專利名稱：基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通容量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及ー種基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，公路網(wǎng)絡(luò)已逐步形成，但高速公路在推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響，像汽車產(chǎn)生的大氣污染。由于受到交通環(huán)境容量的限制，交通環(huán)境所能負(fù)荷的交通總量是有限的，在自然環(huán)境中，大氣受汽車污染的影響最為嚴(yán)重，汽車運(yùn)行中排放的尾氣有害成分使得高速公路沿線周邊環(huán)境質(zhì)量大大降低，有害可吸入顆粒物増加，影響了高速公路沿線周邊居民的身體健康和生態(tài)環(huán)境。因此，有必要進(jìn)行基于大氣環(huán)境容許污染控制的交通量承載閾值研究，這就涉及到了基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定方法。 1963年，Buchanan在其專著《城市交通》一書中第一次提出來了基于環(huán)境的交通容量，即在不引起環(huán)境惡化的條件下，一條道路単位時(shí)間內(nèi)所能通過的最大交通量。隨著此概念的提出，美國(guó)、英國(guó)澳大利亞等國(guó)學(xué)者相繼開展了環(huán)境約束下的交通容量研究。早期，這方面開展的研究并未考慮汽車尾氣排放這ー機(jī)動(dòng)車對(duì)環(huán)境最大的影響因素。隨著機(jī)動(dòng)車對(duì)環(huán)境的影響日趨明顯，有關(guān)環(huán)境容許交通量的研究逐漸轉(zhuǎn)移到以機(jī)動(dòng)車排放污染為約束上來。國(guó)外在交通與環(huán)境影響的研究領(lǐng)域方面主要側(cè)重于機(jī)動(dòng)車排放因子和污染物擴(kuò)散模式上。機(jī)動(dòng)車排放因子的計(jì)算比較著名的有美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)開發(fā)的MOBILE系列模式，美國(guó)加州空氣資源局開發(fā)的EMFAC模式和歐共體開發(fā)的COPERT模式，這些模式都是建在廣泛的排放因子試驗(yàn)的基礎(chǔ)上。機(jī)動(dòng)車污染物擴(kuò)散模式包括城市街道峽谷型和公路線源模式。自上世紀(jì)70年早期，美國(guó)就陸續(xù)開發(fā)了許多公路線源大氣污染模式，如CALINE、EGAMA、HIWAY、ROADWAY等模式。各種模式的應(yīng)用均可以用于評(píng)價(jià)機(jī)動(dòng)車污染對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響，將機(jī)動(dòng)車的交通量和環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)對(duì)建立環(huán)境容許交通量閾值模型具有重要的意義。國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究主要集中在城市道路交通污染的控制上，雖然也有人提出了將城市環(huán)境交通承載カ相關(guān)理論應(yīng)用到公路網(wǎng)交通量預(yù)測(cè)中，提出了基于交通環(huán)境承載カ的公路網(wǎng)交通量預(yù)測(cè)模型，該方法在測(cè)算空氣污染量時(shí)參照了城市機(jī)動(dòng)車排放空氣污染測(cè)算方法；但是，由于公路交通與城市道路交通在車型構(gòu)成、污染物擴(kuò)散機(jī)理、機(jī)動(dòng)車排放特性等均不同，而且有關(guān)研究自身仍存在著無統(tǒng)ー污染物評(píng)價(jià)因子、擴(kuò)散模式應(yīng)用界限不明確等不足，所以必須系統(tǒng)地專門針對(duì)公路交通尤其是高速公路進(jìn)行環(huán)境容許交通量承載閾值的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供ー種計(jì)新穎合理、實(shí)現(xiàn)方便、實(shí)時(shí)性高、實(shí)用性強(qiáng)且智能化程度高的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在于包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和用于對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的處理器，以及與處理器相接并用于顯示數(shù)據(jù)的顯示器和用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的服務(wù)器，所述處理器通過無線通信系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無線連接并通信，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備、交通流檢測(cè)設(shè)備和用于對(duì)高速公路上的汽車排放污染物濃度進(jìn)行檢測(cè)的污染物濃度檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成。上述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在于所述無線
通信系統(tǒng)包括與處理器相接的第一無線通信模塊和與第一無線通信模塊通過無線通信網(wǎng)絡(luò)基站無線連接并通信的多個(gè)第二無線通信模塊，多個(gè)所述第二無線通信模塊分別對(duì)應(yīng)與各個(gè)氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備、交通流檢測(cè)設(shè)備和污染物濃度檢測(cè)設(shè)備相接。上述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在于所述氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備包括風(fēng)速測(cè)試儀、風(fēng)向測(cè)試儀、溫度檢測(cè)儀、海抜測(cè)試儀和大氣壓カ測(cè)試儀。上述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在干所述交通流檢測(cè)設(shè)備為視頻交通流檢測(cè)器或微波視頻流檢測(cè)器。上述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在于所述污染物濃度檢測(cè)設(shè)備包括CO濃度檢測(cè)儀和NO2濃度檢測(cè)儀。上述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在干所述處理器為PC機(jī)。上述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在于所述第一無線通信模塊為GPRS模塊、CDMA模塊或3G模塊，相應(yīng)所述第二無線通信模塊為GPRS模塊、CDMA模塊或3G模塊，所述無線通信網(wǎng)絡(luò)基站為GPRS網(wǎng)絡(luò)基站、CDMA網(wǎng)絡(luò)基站或3G網(wǎng)絡(luò)基站。本發(fā)明還提供了ー種數(shù)據(jù)處理速度快、實(shí)時(shí)性高、高速公路環(huán)境交通容量的確定精度高、可靠性高的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)上傳通過氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備、交通流檢測(cè)設(shè)備和汽車排放氣體濃度檢測(cè)設(shè)備分別對(duì)高速公路路段j內(nèi)的氣象參數(shù)、交通流和汽車排放氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過無線通信系統(tǒng)上傳給處理器；步驟ニ、確定高速公路環(huán)境交通容量通過處理器對(duì)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出被檢測(cè)高速公路路段j內(nèi)的環(huán)境交通容量ETC，其分析處理過程具體如下步驟201、確定各種汽車排放污染物的累積量所述處理器按照基于車速修正的mobile6. 2模式和第四代線源空氣質(zhì)量模型CALINE4模式的方法確定出各種汽車排放污染物的累積量，其確定過程如下步驟2011、所述處理器根據(jù)公式eijJjk(u) = Fu · Fm · Cijk (I)計(jì)算得到高速公路路段j上i型車在車速u時(shí)第k種污染物的排放因子e^k(u)，e^kOi)的單位為g/(veh · km)，其中，F(xiàn)u為速度修正參數(shù)，F(xiàn)m為綜合默認(rèn)參數(shù)，Ci,,為i型車第k種污染物的基準(zhǔn)排放因子，F(xiàn)u、Fm和Ci,,的取值均從美國(guó)環(huán)境保護(hù)署發(fā)布的《User’ sGuide to M0BILE6. land M0BILE6. 2))中查出；i = I r，r為高速公路路段j的車型分類總數(shù)；k = I η，η為高速公路路段j的汽車排放污染物總數(shù)；步驟2012、所述處理器調(diào)用排放污染物累積量確定模塊并按照第四代線源空氣質(zhì)量模型CALINE4模式的方法以及公式/V,-r = f V:(t)dt(2)和公式 )ばぷ=N ばΣ:O)得到高速公路路段j在時(shí)間T內(nèi)汽車排放第k種污染物的累積量Qi τ, K的計(jì)算公 式Qjjx =Jo7 匕.(4、公式⑵和公式(3)中，Νπ為在污染物產(chǎn)生的時(shí)間段T內(nèi)通過高速公路路段j的車輛數(shù)；公式⑵和公式⑷中，'⑴為通過交通流檢測(cè)設(shè)備(2)檢測(cè)得到的高速公路路段j內(nèi)的交通流量，'(t)的單位為veh/s ;公式(3)和公式(4)中，r為高速公路路段j的車型分類總數(shù)，a i為i型車占車型分類總數(shù)的比例，L為路段j的長(zhǎng)度；步驟2013、所述處理器對(duì)公式(4)進(jìn)行離散化，得到高速公路路段j在時(shí)間T內(nèi)汽車排放第k種污染物的累積量Qp,K的離散化計(jì)算公式QjJK = a,F-(Z)-A/( 5 )其中，At為污染物濃度檢測(cè)設(shè)備對(duì)第k種汽車排放污染物進(jìn)行采樣的時(shí)間間隔；步驟2014、所述處理器根據(jù)公式(5)確定出第k種汽車排放污染物的累積量Qj,τ,
K 步驟2015、重復(fù)步驟2012至步驟2014，直至確定出所有汽車排放污染物的累積量;步驟202、確定稀釋因子f :所述處理器調(diào)用稀釋因子確定模塊并按照第四代線源空氣質(zhì)量模型CALINE4模式的方法確定出汽車排放污染物通過大氣傳輸時(shí)在傳輸過程中擴(kuò)散和稀釋的稀釋因子f，其確定過程如下步驟2021、確定平均風(fēng)速μ :通過所述處理器對(duì)氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備所檢測(cè)得到的高速公路路段j內(nèi)的多個(gè)風(fēng)速值求平均值，得到高速公路路段j內(nèi)的平均風(fēng)速μ ；步驟2022、確定汽車排放污染物的垂直擴(kuò)散參數(shù)σ ζ :所述處理器根據(jù)公式σ z = ((a(O. OOlx)b)2+σ J1,2(6)計(jì)算得到汽車排放污染物的垂直擴(kuò)散參數(shù)σ z ;其中，X為高速公路線源微元至受點(diǎn)的下風(fēng)向距離，X的單位為m;a為回歸系數(shù)，b為指數(shù)，a和b的取值均根據(jù)被檢測(cè)高速公路路段j的大氣穩(wěn)定度等級(jí)從《JTGB03-2006公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范_4》中查出；σ z(l為初始垂直擴(kuò)散參數(shù)，σ ζ0的單位為m，σ z0的取值根據(jù)步驟2021中確定的平均風(fēng)速μ從《JTG Β03-2006公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范_4》中查出；步驟2023、確定汽車排放污染物的水平擴(kuò)散參數(shù)σ y :所述處理器根據(jù)公式
σ y = ((465. IX (O. OOlx) tan(c-dXln(0. OOlx)))2+σ y(l2)1/2 (7)計(jì)算得到汽車排放污染物的水平擴(kuò)散參數(shù)σ y ;其中，X為高速公路線源微元至受點(diǎn)的下風(fēng)向距離，X的單位為m ；c為回歸系數(shù)，d為指數(shù)，C和d的取值均根據(jù)被檢測(cè)高速公路路段j的大氣穩(wěn)定度等級(jí)從《JTGB03-2006公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范_4》中查出；σ y。為初始水平擴(kuò)散參數(shù)，σ y。的單位為m，σ y0的取值根據(jù)步驟2021中確定的平均風(fēng)速μ從《JTG B03-2006公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范_4》中查出；步驟2024、所述處理器根據(jù)第四代線源空氣質(zhì)量模型CALINE4模式中的公式/ ={ P[—(Z 一f) 3 + e^pf(Z + H) I [I'1 exp(^T>/F ( 8 )
Ιπμσλσ2 [2στισ Mλ 2σ;計(jì)算得到汽車排放污染物通過大氣傳輸時(shí)在傳輸過程中擴(kuò)散和稀釋的稀釋因子f ;其中，H為汽車排放污染物高度，Z為受點(diǎn)的水平高度，Y1^y2為高速公路線源兩端點(diǎn)的縱 坐標(biāo)；步驟203、確定高速公路路段j的環(huán)境交通容量所述處理器調(diào)用環(huán)境交通容量模塊確定出高速公路路段j的環(huán)境交通容量ETC (Environmental traffic capacity),其確定過程如下步驟2031、所述處理器對(duì)氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備所檢測(cè)得到的高速公路路段j的溫度數(shù)據(jù)和海抜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并對(duì)污染物濃度檢測(cè)設(shè)備所檢測(cè)得到的高速公路路段j內(nèi)的汽車排放污染物濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到高速公路路段j的絕對(duì)溫度TEM、高速公路路段j內(nèi)第k種汽車排放污染物的環(huán)境本底體積濃度Ckb ;其中，Ckb的單位為ppm ；步驟2032、所述處理器根據(jù)公式FPPM = (O. 02241/M0WT) X (TEM/273) Xexp (O. 03417 X ALT/TEM) (9)計(jì)算得到高速公路路段j內(nèi)第k種汽車排放污染物的質(zhì)量濃度與體積濃度間相互轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換系數(shù)FPPM ;其中，MOWT為第k種汽車排放污染物的摩爾質(zhì)量；步驟2033、所述處理器根據(jù)公式Cu ’ =- —^~^(10)
齡 IOOU/'771M計(jì)算得到高速公路路段j內(nèi)第k種汽車排放污染物的環(huán)境本底質(zhì)量濃度Ckb'；Ckb'的單位為mg/m3;步驟2034、所述處理器根據(jù)第四代線源空氣質(zhì)量模型CALINE4模式中的公式Cm = Qjjljk · f (11)和公式C111 彡 Ck-Ckl/(12)得到Ql-^k <Ck ^( 13)
' /其中，公式(12)和公式(13)中，Ck為《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中第k種汽車排放污染物的濃度限值；步驟2035、處理器根據(jù)公式(5)和公式(13)得到高速公路路段j內(nèi)第k種污染物的環(huán)境交通容量的確定公式I/ -Vr/ a\ At ^c i- ~~c kh/14) バ)、十(ΣΙΣん於i_步驟2036、所述處理器根據(jù)公式(14)確定出高速公路路段j內(nèi)第k種污染物的環(huán)境交通容量',k;步驟2037、所述處理器4重復(fù)進(jìn)行步驟2031至步驟2036，直至確定出高速公路路段」·內(nèi)所有污染物的環(huán)境交通容量，然后處理器根據(jù)公式ETC = min (Vj,,)確定出高速公路路段j內(nèi)的環(huán)境交通容量ETC ;其中，k = I η，η為高速公路路段j的汽車排放污染物總數(shù)；步驟三、處理結(jié)果同步輸出及存儲(chǔ)步驟ニ中進(jìn)行高速公路環(huán)境交通容量的確定過程中，處理器控制顯示器對(duì)步驟ニ中的信號(hào)處理過程及高速公路環(huán)境交通容量的確定結(jié)果進(jìn)行同步顯示，同時(shí)，處理器將高速公路環(huán)境交通容量的確定結(jié)果存儲(chǔ)到服務(wù)器中。
上述的方法，其特征在于步驟2011中η的取值為2，對(duì)應(yīng)步驟2015中所述所有汽車排放污染物包括CO氣體和NO2氣體。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明專門針對(duì)高速公路環(huán)境容許交通量承載閾值進(jìn)行研究，填補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的空白，設(shè)計(jì)新穎合理，實(shí)現(xiàn)方便。2、本發(fā)明數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的各檢測(cè)設(shè)備均采用數(shù)字化的接ロ，能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)傳輸數(shù)據(jù)，處理器采用PC機(jī)，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)處理速度快，實(shí)時(shí)性高，使得本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)交通環(huán)境預(yù)報(bào)及交通量控制，保障道路交通環(huán)境滿足國(guó)家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。3、本發(fā)明中稀釋因子f的計(jì)算模型源于線源成熟擴(kuò)散模式CALINE4模式，對(duì)污染物濃度的預(yù)測(cè)可靠性高，預(yù)測(cè)精度高，提高了本發(fā)明高速公路環(huán)境交通容量的確定精度。4、本發(fā)明主要針對(duì)高速公路的環(huán)境交通容量進(jìn)行研究，高速公路汽車行駛エ況穩(wěn)定，因此，排放因子預(yù)測(cè)模型精度高，提高了本發(fā)明高速公路環(huán)境交通容量的確定精度。5、本發(fā)明的實(shí)用性強(qiáng)，推廣應(yīng)用價(jià)值高，有助于使得高速公路沿線周邊環(huán)境質(zhì)量得到改善，避免了因高速公路上通過的車輛太多而造成環(huán)境的惡化，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。綜上所述，本發(fā)明設(shè)計(jì)新穎合理，實(shí)現(xiàn)方便，實(shí)時(shí)性高，高速公路環(huán)境交通容量的確定精度高、可靠性高，填補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的空白，實(shí)用性強(qiáng)，推廣應(yīng)用價(jià)值高。下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)ー步的詳細(xì)描述。


圖I為本發(fā)明高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)的電路原理框圖。圖2為本發(fā)明高速公路環(huán)境交通容量確定方法的方法流程圖。附圖標(biāo)記說明I-氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備；1-1_風(fēng)速測(cè)試儀；1-2-風(fēng)向測(cè)試儀；1-3-溫度檢測(cè)儀；1-4-海抜測(cè)試儀；1-5-大氣壓力測(cè)試儀；2-交通流檢測(cè)設(shè)備；3-污染物濃度檢測(cè)設(shè)備；3-1-C0濃度檢測(cè)儀；3_2_Ν02濃度檢測(cè)儀；4_處通器；5_顯不器；6-服務(wù)器；7-無線通信系統(tǒng)；7-1-第一無線通信模塊；
7-2-無線通信網(wǎng)絡(luò)基站；7-3_第二無線通信模塊。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明所述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和用于對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的處理器4，以及與處理器4相接并用于顯示數(shù)據(jù)的顯示器5和用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的服務(wù)器6，所述處理器4通過無線通信系統(tǒng)7與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無線連接并通信，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備I、交通流檢測(cè)設(shè)備2和用于對(duì)高速公路上的汽車排放污染物濃度進(jìn)行檢測(cè)的污染物濃度檢測(cè)設(shè)備3構(gòu)成。如圖I所示，本實(shí)施例中，所述無線通信系統(tǒng)7包括與處理器4相接的第一無線通信模塊7-1和與第一無線通信模塊7-1通過無線通信網(wǎng)絡(luò)基站7-2無線連接并通信的多個(gè)第二無線通信模塊7-3，多個(gè)所述第二無線通信模塊7-3分別對(duì)應(yīng)與各個(gè)氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備I、交通流檢測(cè)設(shè)備2和污染物濃度檢測(cè)設(shè)備3相接。所述氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備I包括風(fēng)速 測(cè)試儀1-1、風(fēng)向測(cè)試儀1-2、溫度檢測(cè)儀1-3、海抜測(cè)試儀1-4和大氣壓力測(cè)試儀1-5。所述交通流檢測(cè)設(shè)備2為視頻交通流檢測(cè)器或微波視頻流檢測(cè)器。所述污染物濃度檢測(cè)設(shè)備3包括CO濃度檢測(cè)儀3-1和NO2濃度檢測(cè)儀3-2。具體地，所述處理器4為PC機(jī)。所述第一無線通信模塊7-1為GPRS模塊、CDMA模塊或3G模塊，相應(yīng)所述第二無線通信模塊7-3為GPRS模塊、CDMA模塊或3G模塊，所述無線通信網(wǎng)絡(luò)基站7-2為GPRS網(wǎng)絡(luò)基站、CDMA網(wǎng)絡(luò)基站或3G網(wǎng)絡(luò)基站。結(jié)合圖2，本發(fā)明所述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定方法，包括以下步驟步驟一、數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)上傳通過氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備I、交通流檢測(cè)設(shè)備2和汽車排放氣體濃度檢測(cè)設(shè)備3分別對(duì)高速公路路段j內(nèi)的氣象參數(shù)、交通流和汽車排放氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過無線通信系統(tǒng)7上傳給處理器4 ；步驟ニ、確定高速公路環(huán)境交通容量通過處理器4對(duì)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出被檢測(cè)高速公路路段j內(nèi)的環(huán)境交通容量ETC，其分析處理過程具體如下步驟201、確定各種汽車排放污染物的累積量所述處理器4按照基于車速修正的mobile6. 2模式和第四代線源空氣質(zhì)量模型CALINE4模式的方法確定出各種汽車排放污染物的累積量，其確定過程如下步驟2011、所述處理器4根據(jù)公式eijJjk(u) = Fu · Fm · Cijk (I)計(jì)算得到高速公路路段j上i型車在車速u時(shí)第k種污染物的排放因子e^k(u)，e^kOi)的單位為g/(veh · km)，其中，F(xiàn)u為速度修正參數(shù)，F(xiàn)m為綜合默認(rèn)參數(shù)，Ci,,為i型車第k種污染物的基準(zhǔn)排放因子，F(xiàn)u、Fm和Ci,,的取值均從美國(guó)環(huán)境保護(hù)署發(fā)布的《User’ sGuide to M0BILE6. land M0BILE6. 2))中查出；i = I r，r為高速公路路段j的車型分類總數(shù)；k = I η，η為高速公路路段j的汽車排放污染物總數(shù)；步驟2012、所述處理器4調(diào)用排放污染物累積量確定模塊并按照第四代線源空氣質(zhì)量模型CALINE4模式的方法以及公式
Nij Vj(I)Ih(2)和公式
_5]I(3)得到高速公路路段j在時(shí)間T內(nèi)汽車排放第k種污染物的累積量Qi τ, K的計(jì)算公式 QiJtK = J0 vA^diYi ,Om⑷-dI( 4 )公式⑵和公式(3)中，Np為在污染物產(chǎn)生的時(shí)間段T內(nèi)通過高速公路路段j的車輛數(shù)；公式(2)和公式(4)中，VjU)為通過交通流檢測(cè)設(shè)備(2)檢測(cè)得到的高速公路 路段j內(nèi)的交通流量，Vj (t)的單位為veh/s ;公式(3)和公式(4)中，r為高速公路路段j的車型分類總數(shù)，a i為i型車占車型分類總數(shù)的比例，L為路段j的長(zhǎng)度；步驟2013、所述處理器4對(duì)公式(4)進(jìn)行離散化，得到高速公路路段j在時(shí)間T內(nèi)汽車排放第k種污染物的累積量Qp,K的離散化計(jì)算公式Oijm = , (Στ K ^ ■ Α ^Σ,, Σ/ ·,,Αι)( 5、其中，At為污染物濃度檢測(cè)設(shè)備3對(duì)第k種汽車排放污染物進(jìn)行采樣的時(shí)間間隔;步驟2014、所述處理器4根據(jù)公式(5)確定出第k種汽車排放污染物的累積量Qj,
T, K 步驟2015、重復(fù)步驟2012至步驟2014，直至確定出所有汽車排放污染物的累積量;步驟202、確定稀釋因子f :所述處理器4調(diào)用稀釋因子確定模塊并按照第四代線源空氣質(zhì)量模型CALINE4模式的方法確定出汽車排放污染物通過大氣傳輸時(shí)在傳輸過程中擴(kuò)散和稀釋的稀釋因子f，其確定過程如下步驟2021、確定平均風(fēng)速μ :通過所述處理器4對(duì)氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備I所檢測(cè)得到的高速公路路段j內(nèi)的多個(gè)風(fēng)速值求平均值，得到高速公路路段j內(nèi)的平均風(fēng)速μ ；步驟2022、確定汽車排放污染物的垂直擴(kuò)散參數(shù)σ ζ :所述處理器4根據(jù)公式Qz= ((a(O. 001x)b)2+o z0)1/2(6)計(jì)算得到汽車排放污染物的垂直擴(kuò)散參數(shù)σ z ;其中，X為高速公路線源微元至受點(diǎn)的下風(fēng)向距離，X的單位為m;a為回歸系數(shù)，b為指數(shù)，a和b的取值均根據(jù)被檢測(cè)高速公路路段j的大氣穩(wěn)定度等級(jí)從《JTGB03-2006公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范_4》中查出；σ z(l為初始垂直擴(kuò)散參數(shù)，σ ζ0的單位為m，σ z0的取值根據(jù)步驟2021中確定的平均風(fēng)速μ從《JTG Β03-2006公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范_4》中查出；其中，((JTG Β03-2006公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范_4》中關(guān)于回歸系數(shù)a和指數(shù)b的取值標(biāo)準(zhǔn)如表I所示；表I回歸系數(shù)a和指數(shù)b的取值表
權(quán)利要求
1.一種基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在于包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和用于對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的處理器(4)，以及與處理器(4)相接并用于顯示數(shù)據(jù)的顯示器(5)和用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的服務(wù)器(6)，所述處理器(4)通過無線通信系統(tǒng)(7)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無線連接并通信，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備(I)、交通流檢測(cè)設(shè)備(2)和用于對(duì)高速公路上的汽車排放污染物濃度進(jìn)行檢測(cè)的污染物濃度檢測(cè)設(shè)備(3)構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求I所述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在于所述無線通信系統(tǒng)(7)包括與處理器(4)相接的第一無線通信模塊(7-1)和與第一無線通信模塊(7-1)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)基站(7-2)無線連接并通信的多個(gè)第二無線通信模塊(7-3)，多個(gè)所述第二無線通信模塊(7-3)分別對(duì)應(yīng)與各個(gè)氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備(I)、交通流檢測(cè)設(shè)備(2)和污染物濃度檢測(cè)設(shè)備(3)相接。
3.按照權(quán)利要求I或2所述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在于所述氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備(I)包括風(fēng)速測(cè)試儀(1-1)、風(fēng)向測(cè)試儀(1-2)、溫度檢測(cè)儀(1-3)、海抜測(cè)試儀(1-4)和大氣壓力測(cè)試儀(1-5)。
4.按照權(quán)利要求I或2所述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在于所述交通流檢測(cè)設(shè)備(2)為視頻交通流檢測(cè)器或微波視頻流檢測(cè)器。
5.按照權(quán)利要求I或2所述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在于所述污染物濃度檢測(cè)設(shè)備(3)包括CO濃度檢測(cè)儀(3-1)和NO2濃度檢測(cè)儀(3-2)。
6.按照權(quán)利要求I或2所述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在于所述處理器⑷為PC機(jī)。
7.按照權(quán)利要求2所述的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)，其特征在干所述第一無線通信模塊(7-1)為GPRS模塊、CDMA模塊或3G模塊，相應(yīng)所述第二無線通信模塊(7-3)為GPRS模塊、CDMA模塊或3G模塊，所述無線通信網(wǎng)絡(luò)基站(7_2)為GPRS網(wǎng)絡(luò)基站、CDMA網(wǎng)絡(luò)基站或3G網(wǎng)絡(luò)基站。
8.一如利用如權(quán)利要求I所述系統(tǒng)的基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定方法，其特征在于該方法包括以下步驟 步驟一、數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)上傳通過氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備(I)、交通流檢測(cè)設(shè)備(2)和汽車排放氣體濃度檢測(cè)設(shè)備(3)分別對(duì)高速公路路段j內(nèi)的氣象參數(shù)、交通流和汽車排放氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過無線通信系統(tǒng)(7)上傳給處理器(4)； 步驟ニ、確定高速公路環(huán)境交通容量通過處理器(4)對(duì)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出被檢測(cè)高速公路路段j內(nèi)的環(huán)境交通容量ETC，其分析處理過程具體如下 步驟201、確定各種汽車排放污染物的累積量所述處理器(4)按照基于車速修正的mobile6. 2模式和第四代線源空氣質(zhì)量模型CALINE4模式的方法確定出各種汽車排放污染物的累積量，其確定過程如下 步驟2011、所述處理器(4)根據(jù)公式ei,j,k(u) = Fu · Fm · Cijk (I) 計(jì)算得到高速公路路段j上i型車在車速u時(shí)第k種污染物的排放因子ち,j, k (u)，e,,Jjk(u)的單位為gパveh · km)，其中，F(xiàn)u為速度修正參數(shù)，F(xiàn)m為綜合默認(rèn)參數(shù)，Ci,,* i型車第k種污染物的基準(zhǔn)排放因子，F(xiàn)u、Fm和Ci, k的取值均從美國(guó)環(huán)境保護(hù)署發(fā)布的《User’ sGuide to M0BILE6. I and MOBILE 6. 2))中查出；i = I r，r為高速公路路段j的車型分類總數(shù)；k = I η，η為高速公路路段j的汽車排放污染物總數(shù)； 步驟2012、所述處理器(4)調(diào)用排放污染物累積量確定模塊并按照第四代線源空氣質(zhì)量模型CALINE4模式的方法以及公式 Njj = I η( ( 2 ) 和公式 Qjj.k =NjjY^i ,a丨￡ Λ(uyjl( 3 ) 得到高速公路路段j在時(shí)間T內(nèi)汽車排放第k種污染物的累積量Qp,K的計(jì)算公式 Qj,T,K = J0 ,-=1 ai I0 ) * ゴ/“ ) 公式(2)和公式(3)中，Np為在污染物產(chǎn)生的時(shí)間段T內(nèi)通過高速公路路段j的車輛數(shù)；公式(2)和公式⑷中，'⑴為通過交通流檢測(cè)設(shè)備(2)檢測(cè)得到的高速公路路段j內(nèi)的交通流量，Vj (t)的單位為veh/s ;公式(3)和公式(4)中，r為高速公路路段j的車型分類總數(shù)，a i為i型車占車型分類總數(shù)的比例，L為路段j的長(zhǎng)度； 步驟2013、所述處理器(4)對(duì)公式(4)進(jìn)行離散化，得到高速公路路段j在時(shí)間T內(nèi)汽車排放第k種污染物的累積量Qp,K的離散化計(jì)算公式 QjJM = (Σ VJ W ' Δ/ ME I ΣΓ ⑷· _)( 5 ) 其中，At為污染物濃度檢測(cè)設(shè)備(3)對(duì)第k種汽車排放污染物進(jìn)行采樣的時(shí)間間隔； 步驟2014、所述處理器(4)根據(jù)公式(5)確定出第k種汽車排放污染物的累積量Qj,τ,K步驟2015、重復(fù)步驟2012至步驟2014，直至確定出所有汽車排放污染物的累積量；步驟202、確定稀釋因子f:所述處理器(4)調(diào)用稀釋因子確定模塊并按照第四代線源空氣質(zhì)量模型CALINE4模式的方法確定出汽車排放污染物通過大氣傳輸時(shí)在傳輸過程中擴(kuò)散和稀釋的稀釋因子f，其確定過程如下 步驟2021、確定平均風(fēng)速μ :通過所述處理器(4)對(duì)氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備(I)所檢測(cè)得到的高速公路路段j內(nèi)的多個(gè)風(fēng)速值求平均值，得到高速公路路段j內(nèi)的平均風(fēng)速μ ;步驟2022、確定汽車排放污染物的垂直擴(kuò)散參數(shù)σζ :所述處理器(4)根據(jù)公式 Oz= ((a(0.001x)b)2+oj1/2(6) 計(jì)算得到汽車排放污染物的垂直擴(kuò)散參數(shù)σ ζ ;其中，X為高速公路線源微元至受點(diǎn)的下風(fēng)向距離，X的單位為m ；a為回歸系數(shù)，b為指數(shù)，a和b的取值均根據(jù)被檢測(cè)高速公路路段j的大氣穩(wěn)定度等級(jí)從《JTG B03-2006公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范_4》中查出；σ ζ0為初始垂直擴(kuò)散參數(shù)，σ ζ0的單位為m，σ z0的取值根據(jù)步驟2021中確定的平均風(fēng)速μ從《JTG Β03-2006公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范_4》中查出； 步驟2023、確定汽車排放污染物的水平擴(kuò)散參數(shù)Oy :所述處理器(4)根據(jù)公式 σ y = ((465. IX (O. 0 01x)tan(c-dXln(0. OOlx)))2+σ y02)1/2(7) 計(jì)算得到汽車排放污染物的水平擴(kuò)散參數(shù)oy;其中，X為高速公路線源微元至受點(diǎn)的下風(fēng)向距離，X的單位為m ；c為回歸系數(shù)，d為指數(shù)，c和d的取值均根據(jù)被檢測(cè)高速公路路段j的大氣穩(wěn)定度等級(jí)從《JTG B03-2006公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范_4》中查出；σ y(l為初始水平擴(kuò)散參數(shù)，0が的單位為111，Oy。的取值根據(jù)步驟2021中確定的平均風(fēng)速μ從《JTG B 03-2006公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范_4》中查出； 步驟2024、所述處理器(4)根據(jù)第四代線源空氣質(zhì)量模型CALINE4模式中的公式
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于步驟2011中η的取值為2，對(duì)應(yīng)步驟2015中所述所有汽車排放污染物包括CO氣體和NO2氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于汽車排放的高速公路環(huán)境交通容量確定系統(tǒng)及方法，其系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和用于對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的處理器，以及與處理器相接的顯示器和服務(wù)器，處理器通過無線通信系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無線連接并通信，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由氣象參數(shù)檢測(cè)設(shè)備、交通流檢測(cè)設(shè)備和污染物濃度檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成；其方法包括步驟一、數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)上傳；二、確定高速公路環(huán)境交通容量，其過程包括確定各種汽車排放污染物的累積量，確定稀釋因子f，確定高速公路路段j的環(huán)境交通容量；三、處理結(jié)果同步輸出及存儲(chǔ)。本發(fā)明計(jì)新穎合理，實(shí)現(xiàn)方便，實(shí)時(shí)性高，高速公路環(huán)境交通容量的確定精度高、可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)，推廣應(yīng)用價(jià)值高。
文檔編號(hào)G08G1/01GK102682605SQ20121019437
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者劉永濤, 孫晉偉, 張凱, 張廣昕, 王征, 鄧順熙, 邱兆文 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)