ETC车道和人工收费车道的污染气体排放量对比分析方法技术

本发明专利技术公开了一种ETC车道和人工收费车道的污染气体排放量对比分析方法，包括基础数据采集、基础数据预处理和特性分析；所述基础数据采集，包括测试车辆排放气体中污染气体的体积浓度及测试车辆同步速度数据，以及ETC车道及人工收费车道在高、平峰交通流参数获取；所述基础数据预处理，包括各类污染气体质量排放率转化和污染气体排放因子计算，以及测试车辆比功率计算；所述特性分析，包括排放特性分析和交通流特性分析。通过数理统计方法，对比研究两类车道车辆运行特性及排放特征；最终得出ETC车道上污染气体排放率显著低于人工收费车道，且ETC系统在提高高速公路收费站处车辆运行效率，减少延误时长及排队长度有着明显的优势。

Comparative analysis method of pollutant emission from ETC lane and artificial toll lane

The invention discloses a comparison of the emissions of ETC lane and artificial toll lane analysis methods, including analysis of basic data collection, data preprocessing and characteristics; the basic data collection, volume concentration and test vehicle synchronous speed data including air pollution emissions testing gas vehicles, as well as ETC and artificial toll lane Lane in the high, flat peak traffic flow parameters; the data preprocessing, including various types of pollution gas emission rate conversion quality and pollution emissions factor calculation and test of vehicle specific power calculation; the analysis of the characteristics, including emission characteristics analysis and analysis of the traffic flow characteristics. By the method of mathematical statistics, research on two kinds of lane vehicle operating characteristics and emission characteristics comparison; finally the ETC Lane on the pollution emissions rate was significantly lower than that of manual toll lanes, and improve the operation efficiency of the ETC system in the vehicle at the highway toll station, reduce the delay time and queue length has obvious advantages.

【技术实现步骤摘要】
ETC车道和人工收费车道的污染气体排放量对比分析方法
本专利技术涉及交通节能减排技术，尤其是一种ETC车道和人工收费车道的污染气体排放量对比分析方法。
技术介绍
城际交通拥堵作为拥堵问题的重要组成部分，大多发生在高速公路收费站处，因为收费站处路段通行能力除了受到道路自身固有通行能力的约束外，更易受到收费站服务能力的限制，车辆必须减速驶入站内停车等待缴费，再加速驶离收费站，经常导致后续车辆不断地产生排队现象。更为显著地是，这种拥挤路况的产生使得车辆开开停停，燃油燃烧不充分，导致碳氢化合物和一氧化碳等排放污染物急剧增加。高速公路上的ETC收费站，是通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。ETC车道除了在提高过往车辆收费运行效率的同时，其在节能减排方面的作用也值得我们关注。然而，目前有关于ETC车道以及人工收费车道的排放量测算的研究还是一片空白。因此需要相关的研究填补这部分的空白，为ETC车道节能减排提供技术支撑。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供了一种分析ETC车辆尾气排放规律，为制定ETC节能减排政策提供理论依据的ETC车道和人工收费车道污染气体排放量对比分析方法。技术方案：本专利技术为实现上述目的采用以下技术方案：一种ETC车道和人工收费车道的污染气体排放量对比分析方法，包括以下步骤：S1、采集基础数据所述基础数据包括测试车辆排放气体中污染气体的体积浓度、测试车辆同步速度数据，以及ETC车道及人工收费车道在高峰、平峰交通流参数。S2、基础数据预处理包括排放数据处理和测试车辆比功率计算，其中排放数据处理包括各类污染气体质量排放率转化和污染气体排放因子计算。S3、特性分析包括排放特性分析和交通流特性分析。其中，所述步骤S1中污染气体的体积浓度为排放气体中的CO、HC、NOx和CO2气体的体积浓度；所述同步速度数据为测试车辆在排放测量时的实时车辆速度，测试车辆排放气体中污染气体的体积浓度及测试车辆同步速度数据要保证两类数据时间上同步；所述高峰、平峰交通流参数包括ETC车道及人工收费车道在高峰、平峰时段内速度、交通量、延误时长和排队长度。所述步骤S2中各类污染气体质量排放率转化指将数据采集过程中所得到的CO、HC、NOx和CO2污染气体体积浓度转换成相应的单位时间内污染气体排放质量，对于以汽油为燃料的车辆，各类污染气体质量排放率的计算公式如下：COg/s＝(mair+mfuel)×MCO/Mexhaust×CO％×10-2HCg/s＝(mair+mfuel)×MHC/Mexhaust×HCppm×10-2NOxg/s＝(mair+mfuel)×MNOx/Mexhaust×NOxppm×10-2CO2g/s＝(mair+mfuel)×MCO2/Mexhaust×CO2％×10-2其中，MCO为CO的分子量；MHC为排放气体中未完全燃烧的HC的分子量，HC为碳氢化合物；MNOx为NOx的分子量；MCO2为CO2的分子量；COg/s、HCg/s、NOxg/s以及CO2g/s分别是CO、HC、NOx和CO2气体质量排放率；HCppm为排放气体中碳氢化合物的气体体积浓度；CO％为排放气体中一氧化碳的体积百分比；NOxppm为排放气体中氮氧化合物的体积浓度；CO2％为排放气体中二氧化碳的体积百分比；mair和mfuel分别为单位时间空气和燃料的消耗质量；Mexhaust为尾气的分子量，用下式计算：Mexhaust＝(13.88×HCppm×10-6)+(28.01×CO％×10-2)+(44.01×CO2％×10-2)+(31.46×NOxppm×10-6)+(32.00×O2％×10-2)+(2.016×H2％×10-2)+18.01×(1-K)+(100-HCppm/104-CO％-CO2％-NOxppm/104-O2％-H2％-100×(1-K))×28.01/102其中，K通过公式K＝[1+0.005×(CO％+CO2％)×y-0.01×H2％]-1来计算，H2％通过公式H2％＝[0.5×y×CO％×(CO％+CO2％)]/[CO％+3×CO2％]来计算；其中，O2％为排放气体中氧气的体积百分比，H2％为排放气体中氢气的体积百分比；污染气体排放因子E是指单位行程长度内污染气体排放质量，在计算出污染气体的质量排放率后通过如下公式进行计算：E＝3600×R/V；其中，E为排放因子，R为各类污染气体的质量排放率，V为测试车辆的速度；所述测试车辆比功率VSP是指汽车发动机最大功率与汽车总质量之比，计算公式如下：VSP＝v×(a×(1+ε)+g×grade+g×CR)+0.5×ρa×CD×A×v3/m其中，m为测试车辆质量，v为测试车辆实时速度，a为测试车辆实时加速度，ε为质量因数；grade为垂直高度与斜坡的长度比，g为重力加速度，CR为滚动摩阻系数(无量纲)，CD为阻力系数；A为车辆的最大截面面积，ρa环境空气的密度。所述步骤S3中排放特性分析包括测试车辆在ETC车道与人工收费车道比功率值频率分布特性分析、各类污染气体与比功率之间关系分析、两类车道排放数据t检验及各类污染气体变化范围分析和排放因子分析；所述交通流特性分析包括对高、平峰时段内收费站的车辆排队长度、交通量、总延误时长对比分析，对高峰、平峰时段内车辆进、出两类收费站的平均速度、最大速度、平均加速度对比分析，对车辆的加速、减速、怠速和匀速四种运行状态分析，对同一时段不同类型车道、同一类型车道不同时段两情况下各自的最大排队长度、交通量以及总延误时长数据进行t检验，判断其是否显著不同。进一步的，所述测试车辆在ETC车道与人工收费车道比功率值频率分布特性分析是指绘制两类车道比功率值频率分布图分析其特性；所述各类污染气体与比功率之间关系分析是指绘制两类车道上各类污染气体质量排放率随比功率值变化的关系图分析其特性；所述两类车道排放数据t检验及各类污染气体变化范围分析是指通过t检验验证在ETC车道上的排放数据与人工收费车道上的排放数据特性，并分析CO、HC、NOx和CO2的质量排放率变化范围；所述排放因子分析是指通过将各类污染气体的质量排放率转化为其排放因子来进行特性分析。进一步的，所述对高、平峰时段内收费站的车辆排队长度、交通量、总延误时长对比分析，是通过将高、平峰时间段划分为若干小时间间隔来分别进行统计分析；其中，排队长度是指小时间间隔内车道的最大等候车辆数，交通量是指单位时间内通过收费站的车辆数，总延误时长是指每辆车的延误时长相加，每辆车的延误时长可通过实际行驶时间与没有来自前后车辆的任何影响的行驶时间相减来进行计算；所述对高、平峰时段内进、出两类收费站的平均速度、最大速度、平均加速度对比分析，是对小客车在高、平峰时段下进出两类车道的速度、加速度特性进行分析对比；所述对车辆的加速、减速、怠速和匀速四种运行状态分析是指通过绘制在高、平峰时段内，对于两类收费站，车辆进入收费站、通过收费站、离开收费站三阶段内速度随着时间、空间变化的拟合曲线，来分析通过收费站过程中车辆驾驶行为特性；所述对速度、延误时长、排队长度因素进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ETC车道和人工收费车道的污染气体排放量对比分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采集基础数据所述基础数据包括测试车辆排放气体中污染气体的体积浓度、测试车辆同步速度数据，以及ETC车道及人工收费车道在高峰、平峰交通流参数；S2、基础数据预处理包括排放数据处理和测试车辆比功率计算，其中排放数据处理包括各类污染气体质量排放率转化和污染气体排放因子计算；S3、特性分析包括排放特性分析和交通流特性分析。

【技术特征摘要】
1.一种ETC车道和人工收费车道的污染气体排放量对比分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采集基础数据所述基础数据包括测试车辆排放气体中污染气体的体积浓度、测试车辆同步速度数据，以及ETC车道及人工收费车道在高峰、平峰交通流参数；S2、基础数据预处理包括排放数据处理和测试车辆比功率计算，其中排放数据处理包括各类污染气体质量排放率转化和污染气体排放因子计算；S3、特性分析包括排放特性分析和交通流特性分析。2.如权利要求1所述的一种ETC车道和人工收费车道的污染气体排放量对比分析方法，其特征在于：所述步骤S1中污染气体的体积浓度为排放气体中的CO、HC、NOx和CO2气体的体积浓度；所述同步速度数据为测试车辆在排放测量时的实时车辆速度，测试车辆排放气体中污染气体的体积浓度及测试车辆同步速度数据要保证两类数据时间上同步；所述高峰、平峰交通流参数包括ETC车道及人工收费车道在高峰、平峰时段内速度、交通量、延误时长和排队长度。3.如权利要求2所述的一种ETC车道和人工收费车道的污染气体排放量对比分析方法，其特征在于：所述步骤S2中各类污染气体质量排放率转化指将数据采集过程中所得到的CO、HC、NOx和CO2污染气体体积浓度转换成相应的单位时间内污染气体排放质量，对于以汽油为燃料的车辆，各类污染气体质量排放率的计算公式如下：COg/s＝(mair+mfuel)×MCO/Mexhaust×CO％×10-2HCg/s＝(mair+mfuel)×MHC/Mexhaust×HCppm×10-2其中，MCO为CO的分子量；MHC为排放气体中未完全燃烧的HC的分子量，HC为碳氢化合物；为NOx的分子量；为CO2的分子量；COg/s、HCg/s、NOxg/s以及CO2g/s分别是CO、HC、NOx和CO2气体质量排放率；HCppm为排放气体中碳氢化合物的气体体积浓度；CO％为排放气体中一氧化碳的体积百分比；NOxppm为排放气体中氮氧化合物的体积浓度；CO2％为排放气体中二氧化碳的体积百分比；mair和mfuel分别为单位时间空气和燃料的消耗质量；Mexhaust为尾气的分子量，用下式计算：Mexhaust＝(13.88×HCppm×10-6)+(28.01×CO％×10-2)+(44.01×CO2％×10-2)+(31.46×NOxppm×10-6)+(32.00×O2％×10-2)+(2.016×H2％×10-2)+18.01×(1-K)+(100-HCppm/104-CO％-CO2％-NOxppm/104-O2％-H2％-100×(1-K))×28.01/102其中，K通过公式K＝[1+0.005×(CO％+CO2％)×y-0.01×H2％]-1来计算，H2％通过公式H2％＝[0.5×y×CO％×(CO％+CO2％)]/[CO％+3×CO2％]来计算；其中，O2％为排放气体中氧气的体积百分比，H2％为排放气体中氢气的体积百分比；污染气体排放因子E是指单位行程长度内污染气体排放质量，在计算出污染气体的质量排放率后通过如下公...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶智锐，孙卓群，严钰，朱娇娇，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32