一种基于气象条件的交通空气污染物浓度预测方法与系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于气象条件的交通空气污染物浓度预测方法，所述方法包括：S1：计算基于当量交通量的综合排放因子；S2：计算链路的污染物排放率，基于气象条件对污染物扩散源进行预处理，并计算所述污染物扩散源的源强；S3：根据所述气象条件下污染物的扩散模式确定各污染物的污染范围和污染物浓度；S4：计算观测区域当前时段的污染物残留浓度和未来时段的污染物浓度，并预测所述观测区域未来时段的污染物预测浓度，本发明专利技术同时公开了一种基于气象条件的交通空气污染物浓度预测系统，考虑实时交通数据和气象数据估算交通空气污染物浓度，同时考虑污染物的浓度残留，增强了交通空气污染物浓度预测的实用性和准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及交通空气污染物浓度预测领域。更具体地，涉及一种基于气象条件的交通空气污染物浓度预测方法与系统。
技术介绍
我国城市居民机动车保有量的不断增长和出行需求的不断增加导致了更多的机动车尾气的排放，进而严重影响了城市空气质量和居民生活环境。因此，构建一种估算交通污染物浓度的方法对于监测交通对于空气污染的影响具有重要意义。目前，传统的交通污染物浓度估算方法虽然已经形成体系，然而仍然存在一些不足：首先，现有的污染物浓度预测方法中假设交通排放量已知，而该数据其实是难以大量获取的，即使中通过计算获得交通排放量，但是获得的交通排放量只与交通量呈正比例关系，不考虑其他变量的影响，这也是不符合实际的，因此，目前的方法难以准确获取道路交通排放量，而交通排放量却是交通污染物浓度估算方法的重要输入；其次，现有技术中并未充分考虑气象条件对污染物扩散产生的影响，即在不同的气象条件下，污染物的扩散模式、影响范围都应当有所不同，因而其预测结果较为粗糙。此外，现有交通污染物浓度预测方法并未考虑污染物的残留，因而各时段的预测结果缺乏连贯性。因此，需要提供一种基于实时交通和气象条件估算交通空气污染物浓度的方法与系统，利用实时交通数据和气象数据估算交通空气污染物浓度，同时考虑污染物的浓度残留，增强了交通空气污染物浓度预测的实用性和准确性。
技术实现思路
本专利技术要解决的一个技术问题是提供一种基于实时交通和气象条件估算交通空气污染物浓度的方法，考虑多种因素对于交通空气污染物的影响，提高交通空气污染物浓度预测的准确性。本专利技术要解决的另一个技术问题是提供一种基于实时交通和气象条件估算交通空气污染物浓度的系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术一方面公开了一种基于气象条件的交通空气污染物浓度预测方法，其特征在于，所述方法包括：S1：基于车型比例、车型换算系数和车型排放因子，计算基于当量交通量的综合排放因子；S2：计算链路的污染物排放率，基于气象条件对污染物扩散源进行预处理，并计算所述污染物扩散源的源强；S3：根据所述气象条件下污染物的扩散模式确定各污染物的污染范围和污染物浓度；S4：计算观测区域当前时段的污染物残留浓度和未来时段的污染物浓度，并预测所述观测区域未来时段的污染物预测浓度。优选地，所述S1包括：S11：根据车型比例、车型换算系数，基于自然交通量计算当量交通量，所述当量交通量为其中，V表示自然交通量，Pk表示第k类车的车型比例，Ck表示第k类车的车型换算系数；S12：根据车型排放因子，基于自然交通量计算链路交通排放量，所述链路交通排放量为其中，L表示链路长度，EFk表示第k类车的车型排放因子；S13：基于当量交通量计算综合排放因子，所述综合排放因子为优选地，所述S2包括：S21：根据所述综合排放因子，计算链路的污染物排放率，所述污染物排放率为其中，L表示链路的长度，表示链路的当量交通量，T表示时间间隔，EFpcu表示综合排放因子；S22：基于气象条件对污染物扩散源进行预处理，并计算所述污染物扩散源的源强；当风速在1.5m/s以上时，将污染源做线源方式处理，所述线源的源强为其中，L0为污染源的线源长度。当风速小于1.5m/s时，将污染源做点源方式处理，所述点源的源强为污染物排放率。优选地，所述S3包括：S31：基于气象条件确定污染源的污染范围；当风速不大于0.5m/s时，污染源的污染范围为圆形，所述圆形的半径为r＝Tu其中，r表示污染物接受点的被影响范围的半径；T表示时段长度，u表示风速；当风速大于0.5m/s时，污染源的污染范围为扇形，所述扇形的半径为x2+y2＝(3600×u)2其中，x和y表示污染范围内各点与污染源的下风向距离和横风距离；σy10表示扩散参数；S32：基于气象条件确定所述污染范围内的污染物浓度；当风速在1.5m/s以上时，将污染源做线源方式处理，污染范围内的空气污染物浓度为其中，z为污染范围内各点的高度，q为线源源强，u为风速，L0为线源的长度，σy和σz分别为y和z方向的扩散参数；当风速小于1.5m/s时，将污染源做点源方式处理，污染范围内的空气污染物浓度为D＝B/2AB＝xu/a2其中，a，b为扩散参数。优选地，所述S4包括：S41：计算观测区域当前时段污染物在未来时段残留的污染物残留区域，所述污染物残留区域的面积为所述观测区域当前时段的风向和未来时段的风向形成的夹角与所述观测区域的重合区域；S42：根据所述气象条件，确定观测区域j的污染物总质量为其中，为j在T时段的污染物总质量，为j在T时段的污染物浓度，Aj为j的面积；S43：确定观测区域内的污染物残留浓度为其中，为观测区域的污染物残留区域；S44：预测所述观测区域未来时段的污染物预测浓度为其中，为T+1时段的污染物浓度。本专利技术同时公开了一种基于气象条件的交通空气污染物浓度预测系统，其特征在于，所述系统包括：综合排放因子计算模块：用于基于车型比例、车型换算系数和车型排放因子，计算基于当量交通量的综合排放因子；污染物扩散源处理模块：用于计算链路的污染物排放率，基于气象条件对污染物扩散源进行预处理，并计算所述污染物扩散源的源强；污染物浓度计算模块：用于根据所述气象条件下污染物的扩散模式确定各污染物的污染范围和污染物浓度；污染物浓度预测模块：用于计算观测区域当前时段的污染物残留浓度和未来时段的污染物浓度，并预测所述观测区域未来时段的污染物预测浓度。优选地，所述污染物扩散源处理模块用于根据车型比例、车型换算系数，基于自然交通量计算当量交通量，所述当量交通量为其中，V表示自然交通量，Pk表示第k类车的车型比例，Ck表示第k类车的车型换算系数；根据车型排放因子，基于自然交通量计算链路交通排放量，所述链路交通排放量为其中，L表示链路长度，EFk表示第k类车的车型排放因子；基于当量交通量计算综合排放因子，所述综合排放因子为优选地，所述污染物扩散源处理模块用于根据所述综合排放因子，计算链路的污染物排放率，所述污染物排放率为其中，L表示链路的长度，表示链路的当量交通量，T表示时间间隔，EFpcu表示综合排放因子；基于气象条件对污染物扩散源进行预处理，并计算所述污染物扩散源的源强；当风速在1.5m/s以上时，将污染源做线源方式处理，所述线源的源强为其中，L0为污染源的线源长度。当风速小于1.5m/s时，将污染源做点源方式处理，所述点源的源强为污染物排放率。优选地，所述污染物浓度计算模块用于基于气象条件确定污染源的污染范围；当风速不大于0.5m/s时，污染源的污染范围为圆形，所述圆形的半径为r＝Tu其中，T表示时段长度，u表示风速；当风速大于0.5m/s时，污染源的污染范围为扇形，所述扇形的半径为x2+y2＝(3600×u)2其中，x和y表示污染范围内各点与污染源的下风向距离和横风距离；σy10表示扩散参数；基于气象条件确定所述污染范围内的污染物浓度；当风速在1.5m/s以上时，将污染源做线源方式处理，污染范围内的空气污染物浓度为其中，z为污染范围内各点的高度，q为线源源强，u为风速，L0为线源的长度，σy和σz分别为y和z方向的扩散参数；当风速小于1.5m/s时，将污染源做点源方式处理，污染范围内的空气污染物浓度为D＝B/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于气象条件的交通空气污染物浓度预测方法，其特征在于，所述方法包括：S1：基于车型比例、车型换算系数和车型排放因子，计算基于当量交通量的综合排放因子；S2：计算链路的污染物排放率，基于气象条件对污染物扩散源进行预处理，并计算所述污染物扩散源的源强；S3：根据所述气象条件下污染物的扩散模式确定各污染物的污染范围和污染物浓度；S4：计算观测区域当前时段的污染物残留浓度和未来时段的污染物浓度，并预测所述观测区域未来时段的污染物预测浓度。

【技术特征摘要】
1.一种基于气象条件的交通空气污染物浓度预测方法，其特征在于，所述方法包括：S1：基于车型比例、车型换算系数和车型排放因子，计算基于当量交通量的综合排放因子；S2：计算链路的污染物排放率，基于气象条件对污染物扩散源进行预处理，并计算所述污染物扩散源的源强；S3：根据所述气象条件下污染物的扩散模式确定各污染物的污染范围和污染物浓度；S4：计算观测区域当前时段的污染物残留浓度和未来时段的污染物浓度，并预测所述观测区域未来时段的污染物预测浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1包括：S11：根据车型比例、车型换算系数，基于自然交通量计算当量交通量，所述当量交通量为Vpcu=VΣkPkCk]]>其中，V表示自然交通量，Pk表示第k类车的车型比例，Ck表示第k类车的车型换算系数；S12：根据车型排放因子，基于自然交通量计算链路交通排放量，所述链路交通排放量为E=LVΣkPkEFk]]>其中，L表示链路长度，EFk表示第k类车的车型排放因子；S13：基于当量交通量计算综合排放因子，所述综合排放因子为EFpcu=ELVpcu=ΣkPkEFkΣkPkCk.]]>3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2包括：S21：根据所述综合排放因子，计算链路的污染物排放率，所述污染物排放率为Q=LVpcuLEFpcuT]]>其中，L表示链路的长度，表示链路的当量交通量，T表示时间间隔，EFpcu表示综合排放因子；S22：基于气象条件对污染物扩散源进行预处理，并计算所述污染物扩散源的源强；当风速在1.5m/s...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚恩建，潘龙，张锐，金方磊，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11