CN103425865A

CN103425865A - 一种自动化的机动车排放网格化清单编制方法

Info

Publication number: CN103425865A
Application number: CN2013102225965A
Authority: CN
Inventors: 徐伟嘉; 刘永红; 李红霞; 黄建彰
Original assignee: GUANGDONG FUNDWAY TECHNOLOGY Co Ltd; Sun Yat Sen University
Current assignee: GUANGDONG FUNDWAY TECHNOLOGY Co Ltd; Sun Yat Sen University
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2013-12-04

Abstract

本发明涉及一种自动化的机动车排放网格化清单编制方法，根据实时道路交通特征的机动车排放测算方法，首先计算出各道路的污染物排放源强；将研究区域划分为无数网格，选择适当的网格精度并确定网格中心点，基于中尺度大气数值模型的墨卡托投影坐标系获取各网格中心点的经纬度信息，生成网格化参数文件；利用GIS技术进一步统计及确定网格内各类型道路的长度，结合道路污染物排放源强计算出各网格的污染物排放量；结合网格经纬度坐标信息采用GIS技术实现空间分配并实现空间渲染。

Description

一种自动化的机动车排放网格化清单编制方法

技术领域

本发明涉及一种自动化的机动车排放网格化清单编制方法，属于环境科学领域。

背景技术

随着我国经济持续高速发展，机动车数量急剧增加，“十一五”期间，我国机动车保有量由1.18亿辆增加到1.9亿辆，平均每年增长10%。机动车保有量的快速增加，机动车污染问题日趋严重，2010年全国机动车排放污染物5226.8万吨，其中氮氧化物（NOx）599.4万吨，碳氢化合物（HC）487.2万吨，一氧化碳（CO0.4万吨，颗粒物（PM）59.8万吨。机动车行驶过程中排放的废气是污染环境大气的主要流动污染源，研究表明，机动车尾气占城市污染源的80%。机动车污染对大气环境的影响已经引起广泛关注，越来越多学者致力于机动车排放研究。因此，为了更好地研究机动车污染对城市空气质量的贡献，支持机动车大气污染排放控制相关决策，建立机动车大气污染物排放清单就变得极为重要。

目前对于排放清单的研究，主要停留在研究区域特定污染物的排放总量数值上（参见CN102054222A、CN102567811A等），而对于排放量的空间分布情况研究甚少，但空间分布的研究可大大增加排放清单的空间分配识别性，为决策者提供全局的、客观的、立体的机动车污染排放信息。传统的机动车污染排放空间分配多采用空间插值和参数替代（张强，2005；Streets et al，2003），但其空间分配结果与实际排放情况具有较大偏差，车汶蔚等人（2009）提出了一种基于交通流量与道路系统的机动车污染物排放“准道路长度空间分配”的方法，该研究先获得区域污染物排放总量，通过引入“标准道路长度”转换体系的基础上,利用GIS技术完成机动车污染物排放的空间分配过程。在计算标准道路时，采用实际交通流量与标准交通流量的比值作为折算系数，标准交通流量采用经验值，利用区域总排放量除以总标准道路长度的方式，获得单位标准长度排放强度，结合折算系数进而获得污染物的空间分布特征，该过程仅仅考虑道路等级与区域特征（市区与非市区），未考虑交通源组成结构特征，计算的污染物排放空间分布结果较实际值有所差异。

发明内容

针对现有的机动车污染物排放空间分布计算方法较为缺乏、未从机动车排放源计算污染物空间分布，同时考虑因素有限、重要参数取经验值、计算结果不可靠等技术问题，本发明提供一种自动化的机动车排放网格化清单编制方法。

本发明所述的一种自动化的机动车排放网格化清单编制方法，包括如下步骤：

1）基于COPERT模型计算研究区域的机动车排放道路源强；

2）将研究区域划分为无数网格，选择适当的网格精度并确定网格中心点，获取各网格中心点的经纬度信息，生成网格化参数文件；

3）根据步骤（2）得到的网格化参数文件生成网格图层，利用GIS技术对属性完整的电子地图进行切割，进而确定各网格内各类型道路的长度；

4）根据步骤（1）得到的机动车排放道路源强和步骤（3）得到的网格内各类型道路的长度，计算出各网格的污染物排放量；

5）根据步骤（2）得到的网格经纬度坐标信息与步骤（4）得到的各网格污染物排放量，用不同的颜色表示排放量范围，利用GIS技术，对研究区域的电子地图进行排放量的渲染，得到排放量空间分布图，从而得到机动车排放网格化清单。

根据本发明所述的基于自动化的机动车排放网格化清单编制方法的进一步特征，所述步骤（1）中，机动车排放道路源强是通过如下步骤来确定的：

根据COPERT模型中的车型分类、预设车型分类标准建立车型映射关系；

确定基础数据，所述基础数据包括交通流量、区间车速、机动车技术指标数据库、气象参数值、道路长度、机动车保有量、油品信息、单次出行行驶里程、单次出行平均时间；

将上述基础数据输入到COPERT模型中，计算得到各车型的基础排放因子；

根据各车型的基础排放因子和机动车保有量，通过以下方程式（1）计算获得各车型的综合排放因子：

{EF}_{i} = \frac{Σ E_{ij} \times V_{ij}}{Σ V_{ij}}

方程式（1），

其中，EF_i表示第i种车型的综合排放因子；E_ij表示第i种车型中第j种子车型的基础排放因子；V_ij表示第i种车型中第j种子车型的保有量；

根据各车型的综合排放因子，通过以下方程式（2）计算道路源强：

A_j=∑EF_i×U_ij 方程式（2），

其中，A表示j种道路的道路源强；EF_i表示第i种车型的综合排放因子；U_ij表示第j种道路第i种车型的交通流量。

根据本发明所述的基于自动化的机动车排放网格化清单编制方法的进一步特征，所述步骤（2）中，所述网格化参数文件是通过如下步骤来确定的：

根据中尺度的大气数值模型，选择墨卡托投影坐标系；

确定研究区域的中心点，得出中心经纬度，由此确定中心网格；

根据研究区域大小而选择网格精度，以所述网格精度为网格的大小对所述中心网格进行网格外扩，直至覆盖研究区域；

将研究区域内的各网格生成网格化参数文件，即各网格的经纬度。

根据本发明所述的基于自动化的机动车排放网格化清单编制方法的进一步特征，所述步骤（3）中，所述网格内各类型道路长度是通过如下步骤来确定的：

将步骤（2）得到的网格化参数文件生成网格图层；

利用GIS技术，根据所述网格图层对研究区域图进行切割，得到道路网格文件，所述道路网格文件包括通过所述网格内的特定道路的长度；

根据所述道路网格文件，统计出各网格内各类型道路的长度。

根据本发明所述的基于自动化的机动车排放网格化清单编制方法的进一步特征，所述步骤（3）中，所述属性完整的电子地图包括与研究区域的实际道路情况相对应的道路，所述道路的图层属性包括：道路类型、道路名称、道路长度。

根据本发明所述的基于自动化的机动车排放网格化清单编制方法的进一步特征，所述步骤（4）中，各网格的污染物排放量是该网格的各类型道路的排放量的合计，通过以下方程式（3）计算：

E=∑A_j×L_j 方程式（3），

其中，E表示某一网格内的排放量；

A_j表示第j种道路的道路源强；

L_j表示该网格内第j种道路的长度。

由于我国没有开发自己的机动车排放因子计算模型，因此本发明采用欧盟开发的COPERT模型。COPERT模型起源于欧洲委员会（EC）开展的机动车排放因子研究，经多年完善形成了目前的可以由计算机程序实现的COPERT模型。该模型采用了大量可靠的实验数据并进行拟合得出规律，为欧洲国家所广泛应用。COPERT模式对于城市机动车排放污染总量与大气承载力的分析有着重要的作用。目前我国的机动车类型与机动车排放法规、车型分类标准等均与欧洲标准具有很大程度的相似性，这也是其它模式计算方法无法比拟的优点。本发明采用了第IV版的COPERT模型，根据COPERT模型中的车型分类，结合国内环保部门与交通管理部门的车型分类标准，建立车型映射关系，从而建立既满足COPERT模型计算要求又符合研究区域情况的车辆类型。

本发明所述的自动化的机动车排放网格化清单编制方法，建立了针对现有的机动车污染物排放空间分布计算方法，通过综合考虑多项影响因素，从机动车污染排放源角度分别计算各个网格排放后汇总，避免了仅考虑道路交通流量，进而从排放总量推算单个空间排放分布单凭经验值做出结论所引起的不确定性，计算结果可靠，从而实现了机动车尾气排放的空间分布展示，可将机动车污染情况直观地展示在用户面前，为政府部门对机动车排放的空间分布的直接认识提供技术支持，以便在此基础上制定相应的机动车控制政策。

附图说明

图1为本发明所述的一种自动化的机动车排放网格化清单编制方法的流程图。

图2为佛山市1km*1km网格精度下NOx排放量渲染图。

具体实施方式

以佛山市为研究区域，对佛山市的机动车排放的氮氧化物（NOx）进行自动化的网格化清单编制，以此例对本发明的内容做进一步详细说明。

1.如图1所示，首先计算佛山市区域内的机动车排放道路源强，具体包括以下步骤：

1.1根据COPERT IV模型中的车型分类、预设车型分类标准建立车型映射关系；

1.2确定基础数据，所述基础数据包括交通流量、区间车速、机动车技术指标数据库、气象参数值、道路长度、机动车保有量、油品信息、单次出行行驶里程、单次出行平均时间；

1.3将上述基础数据输入到COPERT模型中，计算得到各车型的基础排放因子；

1.4根据各车型的基础排放因子和机动车保有量，通过以下方程式（1）计算获得各车型的综合排放因子：

{EF}_{i} = \frac{Σ E_{ij} \times V_{ij}}{Σ V_{ij}}

方程式（1），

1.5根据各车型的综合排放因子，通过以下方程式（2）计算道路源强：

A_j=∑EF_i×U_ij 方程式（2），

其中，A表示j种道路的道路源强；E_ij表示第i种车型的综合排放因子；V_ij表示第j种道路第i种车型的交通流量。

佛山市机动车排放道路源强如表1所示。

表1：佛山市各类型道路NOx道路源强（单位：kg/km）

道路类型	国道	省道	县道	主干路	次干路	支路	高速路
								NOx	54.33	25.03	13.90	19.43	9.18	3.94	72.71

2.建立网格化参数文件，包括下列步骤：

2.1根据中尺度大气数值模型，选择墨卡托投影坐标系；

2.2确定研究区域的中心点，得出中心经纬度，由此确定中心网格；

2.3选择网格精度，选择1km*1km为佛山市网格精度，以该网格精度为网格的大小进行网格外扩，直至覆盖佛山市整个行政区域；

2.4将佛山市区域内的各网格生成网格化参数文件，即各网格的经纬度。

3.确定网格内各类型道路长度。利用GIS技术对佛山市属性完整的电子地图进行切割，并统计各网格内各类型道路的长度。具体包括下列步骤：

3.1将步骤2得到的网格化参数文件生成网格图层；

3.2利用GIS技术，根据网格图层对佛山市属性完整的电子地图进行切割，得到道路网格文件，道路网格文件为通过该网格内的特定道路的长度；

3.3根据道路网格文件，统计出各网格内各类型道路的长度。

4.计算排放量。网格内各类型道路的道路源强和长度相乘即得到网格内各类型道路的排放量，各类型道路的排放量合计即为网格排放量。

5.排放量空间分配。根据步骤4得到的各网格排放量，用不同的颜色表示排放量范围，利用GIS技术，对佛山市的电子地图进行排放量的渲染，渲染结果如图2所示。

Claims

1.一种自动化的机动车排放网格化清单编制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）基于COPERT模型计算研究区域的机动车排放道路源强；

2.根据权利要求1所述的基于自动化的机动车排放网格化清单编制方法，其特征在于，所述步骤（1）中，机动车排放道路源强是通过如下步骤来确定的：

{EF}_{i} = \frac{Σ E_{ij} \times V_{ij}}{Σ V_{ij}}

A_j=∑EF_i×U_ij 方程式（1），

A_j=∑EF_i×U_ij 方程式（2），

3.根据权利要求1所述的基于自动化的机动车排放网格化清单编制方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述网格化参数文件是通过如下步骤来确定的：

根据中尺度的大气数值模型，选择墨卡托投影坐标系；

4.根据权利要求1所述的基于自动化的机动车排放网格化清单编制方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述网格内各类型道路长度是通过如下步骤来确定的：

将步骤（2）得到的网格化参数文件生成网格图层；

5.根据权利要求1所述的基于自动化的机动车排放网格化清单编制方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述属性完整的电子地图包括与研究区域的实际道路情况相对应的道路，所述道路的图层属性包括：道路类型、道路名称、道路长度。

6.根据权利要求1所述的基于自动化的机动车排放网格化清单编制方法，其特征在于，所述步骤（4）中，各网格的污染物排放量是该网格的各类型道路的排放量的合计，通过以下方程式（3）计算：

E=∑A_j×L_j 方程式（3），

其中，E表示某一网格内的排放量；

A_j表示第j种道路的道路源强；

L_j表示该网格内第j种道路的长度。