CN102521974B

CN102521974B - 一种用于评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法

Info

Publication number: CN102521974B
Application number: CN201110460169.1A
Authority: CN
Inventors: 张翛; 赵队家; 刘少文; 申俊敏
Original assignee: Shanxi Province Transport Science Research Institute
Current assignee: Shanxi Province Transport Science Research Institute
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2031-12-31
Also published as: CN102521974A

Abstract

本发明公开了一种用于评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法。该方法包括以下步骤：1）数据采集；2）数据传输；3）行程数据生成；4）微行程生成；5）候选微行程库建立；6）采用SPSA算法自动筛选若干最优微行程；7）拼接筛选得到的最优微行程，得到目标行驶周期。本发明选取评价指标具有明确意义，行驶周期代表性强，自动化程度高，适合工程实现。

Description

一种用于评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法

技术领域

本发明属于交通运输环境保护和空气质量控制技术领域，涉及用于评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法，可用于量化一个城市、区域或国家的机动车尾气（一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物，温室气体等）排放总量。

背景技术

行驶周期是指：由一系列机动车行驶速度-时间散点组成的连续曲线，其时间长度一般为10分钟至20分钟，它代表一个城市、区域或国家的机动车的典型行驶状况或者典型交通状况。机动车尾气排放污染是目前世界上许多城市和国家面临的一个严重环境问题。有效地控制一个地区或国家的机动车尾气排放的首要工作室准确量化机动车的排放量，然后才能相应确定排放削减量和尾气污染控制技术。排放因子是评价机动车排放状况的最基本参数，也是确定机动车排放总量及其环境影响的重要依据，而建立机动车行驶周期是测试排放因子基础工作，因此，行驶周期的质量直接关系到机动车尾气量化的精度，进而间接影响到尾气污染控制技术的有效性。

在机动车尾气排放量化模型研究领域，用于总量测算的模型可以分为宏观和微观两大类。其中，宏观模型通过机动车尾气排放因子和道路运输的行驶里程来完成量化；微观模型则以单个车辆为预测对象，计算某种特定驾驶模式的机动车尾气排放量，或者是以秒为单位计算瞬时的机动车尾气排放量。在针对道路交通运输部门的机动车尾气排放统计中，宏观模型应用较为广泛。目前，该类模型中使用最为广泛的是由美国环保局（EPA）开放的MOBILE系列和MOVES系列模型。在这两类模型的尾气排放量化方法中，行驶周期是一个核心的概念。为了开发适合本地区或者国家的行驶周期，世界各地区、各国都开发了不同的适合本地区特点的行驶周期。目前，我国主要采用欧洲的ECE+EUDC 行驶周期来进行轻型车的台驾测试法，该行驶周期不能准确代表我国实际道路上机动车的行驶状况。

建立行驶周期的总的思路就是从实测的大量实际行车速度中提炼出一段速度变化曲线，使得这段曲线能反映整体实测数据的特点。行驶周期的建立方法发展至今，主要采用拼接若干代表性微行程的办法。微行程是行驶周期的子集，其定义为一系列起点和终点速度为零机动车行驶速度-时间散点组成的连续曲线。由于不同微行程的组合可能性庞大，目前微行程的选择一般采用随机筛选的办法，具有主观随意性，而且选择微行程的控制指标物理意义不准确，所以，得到的行驶周期不能准确反映实际道路交通状况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有行驶周期的建立方法存在的不足，提出一种基于SPSA算法的评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法，其计算速度和精度均优于现有算法。

一种基于SPSA算法的评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法，其建立方法包括以下步骤（如图1所示）：

1）数据采集：利用GPS技术采集各种不同车辆在所研究区域内不同等级道路上的实时行驶速度随时间变化的曲线；

2）数据传输：将采集到的GPS数据由PDA通过GPRS网络传输到内场计算机系统，经过行程数据生产器处理后存入行程数据数据库。

3）行程数据生成：将传输到内场到的GPS数据转换为行程数据，然后存入行程数据数据库。

4）微行程生成：根据微行程的定义将采集到的实时行驶速度曲线划分为若干小段；

5）候选微行程库建立：按照代表性评价指标值，在生成的全部微行程中选取一部分作为候选微行程库；

6）采用SPSA算法从候选微行程库中自动筛选若干最优微行程；

7）拼接筛选得到的最优微行程，得到目标行驶周期。

所述的微行程其代表性评价指标为：

其中：

Figure 2011104601691100002DEST_PATH_IMAGE003

表示微行程中行驶模式i的运行时间比例；

表示整体实测数据中行驶模式i的运行时间比例；

i=1 ,…, 17, 表示第i个行驶模式。

所述的行驶模式划分标准如表1所示：

表1 行驶模式划分标准

所述的VSP的计算公式为：

其中：

v表示行驶速度（m/s）；

a表示行驶加速度（m/s²）；

本发明给出的候选微行程库大小的标准为：全部微行程的30%。实际中也可根据可用计算资源和目标行程周期的要求精度调整。

本发明给出SPSA算法中的目标函数为：

其中：

Figure 2011104601691100002DEST_PATH_IMAGE011

表示m个微行程中行驶模式i的运行时间比例；

和i含义同上；

将自动筛选得到的最优微行程采用收尾相连接的办法即为最终目标行程周期，其中微行程拼接次序随机。

由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：选取评价指标具有明确意义，行驶周期代表性强，系统自动化程度高，适合工程实现。

附图说明

图1是本发明提出的基于SPSA算法的评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法流程；

图2是应用本发明的一种实施例的对太原市行驶周期建立的数据采集路段示意图；

图3是本发明提出的微行程划分方法示意图；

图4是应用本发明的一种实施例的对太原市行驶周期建立的SPSA算法收敛过程示意图；

图5是应用本发明的一种实施例的所显示的太原市的行驶周期。

具体实施方式

一种用于评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法。该方法包括以下步骤：1）数据采集；2）数据传输；3）行程数据生成；4）微行程生成；5）候选微行程库建立；6）采用SPSA算法自动筛选若干最优微行程；7）拼接筛选得到的最优微行程，得到目标行驶周期。

以下以采用本发明的方法以山西省太原市的行驶周期建立为例，对本方面的方法进行进一步的说明。

1、数据采集：根据太原市城市道路各类道路（包括主干道、次干道和快速路）的车公里数比例，选取目标测试路段（如图3所示）；选取各类车辆（包括汽油车和柴油车）；利用GPS车载技术在高峰时段与非高峰时段于测试路段上采集各类车辆的行驶速度曲线；采集平均行程时间为1小时；采集车辆数为50辆；图3是设计的数据采集路段图。

2、数据传输与转换：将50辆车采集到的实时GPS数据由PDA通过GPRS网络传输到内场计算机系统，经过行程数据生产器处理后存入行程数据数据库。

3、微行程生成：将采集到的实时行驶速度曲线由微行程生产器划分为若干小段；图3是微行程划分方法示意图；将划分得到的微行程存入微行程数据库。

4、候选微行程库建立：利用本发明提出的微行程代表性评价指标计算公式分布计算每个微行程的指标值，该值反映了微行程与整体数据的相似性，其值越小表示该微行程越能代表该区域的交通状况；按照代表性评价指标大小选取整个微行程数量的30%为候选微行程库。表2是最终得到的候选微行程库。

表2候选微行程库

微行程编号	长度(秒）	VspDiff	微行程编号	长度(秒）	VspDiff
						Microtrip509	78	8.05	Microtrip47	48	9.85
Microtrip508	147	8.09	Microtrip467	154	9.93
						Microtrip277	53	8.22	Microtrip447	126	9.99
Microtrip518	71	8.52	Microtrip429	71	10.09
						Microtrip262	86	8.66	Microtrip115	118	10.14
Microtrip495	142	8.79	Microtrip532	93	10.20
						Microtrip484	83	9.09	Microtrip110	56	10.21
Microtrip64	65	9.14	Microtrip263	97	10.21
						Microtrip413	130	9.15	Microtrip423	120	10.23
Microtrip511	136	9.32	Microtrip394	78	10.29
						Microtrip489	143	9.33	Microtrip536	74	10.35
Microtrip443	93	9.66	Microtrip462	106	10.35
						……	……	……	……	……	……

5、采用SPSA算法从候选微行程库中自动筛选若干最优微行程：SPSA算法采用标准算法编程，微行程数目设定为6，算法收敛迭代过程如图4所示；

6、拼接筛选得到的最优微行程，得到目标行驶周期如图5所示。

上述的对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域的技术人员可以对这个实例做出修改，并把在此说明的原理应用到其他实施例中而不必经过创造性劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于SPSA算法的用于评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

2）数据传输：将采集到的GPS数据由PDA通过GPRS网络传输到内场计算机系统，经过行程数据生产器处理后存入行程数据数据库；

3）行程数据生成：将传输到内场计算机系统的GPS数据转换为行程数据，然后存入行程数据数据库；

5）候选微行程库（11）建立：按照微行程代表性评价指标（12），在生成的全部微行程中选取一部分作为候选微行程库（11）；

6）采用SPSA算法（13）从候选微行程库（11）中自动筛选若干最优微行程；

7）拼接筛选得到的最优微行程，得到目标行驶周期（14）。

2.如权利要求1所述的基于SPSA算法的用于评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法，其特征在于，所述微行程代表性评价指标（12）为：

其中：

表示微行程中行驶模式（15）i的运行时间比例；

表示整体实测数据中行驶模式（15）i的运行时间比例；

i=1 ,…, 17, 表示第i个行驶模式（15）。

3. 如权利要求1所述的基于SPSA算法的用于评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法，其特征在于，所述行驶模式（15）包括减速、怠速和其他15种由VSP区间和速度范围决定的行驶模式，划分标准为：行驶模式（3）为VSP< 0且速度在0～50 km/h之间，行驶模式（4）为VSP在0～6之间且速度在0～50 km/h之间，行驶模式（5）为VSP在6～12之间且速度在0～50 km/h之间，行驶模式（7）为VSP>12，行驶模式（5）为VSP< 0且速度在15～100 km/h之间，行驶模式（8）为VSP在0～6之间且速度在15～100 km/h之间，行驶模式（9）为VSP在6～12之间且速度在15～100 km/h之间，行驶模式（10）为VSP在12～20之间且速度在15～100 km/h之间，行驶模式（11）为VSP在20～30之间且速度在15～100 km/h之间，行驶模式（12）为VSP>30且速度在15～100 km/h之间，行驶模式（13）为VSP在12～20之间且速度>100 km/h, 行驶模式（14）为VSP在20～30之间且速度>100 km/h, 行驶模式（15）为VSP>30且速度>100 km/h, 行驶模式（16）为VSP在6～12之间且速度>100 km/h, 行驶模式（17）为VSP< 6且速度>100 km/h。

4.如权利要求1所述的基于SPSA算法的用于评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法，其特征在于，所述候选微行程库（11）大小的标准为：全部微行程的30%。

5.如权利要求1所述的基于SPSA算法的用于评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法，其特征在于，所述SPSA算法（13）中的目标函数为：

其中：

表示m个微行程中行驶模式（15）i的运行时间比例；

表示整体实测数据中行驶模式（15）i的运行时间比例；

i=1 ,…, 17, 表示第i个行驶模式（15）。

6.如权利要求1所述的基于SPSA算法的用于评价机动车尾气排放的行驶周期的建立方法，其特征在于，所述目标行驶周期（14）由自动筛选得到的最优微行程首尾相连接而成，其中微行程拼接次序随机。