CN102682605B - 基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定系统及方法，其系统包括数据采集系统和用于对数据采集系统所采集到的数据进行分析处理的处理器，以及与处理器相接的显示器和服务器，处理器通过无线通信系统与数据采集系统无线连接并通信，数据采集系统由气象参数检测设备、交通流检测设备和污染物浓度检测设备构成；其方法包括步骤：一、数据采集及实时上传；二、确定高速公路环境交通容量，其过程包括：确定各种汽车排放污染物的累积量，确定稀释因子f，确定高速公路路段j的环境交通容量；三、处理结果同步输出及存储。本发明计新颖合理，实现方便，实时性高，高速公路环境交通容量的确定精度高、可靠性高，实用性强，推广应用价值高。

Description

基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定方法

技术领域

本发明属于交通容量测量技术领域，尤其是涉及一种基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定系统及方法。 

背景技术

随着我国高速公路建设的快速发展，公路网络已逐步形成，但高速公路在推动国民经济发展的同时也对环境产生了一定的负面影响，像汽车产生的大气污染。由于受到交通环境容量的限制，交通环境所能负荷的交通总量是有限的，在自然环境中，大气受汽车污染的影响最为严重，汽车运行中排放的尾气有害成分使得高速公路沿线周边环境质量大大降低，有害可吸入颗粒物增加，影响了高速公路沿线周边居民的身体健康和生态环境。因此，有必要进行基于大气环境容许污染控制的交通量承载阈值研究，这就涉及到了基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定方法。 

1963年，Buchanan在其专著《城市交通》一书中第一次提出来了基于环境的交通容量，即在不引起环境恶化的条件下，一条道路单位时间内所能通过的最大交通量。随着此概念的提出，美国、英国澳大利亚等国学者相继开展了环境约束下的交通容量研究。早期，这方面开展的研究并未考虑汽车尾气排放这一机动车对环境最大的影响因素。随着机动车对环境的影响日趋明显，有关环境容许交通量的研究逐渐转移到以机动车排放污染为约束上来。 

国外在交通与环境影响的研究领域方面主要侧重于机动车排放因子和污染物扩散模式上。机动车排放因子的计算比较著名的有美国环境保护署（EPA）开发的MOBILE系列模式，美国加州空气资源局开发的EMFAC模式和欧共体开发的COPERT模式，这些模式都是建在广泛的排放因子试 验的基础上。机动车污染物扩散模式包括城市街道峡谷型和公路线源模式。自上世纪70年早期，美国就陆续开发了许多公路线源大气污染模式，如CALINE、EGAMA、HIWAY、ROADWAY等模式。各种模式的应用均可以用于评价机动车污染对环境质量的影响，将机动车的交通量和环境空气质量进行关联。这种关联对建立环境容许交通量阈值模型具有重要的意义。 

国内的相关研究主要集中在城市道路交通污染的控制上，虽然也有人提出了将城市环境交通承载力相关理论应用到公路网交通量预测中,提出了基于交通环境承载力的公路网交通量预测模型，该方法在测算空气污染量时参照了城市机动车排放空气污染测算方法；但是，由于公路交通与城市道路交通在车型构成、污染物扩散机理、机动车排放特性等均不同，而且有关研究自身仍存在着无统一污染物评价因子、扩散模式应用界限不明确等不足，所以必须系统地专门针对公路交通尤其是高速公路进行环境容许交通量承载阈值的研究。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种计新颖合理、实现方便、实时性高、实用性强且智能化程度高的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定系统。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定系统，其特征在于：包括数据采集系统和用于对数据采集系统所采集到的数据进行分析处理的处理器，以及与处理器相接并用于显示数据的显示器和用于存储数据的服务器，所述处理器通过无线通信系统与数据采集系统无线连接并通信，所述数据采集系统由气象参数检测设备、交通流检测设备和用于对高速公路上的汽车排放污染物浓度进行检测的污染物浓度检测设备构成。 

上述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定系统，其特征在 于：所述无线通信系统包括与处理器相接的第一无线通信模块和与第一无线通信模块通过无线通信网络基站无线连接并通信的多个第二无线通信模块，多个所述第二无线通信模块分别对应与各个气象参数检测设备、交通流检测设备和污染物浓度检测设备相接。 

上述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定系统，其特征在于：所述气象参数检测设备包括风速测试仪、风向测试仪、温度检测仪、海拔测试仪和大气压力测试仪。 

上述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定系统，其特征在于：所述交通流检测设备为视频交通流检测器或微波视频流检测器。 

上述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定系统，其特征在于：所述污染物浓度检测设备包括CO浓度检测仪和NO2浓度检测仪。 

上述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定系统，其特征在于：所述处理器为PC机。 

上述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定系统，其特征在于：所述第一无线通信模块为GPRS模块、CDMA模块或3G模块，相应所述第二无线通信模块为GPRS模块、CDMA模块或3G模块，所述无线通信网络基站为GPRS网络基站、CDMA网络基站或3G网络基站。 

本发明还提供了一种数据处理速度快、实时性高、高速公路环境交通容量的确定精度高、可靠性高的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定方法，其特征在于该方法包括以下步骤： 

步骤一、数据采集及实时上传：通过气象参数检测设备、交通流检测设备和汽车排放气体浓度检测设备分别对高速公路路段j内的气象参数、交通流和汽车排放气体浓度进行实时检测并将所检测到的数据通过无线通信系统上传给处理器； 

步骤二、确定高速公路环境交通容量：通过处理器对数据采集数据采集系统所采集到的数据进行分析处理，得出被检测高速公路路段j内的环境交通容量ETC，其分析处理过程具体如下： 

步骤201、确定各种汽车排放污染物的累积量：所述处理器按照基于车速修正的mobile6.2模式和第四代线源空气质量模型CALINE4模式的方法确定出各种汽车排放污染物的累积量，其确定过程如下： 

步骤2011、所述处理器根据公式 

e_i,j,k(u)=F_u·F_m·C_i,k     （1） 

计算得到高速公路路段j上i型车在车速u时第k种污染物的排放因子e_i,j,k(u)，e_i,j,k(u)的单位为g/(veh·km)，其中，F_u为速度修正参数，F_m为综合默认参数，C_i,k为i型车第k种污染物的基准排放因子，F_u、F_m和C_i,k的取值均从美国环境保护署发布的《User’s Guide to MOBILE6.1and MOBILE6.2》中查出；i=1～r，r为高速公路路段j的车型分类总数；k=1～n，n为高速公路路段j的汽车排放污染物总数； 

步骤2012、所述处理器调用排放污染物累积量确定模块并按照第四代线源空气质量模型CALINE4模式的方法以及公式 

$N_{j,T}={\∫}_0^T{V}_j\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(2\right)$

和公式 

$Q_{j,T,k}=N_{j,T}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\α}}_i{\∫}_0^L{e}_{i,j,k}\left(u\right)\mathrm{dl}---\left(3\right)$

得到高速公路路段j在时间T内汽车排放第k种污染物的累积量Q_j,T,k的计算公式 

$Q_{j,T,k}={\∫}_0^T{V}_j\left(t\right)\mathrm{dt}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\α}}_i{\∫}_0^L{e}_{i,j,k}\left(u\right)\·\mathrm{dl}---\left(4\right)$

公式（2）和公式（3）中，N_j,T为在污染物产生的时间段T内通过高速公路路段j的车辆数；公式（2）和公式（4）中，V_j(t)为通过交通流检测设备（2）检测得到的高速公路路段j内的交通流量，V_j(t)的单位为veh/s；公式（3）和公式（4）中，r为高速公路路段j的车型分类总数，α_i为i型车占车型分类总数的比例，L为路段j的长度； 

步骤2013、所述处理器对公式（4）进行离散化，得到高速公路路段j在时间T内汽车排放第k种污染物的累积量Q_j,T,k的离散化计算公式 

$Q_{j,T,k}={\mathrm{\α}}_i({\mathrm{\Σ}}_T{V}_j\left(t\right)\·\mathrm{\Δt})({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\Σ}}_T{e}_{i,j,k}\left(u\right)\·\mathrm{u\Δt})---\left(5\right)$

其中，Δt为污染物浓度检测设备对第k种汽车排放污染物进行采样的时间间隔； 

步骤2014、所述处理器根据公式（5）确定出第k种汽车排放污染物的累积量Q_j,T,k； 

步骤2015、重复步骤2012至步骤2014，直至确定出所有汽车排放污染物的累积量； 

步骤202、确定稀释因子f：所述处理器调用稀释因子确定模块并按照第四代线源空气质量模型CALINE4模式的方法确定出汽车排放污染物通过大气传输时在传输过程中扩散和稀释的稀释因子f，其确定过程如下： 

步骤2021、确定平均风速μ：通过所述处理器对气象参数检测设备所检测得到的高速公路路段j内的多个风速值求平均值，得到高速公路路段j内的平均风速μ； 

步骤2022、确定汽车排放污染物的垂直扩散参数σ_z：所述处理器根据公式 

σ_z=((a(0.001x)^b)²+σ_z0)^1/2        （6） 

计算得到汽车排放污染物的垂直扩散参数σ_z；其中，x为高速公路线源微元至受点的下风向距离，x的单位为m；a为回归系数，b为指数，a和b的取值均根据被检测高速公路路段j的大气稳定度等级从《JTGB03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中查出；σ_z0为初始垂直扩散参数，σ_z0的单位为m，σ_z0的取值根据步骤2021中确定的平均风速μ从《JTG B03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中查出； 

步骤2023、确定汽车排放污染物的水平扩散参数σ_y：所述处理器根据公式 

σ_y=((465.1×(0.001x)tan(c-d×ln(0.001x)))²+σ_y0 ²)^1/2    （7） 

计算得到汽车排放污染物的水平扩散参数σ_y；其中，x为高速公路线源微元至受点的下风向距离，x的单位为m；c为回归系数，d为指数，c 和d的取值均根据被检测高速公路路段j的大气稳定度等级从《JTGB03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中查出；σ_y0为初始水平扩散参数，σ_y0的单位为m，σ_y0的取值根据步骤2021中确定的平均风速μ从《JTG B03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中查出； 

步骤2024、所述处理器根据第四代线源空气质量模型CALINE4模式中的公式 

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π\μ}{\mathrm{\σ}}_y{\mathrm{\σ}}_z}\left\{\exp \right[\frac{-{(Z-H)}^2}{2{\mathrm{\σ}}_z^2}]+\exp [\frac{{(Z+H)}^2}{2{\mathrm{\σ}}_z^2}\left]\right\}{\∫}_{y_1}^{y_2}\exp \left(\frac{-y^2}{2{\mathrm{\σ}}_y^2}\right)\mathrm{dy}---\left(8\right)$

计算得到汽车排放污染物通过大气传输时在传输过程中扩散和稀释的稀释因子f；其中，H为汽车排放污染物高度，Z为受点的水平高度，y₁、y₂为高速公路线源两端点的纵坐标； 

步骤203、确定高速公路路段j的环境交通容量：所述处理器调用环境交通容量模块确定出高速公路路段j的环境交通容量ETC（Environmental traffic capacity），其确定过程如下： 

步骤2031、所述处理器对气象参数检测设备所检测得到的高速公路路段j的温度数据和海拔数据进行分析处理，并对污染物浓度检测设备所检测得到的高速公路路段j内的汽车排放污染物浓度数据进行分析处理，得到高速公路路段j的绝对温度TEM、高速公路路段j内第k种汽车排放污染物的环境本底体积浓度C_kb；其中，C_kb的单位为ppm； 

步骤2032、所述处理器根据公式 

FPPM=(0.02241/MOWT)×(TEM/273)×exp(0.03417×ALT/TEM)    （9） 

计算得到高速公路路段j内第k种汽车排放污染物的质量浓度与体积浓度间相互转换的转换系数FPPM；其中，MOWT为第k种汽车排放污染物的摩尔质量； 

步骤2033、所述处理器根据公式 

${C_{\mathrm{kb}}}^{\′}=\frac{C_{\mathrm{kb}}}{1000\mathrm{FPPM}}---\left(10\right)$

计算得到高速公路路段j内第k种汽车排放污染物的环境本底质量浓 度C_kb'；C_kb'的单位为mg/m³； 

步骤2034、所述处理器根据第四代线源空气质量模型CALINE4模式中的公式 

C_m=Q_j,T,k·f      （11） 

和公式 

C_m≤C_k-C_kb'（12） 

得到 

$Q_{j,T,k}\≤\frac{C_k-{C_{\mathrm{kb}}}^{\′}}{f}---\left(13\right)$

其中，公式（12）和公式（13）中，C_k为《环境空气质量标准》中第k种汽车排放污染物的浓度限值； 

步骤2035、处理器根据公式（5）和公式（13）得到高速公路路段j内第k种污染物的环境交通容量V_j,k的确定公式 

$V_{j,k}={\mathrm{\Σ}}_T{V}_j\left(t\right)\·\mathrm{\Δt}\≤\frac{C_k-{C_{\mathrm{kb}}}^{\′}}{{\mathrm{\α}}_i\·f\·({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\Σ}}_T{e}_{i,j,k}\left(u\right)\·\mathrm{u\Δt})}---\left(14\right)$

步骤2036、所述处理器根据公式（14）确定出高速公路路段j内第k种污染物的环境交通容量V_j,k； 

步骤2037、所述处理器4重复进行步骤2031至步骤2036，直至确定出高速公路路段j内所有污染物的环境交通容量，然后处理器根据公式ETC=min(V_j,k)确定出高速公路路段j内的环境交通容量ETC；其中，k=1～n，n为高速公路路段j的汽车排放污染物总数； 

步骤三、处理结果同步输出及存储：步骤二中进行高速公路环境交通容量的确定过程中，处理器控制显示器对步骤二中的信号处理过程及高速公路环境交通容量的确定结果进行同步显示，同时，处理器将高速公路环境交通容量的确定结果存储到服务器中。 

上述的方法，其特征在于：步骤2011中n的取值为2，对应步骤2015中所述所有汽车排放污染物包括CO气体和NO₂气体。 

本发明与现有技术相比具有以下优点： 

1、本发明专门针对高速公路环境容许交通量承载阈值进行研究，填补了现有技术的空白，设计新颖合理，实现方便。 

2、本发明数据采集系统中的各检测设备均采用数字化的接口，能够实时动态传输数据，处理器采用PC机，数据处理能力强，数据处理速度快，实时性高，使得本实用新型能够实现短时交通环境预报及交通量控制，保障道路交通环境满足国家空气质量标准。 

3、本发明中稀释因子f的计算模型源于线源成熟扩散模式CALINE4模式，对污染物浓度的预测可靠性高，预测精度高，提高了本发明高速公路环境交通容量的确定精度。 

4、本发明主要针对高速公路的环境交通容量进行研究，高速公路汽车行驶工况稳定，因此，排放因子预测模型精度高，提高了本发明高速公路环境交通容量的确定精度。 

5、本发明的实用性强，推广应用价值高，有助于使得高速公路沿线周边环境质量得到改善，避免了因高速公路上通过的车辆太多而造成环境的恶化，符合可持续发展战略的要求。 

综上所述，本发明设计新颖合理，实现方便，实时性高，高速公路环境交通容量的确定精度高、可靠性高，填补了现有技术的空白，实用性强，推广应用价值高。 

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

附图说明

图1为本发明高速公路环境交通容量确定系统的电路原理框图。 

图2为本发明高速公路环境交通容量确定方法的方法流程图。 

附图标记说明: 

1—气象参数检测设备；   1-1—风速测试仪；        1-2—风向测试仪； 

1-3—温度检测仪；       1-4—海拔测试仪；        1-5—大气压力测试仪； 

2—交通流检测设备；     3—污染物浓度检测设备；  3-1—CO浓度检测仪； 

3-2—NO₂浓度检测仪；    4—处理器；              5—显示器； 

6—服务器；             7—无线通信系统；        7-1—第一无线通信模块； 

7-2—无线通信网络基站； 7-3—第二无线通信模块。 

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定系统，包括数据采集系统和用于对数据采集系统所采集到的数据进行分析处理的处理器4，以及与处理器4相接并用于显示数据的显示器5和用于存储数据的服务器6，所述处理器4通过无线通信系统7与数据采集系统无线连接并通信，所述数据采集系统由气象参数检测设备1、交通流检测设备2和用于对高速公路上的汽车排放污染物浓度进行检测的污染物浓度检测设备3构成。 

如图1所示，本实施例中，所述无线通信系统7包括与处理器4相接的第一无线通信模块7-1和与第一无线通信模块7-1通过无线通信网络基站7-2无线连接并通信的多个第二无线通信模块7-3，多个所述第二无线通信模块7-3分别对应与各个气象参数检测设备1、交通流检测设备2和污染物浓度检测设备3相接。所述气象参数检测设备1包括风速测试仪1-1、风向测试仪1-2、温度检测仪1-3、海拔测试仪1-4和大气压力测试仪1-5。所述交通流检测设备2为视频交通流检测器或微波视频流检测器。所述污染物浓度检测设备3包括CO浓度检测仪3-1和NO₂浓度检测仪3-2。 

具体地，所述处理器4为PC机。所述第一无线通信模块7-1为GPRS模块、CDMA模块或3G模块，相应所述第二无线通信模块7-3为GPRS模块、CDMA模块或3G模块，所述无线通信网络基站7-2为GPRS网络基站、CDMA网络基站或3G网络基站。 

结合图2，本发明所述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定方法，包括以下步骤： 

步骤一、数据采集及实时上传：通过气象参数检测设备1、交通流检 测设备2和汽车排放气体浓度检测设备3分别对高速公路路段j内的气象参数、交通流和汽车排放气体浓度进行实时检测并将所检测到的数据通过无线通信系统7上传给处理器4； 

步骤二、确定高速公路环境交通容量：通过处理器4对数据采集数据采集系统所采集到的数据进行分析处理，得出被检测高速公路路段j内的环境交通容量ETC，其分析处理过程具体如下： 

步骤201、确定各种汽车排放污染物的累积量：所述处理器4按照基于车速修正的mobile6.2模式和第四代线源空气质量模型CALINE4模式的方法确定出各种汽车排放污染物的累积量，其确定过程如下： 

步骤2011、所述处理器4根据公式 

e_i,j,k(u)=F_u·F_m·C_i,k    （1） 

计算得到高速公路路段j上i型车在车速u时第k种污染物的排放因子e_i,j,k(u)，e_i,j,k(u)的单位为g/(veh·km)，其中，F_u为速度修正参数，F_m为综合默认参数，C_i,k为i型车第k种污染物的基准排放因子，F_u、F_m和C_i,k的取值均从美国环境保护署发布的《User’s Guide to MOBILE6.1and MOBILE6.2》中查出；i=1～r，r为高速公路路段j的车型分类总数；k=1～n，n为高速公路路段j的汽车排放污染物总数； 

步骤2012、所述处理器4调用排放污染物累积量确定模块并按照第四代线源空气质量模型CALINE4模式的方法以及公式 

$N_{j,T}={\∫}_0^T{V}_j\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(2\right)$

和公式 

$Q_{j,T,k}=N_{j,T}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\α}}_i{\∫}_0^L{e}_{i,j,k}\left(u\right)\mathrm{dl}---\left(3\right)$

得到高速公路路段j在时间T内汽车排放第k种污染物的累积量Q_j,T,k的计算公式 

$Q_{j,T,k}={\∫}_0^T{V}_j\left(t\right)\mathrm{dt}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\α}}_i{\∫}_0^L{e}_{i,j,k}\left(u\right)\·\mathrm{dl}---\left(4\right)$

公式（2）和公式（3）中，N_j,T为在污染物产生的时间段T内通过高速公路路段j的车辆数；公式（2）和公式（4）中，V_j(t)为通过交通流检 测设备（2）检测得到的高速公路路段j内的交通流量，V_j(t)的单位为veh/s；公式（3）和公式（4）中，r为高速公路路段j的车型分类总数，α_i为i型车占车型分类总数的比例，L为路段j的长度； 

步骤2013、所述处理器4对公式（4）进行离散化，得到高速公路路段j在时间T内汽车排放第k种污染物的累积量Q_j,T,k的离散化计算公式 

$Q_{j,T,k}={\mathrm{\α}}_i({\mathrm{\Σ}}_T{V}_j\left(t\right)\·\mathrm{\Δt})({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\Σ}}_T{e}_{i,j,k}\left(u\right)\·\mathrm{u\Δt})---\left(5\right)$

其中，Δt为污染物浓度检测设备3对第k种汽车排放污染物进行采样的时间间隔； 

步骤2014、所述处理器4根据公式（5）确定出第k种汽车排放污染物的累积量Q_j,T,k； 

步骤2015、重复步骤2012至步骤2014，直至确定出所有汽车排放污染物的累积量； 

步骤202、确定稀释因子f：所述处理器4调用稀释因子确定模块并按照第四代线源空气质量模型CALINE4模式的方法确定出汽车排放污染物通过大气传输时在传输过程中扩散和稀释的稀释因子f，其确定过程如下： 

步骤2021、确定平均风速μ：通过所述处理器4对气象参数检测设备1所检测得到的高速公路路段j内的多个风速值求平均值，得到高速公路路段j内的平均风速μ； 

步骤2022、确定汽车排放污染物的垂直扩散参数σ_z：所述处理器4根据公式 

σ_z=((a(0.001x)^b)²+σ_z0)^1/2     （6） 

计算得到汽车排放污染物的垂直扩散参数σ_z；其中，x为高速公路线源微元至受点的下风向距离，x的单位为m；a为回归系数，b为指数，a和b的取值均根据被检测高速公路路段j的大气稳定度等级从《JTGB03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中查出；σ_z0为初始垂直扩散参数，σ_z0的单位为m，σ_z0的取值根据步骤2021中确定的平均风速μ从 《JTG B03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中查出； 

其中，《JTG B03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中关于回归系数a和指数b的取值标准如表1所示; 

表1回归系数a和指数b的取值表 

其中，《JTG B03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中关于初始垂直扩散参数σ_z0的取值标准如表2所示; 

表2初始垂直扩散参数σ_z0的取值表 

步骤2023、确定汽车排放污染物的水平扩散参数σ_y：所述处理器4根据公式 

σ_y=((465.1×(0.001x)tan(c-d×ln(0.001x)))²+σ_y0 ²)^1/2    （7） 

计算得到汽车排放污染物的水平扩散参数σ_y；其中，x为高速公路线源微元至受点的下风向距离，x的单位为m；c为回归系数，d为指数，c和d的取值均根据被检测高速公路路段j的大气稳定度等级从《JTGB03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中查出；σ_y0为初始水平扩散参数，σ_y0的单位为m，σ_y0的取值根据步骤2021中确定的平均风速μ从《JTG B03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中查出； 

其中，《JTG B03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中关于回归系数c和指数d的取值标准如表3所示; 

表3回归系数c和指数d的取值表 

大气稳定度等级	c	d
			不稳定（A、B、C）	18.333	1.8096

 

中性（D）	14.333	1.7706
			稳定（E、F）	12.500	1.0857

其中，《JTG B03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中关于初始水平扩散参数σ_y0的取值标准如表4所示; 

表4初始水平扩散参数σ_y0的取值表 

表4中，σ_z0的取值如表2所示； 

步骤2024、所述处理器4根据第四代线源空气质量模型CALINE4模式中的公式 

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π\μ}{\mathrm{\σ}}_y{\mathrm{\σ}}_z}\left\{\exp \right[\frac{-{(Z-H)}^2}{2{\mathrm{\σ}}_z^2}]+\exp [\frac{{(Z+H)}^2}{2{\mathrm{\σ}}_z^2}\left]\right\}{\∫}_{y_1}^{y_2}\exp \left(\frac{-y^2}{2{\mathrm{\σ}}_y^2}\right)\mathrm{dy}---\left(8\right)$

计算得到汽车排放污染物通过大气传输时在传输过程中扩散和稀释的稀释因子f；其中，H为汽车排放污染物高度，Z为受点的水平高度，y₁、y₂为高速公路线源两端点的纵坐标； 

步骤203、确定高速公路路段j的环境交通容量：所述处理器4调用环境交通容量模块确定出高速公路路段j的环境交通容量ETC，其确定过程如下： 

步骤2031、所述处理器4对气象参数检测设备1所检测得到的高速公路路段j的温度数据和海拔数据进行分析处理，并对污染物浓度检测设备3所检测得到的高速公路路段j内的汽车排放污染物浓度数据进行分析处理，得到高速公路路段j的绝对温度TEM、高速公路路段j的海拔高度ALT、高速公路路段j内第k种汽车排放污染物的环境本底体积浓度C_kb；其中，C_kb的单位为ppm； 

步骤2032、所述处理器4根据公式 

FPPM=(0.02241/MOWT)×(TEM/273)×exp(0.03417×ALT/TEM)    （9） 

计算得到高速公路路段j内第k种汽车排放污染物的质量浓度与体积 浓度间相互转换的转换系数FPPM；其中，MOWT为第k种汽车排放污染物的摩尔质量； 

步骤2033、所述处理器4根据公式 

${C_{\mathrm{kb}}}^{\′}=\frac{C_{\mathrm{kb}}}{1000\mathrm{FPPM}}---\left(10\right)$

计算得到高速公路路段j内第k种汽车排放污染物的环境本底质量浓度C_kb'；C_kb'的单位为mg/m³； 

步骤2034、所述处理器4根据第四代线源空气质量模型CALINE4模式中的公式 

C_m=Q_j,T,k·f     （11） 

和公式 

C_m≤C_k-C_kb'（12） 

得到 

$Q_{j,T,k}\≤\frac{C_k-{C_{\mathrm{kb}}}^{\′}}{f}---\left(13\right)$

其中，公式（12）和公式（13）中，C_k为《环境空气质量标准》中第k种汽车排放污染物的浓度限值； 

步骤2035、处理器根据公式（5）和公式（13）得到高速公路路段j内第k种污染物的环境交通容量V_j,k的确定公式 

$V_{j,k}={\mathrm{\Σ}}_T{V}_j\left(t\right)\·\mathrm{\Δt}\≤\frac{C_k-{C_{\mathrm{kb}}}^{\′}}{{\mathrm{\α}}_i\·f\·({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\Σ}}_T{e}_{i,j,k}\left(u\right)\·\mathrm{u\Δt})}---\left(14\right)$

步骤2036、所述处理器4根据公式（14）确定出高速公路路段j内第k种污染物的环境交通容量V_j,k； 

步骤2037、所述处理器4重复进行步骤2031至步骤2036，直至确定出高速公路路段j内所有污染物的环境交通容量，然后处理器4根据公式ETC=min(V_j,k)确定出高速公路路段j内的环境交通容量ETC；其中，k=1～n，n为高速公路路段j的汽车排放污染物总数； 

步骤三、处理结果同步输出及存储：步骤二中进行高速公路环境交通容量的确定过程中，处理器4控制显示器5对步骤二中的信号处理过程及 高速公路环境交通容量的确定结果进行同步显示，同时，处理器4将高速公路环境交通容量的确定结果存储到服务器6中。 

例如，确定时段14：00-15：00，即T=1h内高速公路路段j内的环境交通容量ETC，具体步骤如下： 

步骤一、数据采集及实时上传：通过气象参数检测设备1、交通流检测设备2和汽车排放气体浓度检测设备3分别对高速公路路段j内的气象参数、交通流和汽车排放气体浓度进行实时检测并将所检测到的数据通过无线通信系统7上传给处理器4； 

步骤二、确定高速公路环境交通容量：通过处理器4对数据采集数据采集系统所采集到的数据进行分析处理，得出被检测高速公路路段j内的环境交通容量ETC，其分析处理过程具体如下： 

步骤201、确定各种汽车排放污染物的累积量：所述处理器4按照基于车速修正的mobile6.2模式和第四代线源空气质量模型CALINE4模式的方法确定出各种汽车排放污染物的累积量，其确定过程如下： 

步骤2011、所述处理器4根据公式 

e_i,j,k(u)=F_u·F_m·C_i,k      （1） 

计算得到高速公路路段j上i型车在车速u时第k种污染物的排放因子e_i,j,k(u)，e_i,j,k(u)的单位为g/(veh·km)，其中，F_u为速度修正参数，F_m为综合默认参数，C_i,k为i型车第k种污染物的基准排放因子，F_u、F_m和C_i,k的取值均从美国环境保护署发布的《User’s Guide to MOBILE6.1and MOBILE6.2》中查出；i=1～r，r为高速公路路段j的车型分类总数；k=1～n，n为高速公路路段j的汽车排放污染物总数； 

具体地，本实施例中，r的取值为8，车型包括小客、大客、小货、中货、大货、特大货、拖挂和集装箱；n的取值为2，高速公路路段j的汽车排放污染物包括CO气体和NO₂气体； 

当汽车排放污染物为CO气体时，各种车型的速度修正参数F_u、综合默认参数F_m和平均排放因子C_i,j,k的取值如表5所示;其中，车速u=80km/h； 

表5汽车排放污染物为CO时各种车型的F_u、F_m和C_i,j,k的取值表 

	小客	大客	小货	中货	大货	特大货	拖车	集装箱
									Fu	0.494	0.283	0.097	0.036	0.006	0.001	0.002	0.081
Fm	2.2	2.15	3.14	6.51	20.12	46.52	55.65	2.59
									Ci,j,k	2.59	6.23	17.86	23.64	33.96	133.49	53.55	26.12

根据表5中的数据计算得到各种车型在车速u=80km/h时污染物CO的排放因子e_i,j,k(u)的取值如表6所示; 

表6各种车型在车速u=80km/h时污染物CO的排放因子e_i,j,k(u)的取值表 

	小客	大客	小货	中货	大货	特大货	拖车	集装箱
									ei,j,k(u)	2.81	3.79	5.44	5.54	4.10	6.21	5.96	5.48

当汽车排放污染物为NO₂气体时，各种车型的速度修正参数F_u、综合默认参数F_m和平均排放因子C_i,j,k的取值如表7所示;其中，车速u=80km/h； 

表7汽车排放污染物为NO₂时各种车型的F_u、F_m和C_i,j,k的取值表 

	小客	大客	小货	中货	大货	特大货	拖车	集装箱
									Fu	0.054	0.115	0.008	0.084	0.261	0.182	0.127	0.169
Fm	2.20	2.15	3.14	6.51	20.12	46.52	55.65	2.59
									Ci,j,k	1.68	1.33	17.52	1.08	0.30	0.28	0.38	5.23

根据表5、表6和表7中的数据计算得到各种车型在车速u=80km/h时污染物NO₂的排放因子e_i,j,k(u)的取值如表8所示; 

表8各种车型在车速u=80km/h时污染物NO₂的排放因子e_i，j，k(u)的取值表 

	小客	大客	小货	中货	大货	特大货	拖车	集装箱
									ei,j,k(u)	0.20	0.33	0.44	0.59	1.60	2.41	2.69	2.29

步骤2012、所述处理器4调用排放污染物累积量确定模块并按照第四代线源空气质量模型CALINE4模式的方法以及公式 

$N_{j,T}={\∫}_0^T{V}_j\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(2\right)$

和公式 

$Q_{j,T,k}=N_{j,T}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\α}}_i{\∫}_0^L{e}_{i,j,k}\left(u\right)\mathrm{dl}---\left(3\right)$

得到高速公路路段j在时间T内汽车排放第k种污染物的累积量Q_j,T,k的计算公式 

$Q_{j,T,k}={\∫}_0^T{V}_j\left(t\right)\mathrm{dt}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\α}}_i{\∫}_0^L{e}_{i,j,k}\left(u\right)\·\mathrm{dl}---\left(4\right)$

公式（2）和公式（3）中，N_j,T为在污染物产生的时间段T内通过高速公路路段j的车辆数；公式（2）和公式（4）中，V_j(t)为通过交通流检测设备（2）检测得到的高速公路路段j内的交通流量，V_j(t)的单位为veh/s；公式（3）和公式（4）中，r为高速公路路段j的车型分类总数，α_i为i型车占车型分类总数的比例，L为路段j的长度； 

本实施例中，根据公式（2）计算得到在污染物产生的时间段T=1h内通过高速公路路段j的车辆数N_j,T=1232，其中，小客631，大客62，小货68，中货140，大货86，特大货27，拖挂21，集装箱1； 

步骤2013、所述处理器4对公式（4）进行离散化，得到高速公路路段j在时间T内汽车排放第k种污染物的累积量Q_j,T,k的离散化计算公式 

$Q_{j,T,k}={\mathrm{\α}}_i({\mathrm{\Σ}}_T{V}_j\left(t\right)\·\mathrm{\Δt})({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\Σ}}_T{e}_{i,j,k}\left(u\right)\·\mathrm{u\Δt})---\left(5\right)$

其中，Δt为污染物浓度检测设备3对第k种汽车排放污染物进行采样的时间间隔；本实施例中，取Δt=1min;Q_j,T,k的部分计算值如表9所示； 

表9Q_j,T,k的部分计算值表 

Δt	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											Qj,T,K	1.59	3.74	5.83	7.86	9.88	11.77	14.76	16.30	18.38	20.54

步骤2014、所述处理器4根据公式（5）确定出第k种汽车排放污染物的累积量Q_j,T,k； 

本实施例中，所述处理器4根据公式（5）确定出汽车排放污染物CO气体的累积量为124.55g； 

步骤2015、重复步骤2012至步骤2014，直至确定出所有汽车排放污染物的累积量； 

本实施例中，所述所有汽车排放污染物包括CO气体和NO₂气体，确定出的汽车排放污染物NO₂气体的累积量为29.21g； 

步骤202、确定稀释因子f：所述处理器4调用稀释因子确定模块并 按照第四代线源空气质量模型CALINE4模式的方法确定出汽车排放污染物通过大气传输时在传输过程中扩散和稀释的稀释因子f，其确定过程如下： 

步骤2021、确定平均风速μ：通过所述处理器4对气象参数检测设备1所检测得到的高速公路路段j内的多个风速值求平均值，得到高速公路路段j内的平均风速μ=1.5m/s； 

步骤2022、确定汽车排放污染物的垂直扩散参数σ_z：所述处理器4根据公式 

σ_z=((a(0.001x)^b)²+σ_z0)^1/2    （6） 

计算得到汽车排放污染物的垂直扩散参数σ_z； 

其中，高速公路线源微元至受点的下风向距离x=20m；该高速公路路段j的大气稳定度等级为E，从表1中查出a=61.14，b=0.91465；根据μ=1.5m/s从表2中查出 ${\mathrm{\σ}}_{z0}=5-3.5\left(\frac{\mathrm{\μ}-1}{2}\right)=4.125;$

计算得到σ_z=14.17； 

步骤2023、确定汽车排放污染物的水平扩散参数σ_y：所述处理器4根据公式 

σ_y=((465.1×(0.001x)tan(c-d×ln(0.001x)))²+σ_y0 ²)^1/2    （7） 

计算得到汽车排放污染物的水平扩散参数σ_y； 

其中，高速公路线源微元至受点的下风向距离x=20m；根据高速公路路段j的大气稳定度等级为E，从表3中查出c=12.500，d=1.0857；根据μ=1.5m/s从表4中查出σ_y0=2σ_z0=8.25； 

计算得到σ_y=840.71； 

步骤2024、所述处理器4根据第四代线源空气质量模型CALINE4模式中的公式 

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π\μ}{\mathrm{\σ}}_y{\mathrm{\σ}}_z}\left\{\exp \right[\frac{-{(Z-H)}^2}{2{\mathrm{\σ}}_z^2}]+\exp [\frac{{(Z+H)}^2}{2{\mathrm{\σ}}_z^2}\left]\right\}{\∫}_{y_1}^{y_2}\exp \left(\frac{-y^2}{2{\mathrm{\σ}}_y^2}\right)\mathrm{dy}---\left(8\right)$

计算得到汽车排放污染物通过大气传输时在传输过程中扩散和稀释 的稀释因子f； 

其中，汽车排放污染物高度H=0.50m，受点的水平高度Z=5.30m，高速公路线源两端点的纵坐标分别为y₁=-100，y₂=100； 

计算得到稀释因子f=1.0259； 

步骤203、确定高速公路路段j的环境交通容量：所述处理器4调用环境交通容量模块确定出高速公路路段j的环境交通容量ETC，其确定过程如下： 

步骤2031、所述处理器4对气象参数检测设备1所检测得到的高速公路路段j的温度数据和海拔数据进行分析处理，并对污染物浓度检测设备3所检测得到的高速公路路段j内的汽车排放污染物浓度数据进行分析处理，得到高速公路路段j的绝对温度TEM、高速公路路段j的海拔高度ALT、高速公路路段j内第k种汽车排放污染物的环境本底体积浓度C_kb；其中，C_kb的单位为ppm； 

本实施例中，高速公路路段j的绝对温度TEM=283.05℃，高速公路路段j的海拔高度ALT=20m，高速公路路段j内第1种汽车排放污染物CO气体的初始体积浓度C_1b=2.320ppm，高速公路路段j内第2种汽车排放污染物NO₂气体的初始体积浓度C_2b=0.028ppm； 

步骤2032、所述处理器4根据公式 

FPPM=(0.02241/MOWT)×(TEM/273)×exp(0.03417×ALT/TEM)    （9） 

计算得到高速公路路段j内第k种汽车排放污染物的质量浓度与体积浓度间相互转换的转换系数FPPM；其中，MOWT为第k种汽车排放污染物的摩尔质量； 

本实施例中，高速公路路段j内第1种汽车排放污染物CO气体的摩尔质量MOWT=28，高速公路路段j内第2种汽车排放污染物NO₂气体的摩尔质量MOWT=46； 

计算得到高速公路路段j内第1种汽车排放污染物CO气体的质量浓度与体积浓度间相互转换的转换系数FPPM=0.832；计算得到高速公路路 段j内第2种汽车排放污染物NO₂气体的质量浓度与体积浓度间相互转换的转换系数FPPM=0.506； 

步骤2033、所述处理器4根据公式 

${C_{\mathrm{kb}}}^{\′}=\frac{C_{\mathrm{kb}}}{1000\mathrm{FPPM}}---\left(10\right)$

计算得到高速公路路段j内第k种汽车排放污染物的环境本底质量浓度C_kb'；C_kb'的单位为mg/m³； 

本实施例中，计算得到高速公路路段j内第1种汽车排放污染物CO气体的初始质量浓度C_1b'=0.003mg/m³；计算得到高速公路路段j内第2种汽车排放污染物NO₂气体的初始质量浓度C_2b'=0.0006mg/m³； 

步骤2034、所述处理器4根据第四代线源空气质量模型CALINE4模式中的公式 

C_m=Q_j,T,k·f     （11） 

和公式 

C_m≤C_k-C_kb'     （12） 

得到 

$Q_{j,T,k}\≤\frac{C_k-{C_{\mathrm{kb}}}^{\′}}{f}---\left(13\right)$

其中，公式（12）和公式（13）中，C_k为《环境空气质量标准》中第k种汽车排放污染物的浓度限值； 

本实施例中，《环境空气质量标准》中第1种汽车排放污染物CO气体的浓度限值C₁=10mg/m³；《环境空气质量标准》中第2种汽车排放污染物NO₂气体的浓度限值C₂=0.12mg/m³； 

步骤2035、处理器根据公式（5）和公式（13）得到高速公路路段j内第k种污染物的环境交通容量V_j,k的确定公式 

$V_{j,k}={\mathrm{\Σ}}_T{V}_j\left(t\right)\·\mathrm{\Δt}\≤\frac{C_k-{C_{\mathrm{kb}}}^{\′}}{{\mathrm{\α}}_i\·f\·({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\Σ}}_T{e}_{i,j,k}\left(u\right)\·\mathrm{u\Δt})}---\left(14\right)$

步骤2036、所述处理器4根据公式（14）确定出高速公路路段j内第k种污染物的环境交通容量V_j,k； 

本实施例中，确定出高速公路路段j内第1种污染物CO气体的环境交通容量V_j,1=4250veh/h； 

步骤2037、所述处理器4重复进行步骤2031至步骤2036，直至确定出高速公路路段j内所有污染物的环境交通容量； 

本实施例中，确定出高速公路路段j内第2种污染物NO₂气体的环境交通容量V_j,2=3710veh/h； 

然后处理器4根据公式ETC=min(V_j,k)确定出高速公路路段j内的环境交通容量ETC； 

本实施例中，ETC=min(V_j,1，V_j,2)=3710veh/h； 

步骤三、处理结果同步输出及存储：步骤二中进行高速公路环境交通容量的确定过程中，处理器4控制显示器5对步骤二中的信号处理过程及高速公路环境交通容量的确定结果进行同步显示，同时，处理器4将高速公路环境交通容量的确定结果存储到服务器6中。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。 

Claims (8)

1.一种基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定方法，该方法采用的系统包括数据采集系统和用于对数据采集系统所采集到的数据进行分析处理的处理器（4），以及与处理器（4）相接并用于显示数据的显示器（5）和用于存储数据的服务器（6），所述处理器（4）通过无线通信系统（7）与数据采集系统无线连接并通信，所述数据采集系统由气象参数检测设备（1）、交通流检测设备（2）和用于对高速公路上的汽车排放污染物浓度进行检测的污染物浓度检测设备（3）构成；其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、数据采集及实时上传：通过气象参数检测设备（1）、交通流检测设备（2）和汽车排放气体浓度检测设备（3）分别对高速公路路段j内的气象参数、交通流和汽车排放气体浓度进行实时检测并将所检测到的数据通过无线通信系统（7）上传给处理器（4）；

步骤二、确定高速公路环境交通容量：通过处理器（4）对数据采集数据采集系统所采集到的数据进行分析处理，得出被检测高速公路路段j内的环境交通容量ETC，其分析处理过程具体如下：

步骤201、确定各种汽车排放污染物的累积量：所述处理器（4）按照基于车速修正的mobile6.2模式和第四代线源空气质量模型CALINE4模式的方法确定出各种汽车排放污染物的累积量，其确定过程如下：

步骤2011、所述处理器（4）根据公式

e_i,j,k(u)=F_u·F_m·C_i,k     （1）

计算得到高速公路路段j上i型车在车速u时第k种污染物的排放因子e_i,j,k(u)，e_i,j,k(u)的单位为g/(veh·km)，其中，F_u为速度修正参数，F_m为综合默认参数，C_i,k为i型车第k种污染物的基准排放因子，F_u、F_m和C_i,k的取值均从美国环境保护署发布的《User’s Guide to MOBILE6.1andMOBILE6.2》中查出；i=1～r，r为高速公路路段j的车型分类总数；k=1～n，n为高速公路路段j的汽车排放污染物总数；

步骤2012、所述处理器（4）调用排放污染物累积量确定模块并按照第四代线源空气质量模型CALINE4模式的方法以及公式

$N_{j,T}={\∫}_0^T{V}_j\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(2\right)$

和公式

$Q_{j,T,k}=N_{j,T}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\α}}_i{\∫}_0^L{e}_{i,j,k}\left(u\right)\mathrm{dl}---\left(3\right)$

得到高速公路路段j在时间T内汽车排放第k种污染物的累积量Q_j,T,k的计算公式

$Q_{j,T,k}={\∫}_0^T{V}_j\left(t\right)\mathrm{dt}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\α}}_i{\∫}_0^L{e}_{i,j,k}\left(u\right)\·\mathrm{dl}---\left(4\right)$

公式（2）和公式（3）中，N_j,T为在污染物产生的时间段T内通过高速公路路段j的车辆数；公式（2）和公式（4）中，V_j(t)为通过交通流检测设备（2）检测得到的高速公路路段j内的交通流量，V_j(t)的单位为veh/s；公式（3）和公式（4）中，r为高速公路路段j的车型分类总数，α_i为i型车占车型分类总数的比例，L为路段j的长度；

步骤2013、所述处理器（4）对公式（4）进行离散化，得到高速公路路段j在时间T内汽车排放第k种污染物的累积量Q_j,T,k的离散化计算公式

$Q_{j,T,k}={\mathrm{\α}}_i({\mathrm{\Σ}}_T{V}_j\left(t\right)\·\mathrm{\Δt})({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\Σ}}_T{e}_{i,j,k}\left(u\right)\·\mathrm{u\Δt})---\left(5\right)$

其中，Δt为污染物浓度检测设备（3）对第k种汽车排放污染物进行采样的时间间隔；

步骤2014、所述处理器（4）根据公式（5）确定出第k种汽车排放污染物的累积量Q_j,T,k；

步骤2015、重复步骤2012至步骤2014，直至确定出所有汽车排放污染物的累积量；

步骤202、确定稀释因子f：所述处理器（4）调用稀释因子确定模块并按照第四代线源空气质量模型CALINE4模式的方法确定出汽车排放污染物通过大气传输时在传输过程中扩散和稀释的稀释因子f，其确定过程如下：

步骤2021、确定平均风速μ：通过所述处理器（4）对气象参数检测设备（1）所检测得到的高速公路路段j内的多个风速值求平均值，得到高速公路路段j内的平均风速μ；

步骤2022、确定汽车排放污染物的垂直扩散参数σ_z：所述处理器（4）根据公式

σ_z=((a(0.001x)^b)²+σ_z0)^1/2       （6）

计算得到汽车排放污染物的垂直扩散参数σ_z；其中，x为高速公路线源微元至受点的下风向距离，x的单位为m；a为回归系数，b为指数，a和b的取值均根据被检测高速公路路段j的大气稳定度等级从《JTG B03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中查出；σ_z0为初始垂直扩散参数，σ_z0的单位为m，σ_z0的取值根据步骤2021中确定的平均风速μ从《JTG B03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中查出；

步骤2023、确定汽车排放污染物的水平扩散参数σ_y：所述处理器（4）根据公式

σ_y=((465.1×(0.001x)tan(c-d×ln(0.001x)))²+σ_y0 ²)^1/2   （7）

计算得到汽车排放污染物的水平扩散参数σ_y；其中，x为高速公路线源微元至受点的下风向距离，x的单位为m；c为回归系数，d为指数，c和d的取值均根据被检测高速公路路段j的大气稳定度等级从《JTG B03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中查出；σ_y0为初始水平扩散参数，σ_y0的单位为m，σ_y0的取值根据步骤2021中确定的平均风速μ从《JTG B03-2006公路建设项目环境影响评价规范_4》中查出；

步骤2024、所述处理器（4）根据第四代线源空气质量模型CALINE4模式中的公式

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π\μ}{\mathrm{\σ}}_y{\mathrm{\σ}}_z}\left\{\exp \right[\frac{-{(Z-H)}^2}{2{\mathrm{\σ}}_z^2}]+\exp [\frac{{(Z+H)}^2}{2{\mathrm{\σ}}_z^2}\left]\right\}{\∫}_{y_1}^{y_2}\exp \left(\frac{-y^2}{2{\mathrm{\σ}}_y^2}\right)\mathrm{dy}---\left(8\right)$

计算得到汽车排放污染物通过大气传输时在传输过程中扩散和稀释的稀释因子f；其中，H为汽车排放污染物高度，Z为受点的水平高度，y₁、y₂为高速公路线源两端点的纵坐标；

步骤203、确定高速公路路段j的环境交通容量：所述处理器（4）调用环境交通容量模块确定出高速公路路段j的环境交通容量ETC，其确定过程如下：

步骤2031、所述处理器（4）对气象参数检测设备（1）所检测得到的高速公路路段j的温度数据和海拔数据进行分析处理，并对污染物浓度检测设备（3）所检测得到的高速公路路段j内的汽车排放污染物浓度数据进行分析处理，得到高速公路路段j的绝对温度TEM、高速公路路段j的海拔高度ALT、高速公路路段j内第k种汽车排放污染物的环境本底体积浓度C_kb；其中，C_kb的单位为ppm；

步骤2032、所述处理器（4）根据公式

FPPM=(0.02241/MOWT)×(TEM/273)×exp(0.03417×ALT/TEM)    （9）

计算得到高速公路路段j内第k种汽车排放污染物的质量浓度与体积浓度间相互转换的转换系数FPPM；其中，MOWT为第k种汽车排放污染物的摩尔质量；

步骤2033、所述处理器（4）根据公式

${C_{\mathrm{kb}}}^{\′}=\frac{C_{\mathrm{kb}}}{1000\mathrm{FPPM}}---\left(10\right)$

计算得到高速公路路段j内第k种汽车排放污染物的环境本底质量浓度C_kb'；C_kb'的单位为mg/m³；

步骤2034、所述处理器（4）根据第四代线源空气质量模型CALINE4模式中的公式

C_m=Q_j,T,k·f      （11）

和公式

C_m≤C_k-C_kb'      （12）

得到

$Q_{j,T,k}\≤\frac{C_k-{C_{\mathrm{kb}}}^{\′}}{f}---\left(13\right)$

其中，公式（12）和公式（13）中，C_k为《环境空气质量标准》中第k种汽车排放污染物的浓度限值；

步骤2035、处理器根据公式（5）和公式（13）得到高速公路路段j内第k种污染物的环境交通容量V_j,k的确定公式

$V_{j,k}={\mathrm{\Σ}}_T{V}_j\left(t\right)\·\mathrm{\Δt}\≤\frac{C_k-{C_{\mathrm{kb}}}^{\′}}{{\mathrm{\α}}_i\·f\·({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^r{\mathrm{\Σ}}_T{e}_{i,j,k}\left(u\right)\·\mathrm{u\Δt})}---\left(14\right)$

步骤2036、所述处理器（4）根据公式（14）确定出高速公路路段j内第k种污染物的环境交通容量V_j,k；

步骤2037、所述处理器4重复进行步骤2031至步骤2036，直至确定出高速公路路段j内所有污染物的环境交通容量，然后处理器（4）根据公式ETC=min(V_j,k)确定出高速公路路段j内的环境交通容量ETC；其中，k=1～n，n为高速公路路段j的汽车排放污染物总数；

步骤三、处理结果同步输出及存储：步骤二中进行高速公路环境交通容量的确定过程中，处理器（4）控制显示器（5）对步骤二中的信号处理过程及高速公路环境交通容量的确定结果进行同步显示，同时，处理器（4）将高速公路环境交通容量的确定结果存储到服务器（6）中。

2.按照权利要求1所述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定方法，其特征在于：所述无线通信系统（7）包括与处理器（4）相接的第一无线通信模块（7-1）和与第一无线通信模块（7-1）通过无线通信网络基站（7-2）无线连接并通信的多个第二无线通信模块（7-3），多个所述第二无线通信模块（7-3）分别对应与各个气象参数检测设备（1）、交通流检测设备（2）和污染物浓度检测设备（3）相接。

3.按照权利要求1或2所述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定方法，其特征在于：所述气象参数检测设备（1）包括风速测试仪（1-1）、风向测试仪（1-2）、温度检测仪（1-3）、海拔测试仪（1-4）和大气压力测试仪（1-5）。

4.按照权利要求1或2所述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定方法，其特征在于：所述交通流检测设备（2）为视频交通流检测器或微波视频流检测器。

5.按照权利要求1或2所述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定方法，其特征在于：所述污染物浓度检测设备（3）包括CO浓度检测仪（3-1）和NO₂浓度检测仪（3-2）。

6.按照权利要求1或2所述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定方法，其特征在于：所述处理器（4）为PC机。

7.按照权利要求2所述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定方法，其特征在于：所述第一无线通信模块（7-1）为GPRS模块、CDMA模块或3G模块，相应所述第二无线通信模块（7-3）为GPRS模块、CDMA模块或3G模块，所述无线通信网络基站（7-2）为GPRS网络基站、CDMA网络基站或3G网络基站。

8.按照权利要求1所述的基于汽车排放的高速公路环境交通容量确定方法，其特征在于：步骤2011中n的取值为2，对应步骤2015中所述所有汽车排放污染物包括CO气体和NO₂气体。

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