不同交通分担率影响下的载客机动车尾气排放比较

2016-12-08周小丽,周霞,刘彦文等

中国科技信息 2016年20期

随着机动车保有量逐渐增加，机动车化进程显著加快，城市交通污染物日益剧增，机动车尾气排放物严重威胁人类健康和破坏城市环境。研究表明：一辆汽车在正常情况下约每100千米用掉8升汽油，1升汽油充分燃烧会产生2.4千克CO2，按照汽车一年行驶的平均值15000千米的情况看，一台性能俱佳的机动车一年为大气中贡献的二氧化碳就是：15000/100X8X2.4=2880千克。交通引发的城市生态环境问题逐渐凸显，而低碳交通所倡导的出行方式从根本上来讲就是以公共交通为主的低碳出行方式，而且加强小汽车的需求控制管理、改善现行交通的出行环境和基础设施、使各种出行方式能够方便和便捷衔接是发展低碳交通的重要辅助方式，低碳交通作为一个特殊领域，也作为低碳社会、低碳经济的一部分，逐渐受到城市建设管理者的重视，也成为未来城市发展的必然趋势。本文在不同交通方式分担率下研究机动车尾气排放量的变化。

非集计模型与交通分担率

出行者交通方式的选择直接影响城市交通结构，不同的交通结构反过来也影响着出行者的行为选择。非集计模型以出行效用最大为基本准则，在与出行者相关的多个选择肢中，在多因素综合影响之下，出行者选择效用最大的选择肢，其理论基础一般可表示为：对任意的i¹j，当Uin＞Ujn时，个人n优先选择选择肢i。其中Uin表示选择肢i对个人n的选择效用，一般记为Uin=Vin + ein，即个人选择肢可表示为可观测的影响因素构成的效用项确定项Vin与不可观测因素构成的效用随机项ein之和，具体一般用效用函数表达，其常用表达式为：

式中Vin为效用函数（与个人n的社会经济特性与选择肢i的特性有关），Xkin为个人n响应选择肢i的第k个变量值，qk为待定系数。在确实效用函数的具体形式之后，运用最大似然法估计法进行参数标定，进而确定各种交通选择肢的分担率。《咸宁市市区优先发展城市公共交通实施办法》预计“十三五”期间市区城市公共交通出行分担率将达到18%，机动化公交出行分担率不低于30%，再结合已有研究与咸宁市城市公共交通专项规划等，本文交通选择肢及其初始分担率确定如表1所示。

表1 交通方式初始分担率

不同出行方式污染排放

汽车对环境的污染主要表现在汽车尾气排放和噪声两个方面。有关研究结果表明，各类机动车辆排气污染已占城市大气部份污染物的70%以上，成为影响城市居民生活质量的一个重要污染源。在机动车排出的废气中，污染物的主要成分有：二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、颗粒物（PM）等，每种污染物都人体健康存有威胁。与城市居民日常生活相关的机动车主要有载客汽（大、中、小、微型）、载货汽车（重、中、轻、微型）、摩托车和其它车型等，根据中国机动车污染防治年报（2013，2015），不同车型主要污染物排放分担率如表2所示。

表2 各车型主要污染物排放量分担率

不同交通分担率下机动车尾排放研究

本文侧重分析私家车、出租车等小型载客汽车和不同类型公交车等中、大型载客汽在城市交通不同分担率下的污染排放，出租车虽行驶历程远大于私家车，但排污量与私家车

基本相当，故将其综合为一类。为了便于污染物的计算与后期的对比分析，本文将上述交通方式选择肢进行综合，综合为非机动出行、摩托车、小型载客汽车、中型载客汽车四种方式。综合后的基础表格如表3所示。

表3中污染物排放只考虑载客机车部分，其中中型汽车数据由表2中大型+中型载客汽车数据所得，微型数据合并在小载客车部分，交通分担率小型汽车部分由出租车和私家车两部分组成，机车数据来源于2015年咸宁统计年鉴。对表3中的数据，分别以CO、HC、NOx、PM作为因变量，交通分担率和机车数量作为自变量，在EXCEL中进行回归分析，可得：YCO=－26.66+2.91X1－0.04X2、YHC=－13.49+2.09X1－0.07X2、YNOx=31.47－0.64X1－0.76X2、YPM=30.89－0.88X1－0.67X2。

公交优先策略是目前城市低碳出行的共识，根据咸宁枫丹公交有限公司提供的数据：咸宁市截至2016年10月共有公交车429辆，在假定所有机车数量和摩托车、非机动车交通分担率不变前提下，研究当中型载客汽车交通分担率上升一个百分点、小型载客汽车下降一个百分点时，其对应尾气排放的变化，结果如表4所示。

由表4可知，当中型汽车交通分担率上升一个百分点（即相当于公交车分担率上升1%）、小型车交通分担率下降一个百分点（即相当于私家车、出租车交通分担率下降1%）时，所有大小载客汽尾汽排放中CO、HC、NOx、PM的分担率变化量为分别为2.91、2.10、0.65和0.88，由于小型载客汽车和中型载客汽车的基数不同且同一时刻均为固定值，实质即为二者载客能力有别导致同样出行任务下对环境造成的污染程度不同，由此可得此时小型载客汽车的尾气排放率中CO、HC、NOx、PM的分别下降了19.05、13.72、4.19和5.76，中型载客汽车的尾气排放率中CO、HC、NOx、PM的分别上升了1.15、0.83、0.25和0.35，运用相对变化比较方法：（A－B）/（A+B）*100%，可得CO、HC、NOx、PM减排的比率分别为88.61%、88.59%、88.74%和88.54%。可见加大中型载客汽车在交通方式中的分担率，对减少汽车尾气排放对环境的污染效果非常明显。

表3 尾气排放比率－交通分担率－机车数量

表4 1%交通分担率变化时尾气排放量变化

不同交通分担率下机动车尾排放研究

现代城市生活人们越来越注重环保与生态理念，城市居民对日常生活紧密相关的交通出行方式的选择在悄无声息的对自身周边的大气环境产生着直接影响。本文定量化的研究结果大致表明，增加1%的公交出行方式分担率，约可以使CO、HC、NOx和PM的排放量均减少88%左右，减排的效果明显。倡导公交优先、低碳出行方式、发展便捷舒适的公共交通，作为建设低碳社会、发展低碳经济的一部分，应当逐渐受到城市建设管理者的重视，这也是未来城市发展的必然趋势。

除此之外，本文还使用了最近邻类型的理论，在这个理论的框架下，如果任何一个i 分区的采样与j分区的中心的距离，比其它的j 分区采样与j分区中心的距离更近，本文就认为分区是成对出现的。在实际应用中，在评估状态之间使用欧几里得距离已经非常足够了，并且对于计算量负载的要求也相对较小。自适应分区（AP）的方法如下给出。

b）如果d( t)＞τ，则使用独立分区推导t分区

c）否则，使用成对分区推导t分区。

仿真结果

在仿真过程中，在同时监控并跟踪10个目标的情况下，AP算法对每1秒的即时数据进行运算，需要耗费大约1.5秒的时间。随着硬件水平的提升，本文方案有望提供一个更趋近于实时的跟踪。我们首先对10个目标进行JMPD实现，然后对这个结果进行粒子滤波，通过对粒子滤波结果进行跟踪，展现了他们的性能表现。图1取的是50次试验的平均值，其中每次试验的目标集合都是从我们的实时目标数据库中随即选择10个组成的。