CN110852528A - 基于微观交通排放估算的公交站台选型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微观交通排放估算的公交站台选型方法，涉及交通工程设计技术领域，该方法基于VISSIM与CMEM模型就城市公交停靠站点处的油耗排放进行分析，对不同站台形式下的公交车及社会车辆交通流进行仿真模拟，并与尾气排放及油耗模型进行耦合，得出不同站台形式下公交车及社会车辆逐秒污染物排放率、油耗率及总排放因子、油耗因子。本发明能够有效的模拟出不同站台形式下公交车及社会车辆逐秒污染物排放率、油耗率及总排放因子、油耗因子，并得出考虑公交通勤人员污染暴露的合理公交站台选型方案，有利于城市公共交通精细化设计，提升公共交通服务水平，为城市公交站台选型提供了方便。
Description
技术领域
本发明涉及交通工程设计技术领域，特别涉及一种基于微观交通排放估算的公交站台选型方法。
背景技术
城市公共交通是城市客运的主要载体，大力发展公共交通、提倡公交优先已经成为全国和各大城市解决交通问题的重要措施。在大力发展公共交通的同时，不能忽视了公共交通能源消耗和污染排放问题。公交车和其他汽车一样排放大量如一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、铅尘等为主的有毒尾气，公交车辆的尾气污染已在大中城市普遍受到了关注。虽然公交车在机动车总量中所占的比重不是很大，但由于公交车发动机排量大，运行时间长，油品低，工况变化频繁，在整个机动车油耗和排放中的贡献率较大。
公交停靠站点是公交系统的重要组成部分，是乘客和公交运输服务最基本的联系纽带，是公交系统实现其服务不可缺少的重要环节，公交车辆必须在此停靠实现其对乘客进行服务的目的，乘客也必须在此上下车实现出行的目的。公交车在停靠公交站点的时候经历减速进站、怠速上下客及加速离站的行驶过程，公交停靠站点的设置不仅关系到公交运输的质量和效率，然而由于城市公交线路停靠站点处交通环境的复杂性，导致此处公交车工况变化频繁、油耗及排放大，同时其他受影响的交通流在此减速行驶甚至拥塞，增加了车辆油耗及尾气排放。
以往的站台选型，主要从站点处延误时间角度研究公交停靠站点的优化设计，但是针对于减少油耗、尾气排放的优化设计研究较少。在站台选型设计时，只考虑了车辆运行状况，未考虑站点处人们在候车时会暴露在尾气中，由于站点处紧邻车行道，人们会短时间内吸入大量车辆尾气，影响人体健康。因此，提供一种基于微观交通排放估算的公交站台选型方法，对减少站点处尾气排放，为乘客提供良好的候车环境，减少废气对健康的危害具有重要的意义。
发明内容
为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于微观交通排放估算的公交站台选型方法，从而通过优化公交站点设计，减少由于公交车在站点处停靠带来的不良影响，降低交通油耗及尾气排放，为乘客提供良好的候车环境，减少废气对人体健康的危害。
本发明的技术方案是：
S1、选取城市公交路段、公交站台类型以及车辆车型；
S2、建立微观道路仿真模型和微观油耗排放模型；
S3、利用所述微观道路仿真模型生成指定公交线路及公交站点，建立不同站台形式配置方案；
S4、设定所述微观道路仿真模型的仿真总时长，确定仿真预热时间；
S5、通过所述微观道路仿真模型获取特定时间段的道路网络交通流特征，以及每辆车的车辆运行工况数据；
所述道路网络交通流特征包括交通流量、车型比例、车辆延误时间、车辆排队长度、停车次数；
S6、基于所述道路网络交通流特征，利用所述微观油耗排放模型，依据所述车辆运行工况数据，输出不同站台形式配置方案下每辆车的排放物和油耗数据；
S7、通过所述微观油耗排放模型对比分析不同站台形式配置方案下，公交站台处的所述车辆运行工况数据及排放物和油耗数据，确定公交站台选型方案。
优选的，所述仿真总时长与所述特定时间段对应。
优选的，所述仿真预热时间为最长公交路线的车辆行程时间。
优选的，所述车辆运行工况数据包括每辆车每秒钟的速度及加速度。
优选的，所述排放物包括CO2、CO、HC和NOX，所述油耗数据包括油耗因子。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明能够有效的模拟出不同站台形式下公交车及社会车辆逐秒污染物排放率、油耗率及总排放因子、油耗因子，并得出考虑公交通勤人员污染暴露的合理公交站台选型方案，有利于城市公共交通精细化设计，提升公共交通服务水平，为城市公交站台选型提供了方便。
2、本发明通过优化公交站点设计，减少了由于公交车在站点处停靠带来的不良影响，降低交通油耗及尾气排放，为乘客提供良好的候车环境，减少废气对人体健康的危害。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的车辆总体排放因子及油耗因子对比图；
图3为本发明的小汽车平均逐秒排放率对比图；
图4为本发明的公交车平均逐秒排放率对比图。
具体实施方式
下面结合本发明中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本发明提供的一种基于微观交通排放估算的公交站台选型方法，该方法的具体步骤如下：
S1、选取城市公交路段、公交站台类型以及车辆车型；
S2、建立微观道路仿真模型和微观油耗排放模型；
S3、利用所述微观道路仿真模型生成指定公交线路及公交站点，建立不同站台形式配置方案；
S4、设定所述微观道路仿真模型的仿真总时长，确定仿真预热时间；
S5、通过所述微观道路仿真模型获取特定时间段的道路网络交通流特征，以及每辆车的车辆运行工况数据；
所述道路网络交通流特征包括交通流量、车型比例、车辆延误时间、车辆排队长度、停车次数；
S6、基于所述道路网络交通流特征，利用所述微观油耗排放模型，依据所述车辆运行工况数据，输出不同站台形式配置方案下每辆车的排放物和油耗数据；
S7、通过所述微观油耗排放模型对比分析不同站台形式配置方案下，公交站台处的所述车辆运行工况数据及排放物和油耗数据，确定公交站台选型方案。
在本实施例中，仿真总时长与特定时间段对应，可以自定义设定仿真总时长，如一小时，半小时等。仿真预热时间为最长公交路线的车辆行程时间，仿真预热时间根据选取公交路线长度及速度分布设定。车辆运行工况数据包括每辆车每秒钟的速度及加速度；排放物包括CO2、CO、HC和NOX，油耗数据包括油耗因子。
应用本发明实现公交站台选型研究，具体过程如下：
1城市公交停靠站台形式的微观仿真模拟
在本实施例中，本发明基于VISSIM和CMEM(Comprehensive Modal EmissionModel，CMEM)软件实现公交站台选型研究。其中，通过VISSIM 软件建立微观道路仿真模型(VISSIM模型)，CMEM软件建立微观油耗排放模型(CMEM模型)；选取的城市公交路段为南京市太平北路(北京东路至四牌楼)路段，鸡鸣寺西站；公交站台类型为直线式和港湾式，车辆车型为小汽车(社会车辆)和公交车，对应关系如表2所示。研究时间段选取晚高峰时间，路段特征及由北向南单向分车型晚高峰小时交通流量，如表3所示。CMEM模型中车辆输入参数如表4所示。
表2 VISSIM与CMEM模型车型对应关系
| 车型分类 | VISSIM中对应车型 | CMEM中对应车型 |
| 小汽车(社会车辆) | 100 | 6 |
| 公交车 | 300 | 40 |
表3 太平北路路段特性和单向分车型晚高峰小时流量
表4 CMEM模型输入车辆参数
| 物理参数 | 公交车 | 小汽车(社会车辆) |
| 热浸时间(min) | 0 | 0 |
| 比湿(g/lb.) | 27 | 27 |
| 整车质量(kg) | 10450 | 1250 |
| 发动机排量(L) | 8.27 | 2 |
| 最大功率时发动机扭矩(N.m) | 998 | 163 |
| 最大扭矩时发动机的转速(rpm) | 2200 | 4000 |
| 发动机最大功率(kw) | 184 | 110 |
| 最大功率时发动机的转速(rpm) | 1700 | 6000 |
| 档位 | 5 | 4 |
由于所选取的路段鸡鸣寺西站设置在机非分隔带上，应用VISSIM软件中公交模块，在最外侧机动车车道设置公交线路及公交站点，此站点共8条线路。发车间隔游1路为10分钟，其余线路为3分钟。
应用VISSIM软件分别在两种不同站台形式下，输出晚高峰小时每辆车每秒钟的车辆运行工况数据(车辆运行工况数据包括速度及加速度)；并将晚高峰小时每辆车每秒钟的速度及加速度数据带入CMEM模型中得出，两种站台形式下的四种排放物及油耗数据；其中，四种排放物也称为排放因子，具体包括CO2、CO、HC和NOX；油耗数据为油耗因子。
2站台形式不同对油耗排放影响分析
2.1总排放因子、油耗因子对比分析
图2为从CMEM模型的输出结果中得出的晚高峰小时内，两种公交站台形式下，路段上车队总体的排放因子及油耗因子。
从图2中可以看出，相比于直线式公交停靠站，公交站台形式为港湾式的情况下，CO2、CO、油耗值有所下降，分别减少30.68％、2.10％、29.79％， HC及NOX升高，分别增加了18.25％、23.78％。
由于直线式公交停靠站情况下，小汽车受到公交车影响较大，车速降低，甚至造成不必要的停靠。由于NOX、HC排放因子在低速情况下较小，排放因子随着速度的增加逐渐减小后又逐渐增大，50km/h～60km/h时值最小，其主要原因是在低速时，发动机温度过低，不利于NOX、HC生成，高速时发动机燃烧温度高创造了有利于NOX、HC生成的条件。城市道路环境中，很少出现高于50km/h～60km/h高速工况，大部分处在低速行驶状态。因此直线式的公交停靠站路段小汽车的平均NOX排放因子小于港湾式的路段。
2.2站台形式对公交车、小汽车(社会车辆)排放及油耗影响
如图3和4所示，两种站台形式下的公交车平均逐秒排放率变化不大，而小汽车排放率出现了较大差异。这与前后两种站台形式下小汽车工况变化较大，而公交车工况变化不大有关。直线式公交停靠站的路段上，小汽车受到影响较大，工况变化明显，出现减速、加速等工况。数据得出结果与定性分析相吻合。
由于排放率、油耗率明显不服从于正态分布。用非参数检验方法对排放数据进行分析，检验太平北路路段先后两种公交停靠站站台形式设置方案下，公交车、小汽车排放率及油耗率差异性是否显著。采用符号秩检验方法，检验差值总体的对称中心是否为0。得出显著性结果如表5所示。
表5 差异显著性概率
| 双侧渐进显著性概率 | CO<sub>2</sub> | CO | HC | NO<sub>X</sub> | Fuel |
| 公交车 | 0.55 | 0.016* | <0.001** | 0.015* | 0.014* |
| 小汽车 | <0.001** | <0.001** | <0.001** | <0.001** | <0.001** |
由表5可以看出，小汽车的各污染物排放率及油耗率在两种站台形式下差异显著性概率均小于0.01，差异高度显著。公交车CO2排放率在两种站台形式下差异不显著，CO、NOX排放率及油耗率显著，HC为高度显著。
由此可以看出，公交站台形式不同对小汽车污染物排放及油耗产生了较大影响。对于柴油公交车，除了HC对工况变化反应灵敏外，其油耗率及污染物排放率差异性不大。而柴油公交车在两种站台形式下的总排放量差异，主要是由于延误的变化而导致。
对公交车辆而言，站台形式不同对其排放率及油耗率无显著的影响。社会车辆由于其速度、加速度等工况在两种站台形式下差异显著，导致了污染物排放及油耗的差异。港湾式站台形式下小汽车污染物排放率及油耗率较少，所以在社会车辆流量大的路段上，宜选用港湾式公交站台方案。
以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于微观交通排放估算的公交站台选型方法，包括：
S1、选取城市公交路段、公交站台类型以及车辆车型；
S2、建立微观道路仿真模型和微观油耗排放模型；
S3、利用所述微观道路仿真模型生成指定公交线路及公交站点，建立不同站台形式配置方案；
S4、设定所述微观道路仿真模型的仿真总时长，确定仿真预热时间；
S5、通过所述微观道路仿真模型获取特定时间段的道路网络交通流特征，以及每辆车的车辆运行工况数据；
所述道路网络交通流特征包括交通流量、车型比例、车辆延误时间、车辆排队长度、停车次数；
S6、基于所述道路网络交通流特征，利用所述微观油耗排放模型，依据所述车辆运行工况数据，输出不同站台形式配置方案下每辆车的排放物和油耗数据；
S7、通过所述微观油耗排放模型对比分析不同站台形式配置方案下，公交站台处的所述车辆运行工况数据及排放物和油耗数据，确定公交站台选型方案。
2.如权利要求1所述的一种基于微观交通排放估算的公交站台选型方法，其特征在于，所述仿真总时长与所述特定时间段对应。
3.如权利要求1所述的一种基于微观交通排放估算的公交站台选型方法，其特征在于，所述仿真预热时间为最长公交路线的车辆行程时间。
4.如权利要求1所述的一种基于微观交通排放估算的公交站台选型方法，其特征在于，所述车辆运行工况数据包括每辆车每秒钟的速度及加速度。
5.如权利要求1所述的一种基于微观交通排放估算的公交站台选型方法，其特征在于，所述排放物包括CO2、CO、HC和NOX，所述油耗数据包括油耗因子。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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