国环境科学，2010年07期)中以最大贴近度为优化目标，提出一种区域空气质量监测网络点位优化问题的整数规划模型，并采用分支定界法进行求解。由于尾气遥测设备是安装在道路上的，该文献中考虑的人口约束及空间覆盖度约束不适用于本项目，而且目标函数也不同。万开等在《网络自动质控在空气优化布点监测中的应用》(环境科学与技术，2010年6E期)中将固定和移动自动监测结合起来，使用网络远程质控技术实现空气质量监测的优化布点，本质上还是网格布点法。然而我们所要进行安装布设的遥测设备只是固定式的，该方法因此也不适用。专利技术专利《一种空气质量监测站优化布点方法》(申请号：201610037653.6)公开了一种以克里金方差最小化为目标的空气质量监测站优化布点方法，该方法考虑在研究区域内已经存在监测布点网络的基础上在该区域增加布点。而对于机动车尾气遥感监测而言，这样的网络尚未形成，因此该专利技术所提供的方法无法适用于机动车尾气遥测设备布点。虽然国内遥感监测法已经慢慢开始发展普及，但是其后续工作仍比较空白。其中，机动车尾气遥测设备在路网上的布点问题尤其关键，因此亟需提出一系列切实有效的布点方案，以推动机动车尾气遥测技术的实际应用，推进我国机动车尾气遥测产业快速发展，为环境污染地域的联防联控和氮氧化物总量减排的政策提供强有力的技术支撑。
技术实现思路
传统的遥感监测法只能对其中极少部分车辆进行检测，且各监测点分散，没有实现系统化和集成化，没有充分利用各监测点数据的相互联系，无法实现更高层面的监管，为有关部门提供决策依据或建议。本专利技术技术能克服上述缺点，真正发挥尾气遥测设备的优势，实现城市管理的网络化、系统化，提供一种机动车尾气遥测设备综合布点系统。本专利技术技术解决方案：一种机动车尾气遥测设备综合布点系统，包括基于道路相似性的布点模块、基于路网拓扑结构的布点模块与基于特定车辆路线的布点模块；解决机动车尾气遥测设备在城市路网中的选址布点问题，能够将路网拓扑、道路信息、气象信息、交通信息及布点区域已有检测器数量的数据作为输入，实现有效检测车辆数最大、车辆检测差别性最小及道路覆盖率最大的目标，根据性能指标的不同，为相关部门提供多种选址布点方案，应用选址布点方法对机动车尾气遥测设备在城市路网中的布设点位进行优化，可确保采集数据的完整性和多样性，更好地服务于后续的数据处理和分析。基于道路相似性的布点模块，使用一种基于道路相似性的机动车尾气遥测设备布点方法来实现，充分考虑了道路特性、道边环境与气象因素，提取出其中关键的属性进行聚类，采用层次聚类的方法对城市路网的不同路段进行聚类，能够将任意数目的尾气遥测设备进行优化布点；基于路网拓扑结构的布点模块，使用一种基于图论的机动车尾气遥感监测设备布点算法来实现，以城市路网拓扑结构为主，辅以车流量等级，城市的区域功能信息，基于图与超图理论对问题进行建模，将遥测设备的布点选址问题转化为最小横贯问题，最终采用贪婪算法求解出布设尾气遥测设备的路段集合；基于特定车辆路线的布点模块，使用一种基于图论与布尔代数的机动车尾气遥测设备布点方法来实现，针对城市公交系统尾气的普查进行尾气遥测设备选址布点，首先基于超图理论，将公交车运行路线转化为公交路线超图，然后用布尔代数的相关原理，确定尾气遥测设备在城市路网中的布设位置；上述基于道路相似性的布点模块、基于路网拓扑结构的布点模块与基于特定车辆路线的布点模块可单独使用，也可组合使用，选择标准取决于输入信息的多少以及决策者对布设于城市路网的尾气遥测设备的功能需求；在尾气检测信息、道路车流量信息、天气信息和道路相关信息都可获得的情况下采用基于道路相似性的布点模块；在输入信息只包含交通路网的拓扑结构和一些容易获得的交通信息，包括路段所属区域功能、交通流量的等级及是否建有天桥时，采用基于路网拓扑结构的布点模块；需要对公交车这一种类的机动车进行重点监控时采用基于特定车辆路线的布点模块。所述基于路网拓扑结构的布点模块中，一种基于道路相似性的机动车尾气遥测设备布点方法，包括以下步骤：步骤一：采集所需样本数据并对样本数据进行预处理，所述所需样本数据是指用尾气遥测设备获得目标路网中每条路段一段时间内的尾气检测信息、道路车流量信息、天气信息和道路相关信息；数据预处理包括数据清洗、数据规约和数据变换三个方面；步骤二：采用层次聚类的方法对步骤一中经过数据预处理处理后的样本数据进行聚类分析；采用欧几里德距离作为聚类距离的度量，首先将每个样本都归为一类，计算每两个类之间的相似度，也就是样本与样本两两之间距离进行度量；然后把其中相似程度最高也就是距离最小的样本聚成一类，循环重复相似性度量并进行最近类的合并，每次减少一类，最后直到所有的样本被聚到一类中去，得到聚类结果；步骤三：根据步骤二中的聚类结果，绘制聚类谱系图，将每一步聚类的结果直观的显示在聚类谱系图上；步骤四：对所考察的路段赋予权重，代表路段的重要程度以及优先考虑程度，将任意数目的尾气遥测设备对应相应数目的聚类结果，在聚类谱系图上找到包含类数目等于对应数目的聚类结果，选取每个类中权重最大的路段布设尾气遥测设备，最终得到将任意数目的尾气遥测设备进行布点的方案。所述一种基于道路相似性的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机动车尾气遥测设备综合布点系统，其特征在于：包括基于道路相似性的布点模块、基于路网拓扑结构的布点模块与基于特定车辆路线的布点模块；基于道路相似性的布点模块，使用一种基于道路相似性的机动车尾气遥测设备布点方法来实现，充分考虑了道路特性、道边环境与气象因素，提取出其中关键的属性进行聚类，采用层次聚类的方法对城市路网的不同路段进行聚类，能够将任意数目的尾气遥测设备进行优化布点；基于路网拓扑结构的布点模块，使用一种基于图论的机动车尾气遥感监测设备布点算法来实现，以城市路网拓扑结构为主，辅以车流量等级，城市的区域功能信息，基于图与超图理论对问题进行建模，将遥测设备的布点选址问题转化为最小横贯问题，最终采用贪婪算法求解出布设尾气遥测设备的路段集合；基于特定车辆路线的布点模块，使用一种基于图论与布尔代数的机动车尾气遥测设备布点方法来实现，针对城市公交系统尾气的普查进行尾气遥测设备选址布点，首先基于超图理论，将公交车运行路线转化为公交路线超图，然后用布尔代数的相关原理，确定尾气遥测设备在城市路网中的布设位置；上述基于道路相似性的布点模块、基于路网拓扑结构的布点模块与基于特定车辆路线的布点模块可单独使用，也可组合使用，选择标准取决于输入信息的多少以及决策者对布设于城市路网的尾气遥测设备的功能需求；在尾气检测信息、道路车流量信息、天气信息和道路相关信息都需要获得的情况下采用基于道路相似性的布点模块；在输入信息只包含交通路网的拓扑结构和一些容易获得的交通信息，包括路段所属区域功能、交通流量的等级及是否建有天桥时，采用基于路网拓扑结构的布点模块；需要对公交车这一种类的机动车进行重点监控时采用基于特定车辆路线的布点模块。...

【技术特征摘要】
1.一种机动车尾气遥测设备综合布点系统，其特征在于：包括基于道路相似性的布点模块、基于路网拓扑结构的布点模块与基于特定车辆路线的布点模块；基于道路相似性的布点模块，使用一种基于道路相似性的机动车尾气遥测设备布点方法来实现，充分考虑了道路特性、道边环境与气象因素，提取出其中关键的属性进行聚类，采用层次聚类的方法对城市路网的不同路段进行聚类，能够将任意数目的尾气遥测设备进行优化布点；基于路网拓扑结构的布点模块，使用一种基于图论的机动车尾气遥感监测设备布点算法来实现，以城市路网拓扑结构为主，辅以车流量等级，城市的区域功能信息，基于图与超图理论对问题进行建模，将遥测设备的布点选址问题转化为最小横贯问题，最终采用贪婪算法求解出布设尾气遥测设备的路段集合；基于特定车辆路线的布点模块，使用一种基于图论与布尔代数的机动车尾气遥测设备布点方法来实现，针对城市公交系统尾气的普查进行尾气遥测设备选址布点，首先基于超图理论，将公交车运行路线转化为公交路线超图，然后用布尔代数的相关原理，确定尾气遥测设备在城市路网中的布设位置；上述基于道路相似性的布点模块、基于路网拓扑结构的布点模块与基于特定车辆路线的布点模块可单独使用，也可组合使用，选择标准取决于输入信息的多少以及决策者对布设于城市路网的尾气遥测设备的功能需求；在尾气检测信息、道路车流量信息、天气信息和道路相关信息都需要获得的情况下采用基于道路相似性的布点模块；在输入信息只包含交通路网的拓扑结构和一些容易获得的交通信息，包括路段所属区域功能、交通流量的等级及是否建有天桥时，采用基于路网拓扑结构的布点模块；需要对公交车这一种类的机动车进行重点监控时采用基于特定车辆路线的布点模块。2.根据权利要求1所述的机动车尾气遥测设备综合布点系统，其特征在于：所述基于路网拓扑结构的布点模块中，一种基于道路相似性的机动车尾气遥测设备布点方法，包括以下步骤：步骤一：采集所需样本数据并对样本数据进行预处理，所述所需样本数据是指用尾气遥测设备获得目标路网中每条路段一段时间内的尾气检测信息、道路车流量信息、天气信息和道路相关信息；数据预处理包括数据清洗、数据规约和数据变换三个方面；步骤二：采用层次聚类的方法对步骤一中经过数据预处理处理后的样本数据进行聚类分析；采用欧几里德距离作为聚类距离的度量，首先将每个样本都归为一类，计算每两个类之间的相似度，也就是样本与样本两两之间距离进行度量；然后把其中相似程度最高也就是距离最小的样本聚成一类，循环重复相似性度量并进行最近类的合并，每次减少一类，最后直到所有的样本被聚到一类中去，得到聚类结果；步骤三：根据步骤二中的聚类结果，绘制聚类谱系图，将每一步聚类的结果直观的显示在聚类谱系图上；步骤四：对所考察的路段赋予权重，代表路段的重要程度以及优先考虑程度，将任意数目的尾气遥测设备对应相应数目的聚类结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：康宇，李泽瑞，朱蓉蓉，杨钰潇，陈国勇，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34