CN112542042A - 一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法及装置 - Google Patents

一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法，本发明从环境保护的角度，以降低机动车碳排放为目标，进行潮汐车道交通管理方案设计；本发明在车辆参数、气候环境参数等基本数据的基础上，使用模型仿真分析的方法，通过数字化计算预测目标路段在不同潮汐车道方案下机动车的碳排放总量，有效而准确地确定潮汐车道行车方向。本发明公开了一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法的装置，用于实现本方法。

Description

一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法及装置
技术领域
本发明涉及交通环境技术领域，特别是一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法及装置。
背景技术
随着城市快速发展，居民的出行需求和出行强度也越来越大，由此而产生的碳排放也迅速增长。2019年6月，按照《联合国气候变化框架公约》相关要求，我国提交了《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》，向国际社会发布了2014年国家温室气体清单，清单显示，我国交通运输排放温室气体达8.2亿吨二氧化碳当量，道路运输是交通运输温室气体排放的主要贡献者，占84.1％。
道路运输高速增长引发的碳排放增加给全球气候和居民健康带来了巨大影响。碳排放中大量的温室气体将带来、气候变暖、酸雨等一系列环境问题，加剧全球温室效应，影响城市居民生活和生态环境。此外，机动车尾气中CO等污染物对人体健康也有极大影响，通过人体呼吸系统进入血液内，引发头痛、头晕、失眠、视物模糊、耳鸣、恶心、呕吐、全身乏力、心动过速、短暂昏厥等症状，导致呼吸系统及神经系统疾病。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法及装置，本发明通过计算潮汐车道在两种方向设置方案下的路段上行驶的机动车碳排放总量，确定碳排放最低的情况所对应的潮汐车道方案，以此来降低道路周边的空气污染问题，达到减排环保的目的。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
根据本发明提出的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法，包括以下步骤：
步骤S1、当前潮汐车道方案下，采集目标路段上各车辆的车速V1m、V2m及车型，其中，V1m为第一行车方向上第m车辆的车速，V2m为第二行车方向上第m车辆的车速，第一行车方向和第二行车方向相反；
步骤S2、根据车型及交通量，将车型分为小汽车、客车、小货车、大货车，分别统计两个行车方向不同车型的交通量P1n、P2n；其中，P1n为第一行车方向上不同车型的交通量，P2n为第二行车方向上不同车型的交通量；
步骤S3、计算两个行车方向的平均车速V1、V2；其中，V1为当前潮汐车道方案下第一行车方向上所有车辆的平均车速，V2为当前潮汐车道方案下第二行车方向上所有车辆的平均车速；
步骤S4、计算在当前潮汐车道方案下目标路段上行驶的机动车碳排放总量E；
步骤S5、根据当前潮汐车道方案下两个方向的平均车速及平均车流密度，建立交通流三参数模型；设潮汐车道行车方向改变，基于交通流三参数模型，预测新的潮汐车道方案下，两个行车方向的平均车速变化；
步骤S6、基于变化后的平均车速，预测新潮汐车道方案下该路段机动车碳排放总量E’；
步骤S7、若新潮汐车道方案的碳排放减排效益达到10％以上，即(E-E’)/E＞10％，则采用新潮汐车道方案。
作为本发明所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法进一步优化方案，步骤S4中，碳排放总量的计算方法为：
步骤A、提取目标路段上气候环境信息、车速、车型信息；
步骤B、通过机动车尾气排放因子模型计算各车型的碳排放因子EFn，n＝1，2，3，4，n＝1时，EFn为小汽车的碳排放因子，n＝2时，EFn为客车的碳排放因子，n＝3时，EFn为小货车的碳排放因子，n＝4时，EFn为大货车的碳排放因子；
步骤C、在信息库中提取该目标路段的长度L、交通量P1n、P2n；其中，n＝1，2，3，4，n＝1时，P11为第一行车方向上小汽车的数量，P21为第二行车方向上小汽车的数量；n＝2时，P12为第一行车方向上客车的数量，P22为第二行车方向上客车的数量；n＝3时，P13为第一行车方向上小货车的数量，P23为第二行车方向上小货车的数量；n＝4时，P14为第一行车方向上大货车的数量，P24为第二行车方向上大货车的数量；
步骤D、计算在当前潮汐车道方案下目标路段上行驶的机动车碳排放总量；
Figure BDA0002809579840000021
作为本发明所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法进一步优化方案，步骤B中机动车尾气排放因子模型为COPERT IV模型。
作为本发明所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法进一步优化方案，步骤S5中，潮汐车道行车方向改变后的两个行车方向的平均车速计算方法为：
步骤501、提取目标路段的长度L及第一行车方向的车道数N1、第二行车方向的车道数N2；
步骤502、分别计算两个方向的平均车流密度：
Figure BDA0002809579840000022
Figure BDA0002809579840000023
其中，K1为当前潮汐车道方案下第一行车方向上的平均车流密度，K2为当前潮汐车道方案下第二行车方向上的平均车流密度；
步骤503、根据两个方向的平均车速及平均车流密度，建立交通流三参数模型；
步骤504、设潮汐车道行车方向变化，计算新的潮汐车道方案下平均车流密度预测值K1’、K2’，其中K1’为新的潮汐车道方案下第一行车方向上的平均车流密度，K2’为新的潮汐车道方案下第二行车方向上的平均车流密度；
步骤505、将K1’、K2’导入交通流三参数模型，得到V1’、V2’，其中V1’为新的潮汐车道方案下第一行车方向上所有车辆的平均车速，V2’为新的潮汐车道方案下第二行车方向上所有车辆的平均车速。
作为本发明所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法进一步优化方案，步骤S5中交通流三参数模型为Greenshield模型，即
Figure BDA0002809579840000031
其中，V为车速，Vf为目标路段畅行速度，K为平均车流密度，Kj为阻塞密度。
作为本发明所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法进一步优化方案，所述步骤S6中，碳排放总量的计算方法为：
步骤A、提取目标路段上气候环境信息、新的潮汐车道方案下车速、车型信息；
步骤B、通过机动车尾气排放因子模型计算各车型在新的潮汐车道方案下的碳排放因子EFn′；n＝1，2，3，4，n＝1时，EF1′为小汽车的碳排放因子，n＝2时，EF2′为客车的碳排放因子，n＝3时，EF3’为小货车的碳排放因子，n＝4时，EF4’为大货车的碳排放因子；
步骤C、在信息库中提取该目标路段的长度L、交通量P1n、P2n；其中，n＝1，2，3，4，n＝1时，P11为第一行车方向上小汽车的数量，P21为第二行车方向上小汽车的数量；n＝2时，P12为第一行车方向上客车的数量，P22为第二行车方向上客车的数量；n＝3时，P13为第一行车方向上小货车的数量，P23为第二行车方向上小货车的数量；n＝4时，P14为第一行车方向上大货车的数量，P24为第二行车方向上大货车的数量；
步骤D、计算在新的潮汐车道方案下目标路段上行驶的机动车碳排放总量；
Figure BDA0002809579840000032
作为本发明所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法进一步优化方案，步骤B中机动车尾气排放因子模型为COPERT IV模型。
作为本发明所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法进一步优化方案，步骤S3中，
Figure BDA0002809579840000033
Figure BDA0002809579840000034
其中，M1为第一行车方向的车辆数，M2为第二行车方向的车辆数。
基于上述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法的装置，包括视频检测装置、车道指示装置和控制中心；所述视频检测装置用于检测、识别目标路段上起始位置的车辆数及车型信息，所述车道指示装置用于发布车道行驶方向信息，所述控制中心用于数据存储以及计算路段上由机动车产生的碳排放总量，生成潮汐车道设置方案。
作为本发明所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法的装置进一步优化方案，所述视频检测装置安装在目标路段两侧，所述车道指示装置安装在潮汐车道起点前50m处，所述控制中心位于城市交通管理部门指挥中心。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
(1)本发明从环境保护的角度，以降低机动车碳排放为目标，进行潮汐车道交通管理方案设计；本发明在车辆参数、气候环境参数等基本数据的基础上，使用模型仿真分析的方法，通过数字化计算预测目标路段在不同潮汐车道方案下机动车的碳排放总量，有效而准确地确定潮汐车道行车方向；
(2)本发明具有成本低、可重复、参数易获取等优点。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图。
图2为本发明实施例1中考虑机动车碳排放的快速道路车道引导装置的安装位置示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：
本实施例选择如图所示东西向道路为例，本路段为双向五车道，其中，中间车道为潮汐车道，初始行驶方向为由西至东。
本实施例中将本发明的考虑机动车碳排放的潮汐车道设置装置应用在图2所示的城市道路，该装置由视频检测装置1、车道指示装置2及控制中心组成。所述视频检测装置1用于检测、识别目标路段上起始位置的车辆数及车型信息，所述车道指示装置2用于发布车道行驶方向信息，所述控制中心用于数据存储以及计算路段上由机动车产生的碳排放总量，生成潮汐车道设置方案。如图2所示，所述视频检测装置1安装于潮汐车道所在路段路侧悬臂式立柱上，车道指示装置2安装于潮汐车道起点前50m处，控制中心建立在交通指挥中心处。
如图1所述，设置方法包括如下步骤：
步骤S1、视频检测装置检测当前潮汐车道方案下，采集目标路段上各车辆的车速V1m、V2m及车型并发送至控制中心，其中，V1m为第一行车方向上第m车辆的车速，V2m为第二行车方向上第m车辆的车速，第一行车方向和第二行车方向相反；
步骤S2、控制中心根据接收到的车型及交通量，将车型分为小汽车、客车、小货车、大货车，分别统计两个行车方向不同车型的交通量P1n、P2n；其中，P1n为第一行车方向上不同车型的交通量，P2n为第二行车方向上不同车型的交通量；
步骤S3、计算两个行车方向的平均车速V1、V2；其中，V1为当前潮汐车道方案下第一行车方向上所有车辆的平均车速，V2为当前潮汐车道方案下第二行车方向上所有车辆的平均车速；
步骤S4、计算在当前潮汐车道方案下目标路段上行驶的机动车碳排放总量E；
步骤S5、根据当前潮汐车道方案下两个方向的平均车速及平均车流密度，建立交通流三参数模型；设潮汐车道行车方向改变，基于交通流三参数模型，预测新的潮汐车道方案下，两个行车方向的平均车速变化；
步骤S6、基于变化后的平均车速，预测新潮汐车道方案下该路段机动车碳排放总量E’；
步骤S7、若新潮汐车道方案的碳排放减排效益达到10％以上，即(E-E’)/E＞10％，则采用新潮汐车道方案。
步骤S4中，碳排放总量的计算方法为：
步骤A、提取目标路段上气候环境信息、车速、车型信息；
步骤B、通过机动车尾气排放因子模型计算各车型的碳排放因子EFn，n＝1，2，3，4，n＝1时，EFn为小汽车的碳排放因子，n＝2时，EFn为客车的碳排放因子，n＝3时，EFn为小货车的碳排放因子，n＝4时，EFn为大货车的碳排放因子；
步骤C、在信息库中提取该目标路段的长度L、交通量P1n、P2n；其中，n＝1，2，3，4，n＝1时，P11为第一行车方向上小汽车的数量，P21为第二行车方向上小汽车的数量；n＝2时，P12为第一行车方向上客车的数量，P22为第二行车方向上客车的数量；n＝3时，P13为第一行车方向上小货车的数量，P23为第二行车方向上小货车的数量；n＝4时，P14为第一行车方向上大货车的数量，P24为第二行车方向上大货车的数量；
步骤D、计算在当前潮汐车道方案下目标路段上行驶的机动车碳排放总量；
Figure BDA0002809579840000051
步骤B中机动车尾气排放因子模型为COPERT IV模型。
步骤S5中，潮汐车道行车方向改变后的两个行车方向的平均车速计算方法为：
步骤501、提取目标路段的长度L及第一行车方向的车道数N1、第二行车方向的车道数N2；
步骤502、分别计算两个方向的平均车流密度：
Figure BDA0002809579840000061
Figure BDA0002809579840000062
其中，K1为当前潮汐车道方案下第一行车方向上的平均车流密度，K2为当前潮汐车道方案下第二行车方向上的平均车流密度；
步骤503、根据两个方向的平均车速及平均车流密度，建立交通流三参数模型；
步骤504、设潮汐车道行车方向变化，计算新的潮汐车道方案下平均车流密度预测值K1’、K2’，其中K1’为新的潮汐车道方案下第一行车方向上的平均车流密度，K2’为新的潮汐车道方案下第二行车方向上的平均车流密度；
步骤505、将K1’、K2’导入交通流三参数模型，得到V1’、V2’，其中V1’为新的潮汐车道方案下第一行车方向上所有车辆的平均车速，V2’为新的潮汐车道方案下第二行车方向上所有车辆的平均车速。
步骤S5中交通流三参数模型为Greenshield模型，即
Figure BDA0002809579840000063
其中，V为车速，Vf为目标路段畅行速度，K为平均车流密度，Kj为阻塞密度。
所述步骤S6中，碳排放总量的计算方法为：
步骤A、提取目标路段上气候环境信息、新的潮汐车道方案下车速、车型信息；
步骤B、通过机动车尾气排放因子模型计算各车型在新的潮汐车道方案下的碳排放因子EFn′；n＝1，2，3，4，n＝1时，EF1′为小汽车的碳排放因子，n＝2时，EF2′为客车的碳排放因子，n＝3时，EF3’为小货车的碳排放因子，n＝4时，EF4’为大货车的碳排放因子；
步骤C、在信息库中提取该目标路段的长度L、交通量P1n、P2n；其中，n＝1，2，3，4，n＝1时，P11为第一行车方向上小汽车的数量，P21为第二行车方向上小汽车的数量；n＝2时，P12为第一行车方向上客车的数量，P22为第二行车方向上客车的数量；n＝3时，P13为第一行车方向上小货车的数量，P23为第二行车方向上小货车的数量；n＝4时，P14为第一行车方向上大货车的数量，P24为第二行车方向上大货车的数量；
步骤D、计算在新的潮汐车道方案下目标路段上行驶的机动车碳排放总量；
Figure BDA0002809579840000064
步骤B中机动车尾气排放因子模型为COPERT IV模型。
步骤S3中，
Figure BDA0002809579840000071
Figure BDA0002809579840000072
其中，M1为第一行车方向的车辆数，M2为第二行车方向的车辆数。
包括视频检测装置、车道指示装置和控制中心；所述视频检测装置用于检测、识别目标路段上起始位置的车辆数及车型信息，所述车道指示装置用于发布车道行驶方向信息，所述控制中心用于数据存储以及计算路段上由机动车产生的碳排放总量，生成潮汐车道设置方案。
所述视频检测装置安装在目标路段两侧，所述车道指示装置安装在潮汐车道起点前50m处，所述控制中心位于城市交通管理部门指挥中心。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、当前潮汐车道方案下，采集目标路段上各车辆的车速V1m、V2m及车型，其中，V1m为第一行车方向上第m车辆的车速，V2m为第二行车方向上第m车辆的车速，第一行车方向和第二行车方向相反；
步骤S2、根据车型及交通量，将车型分为小汽车、客车、小货车、大货车，分别统计两个行车方向不同车型的交通量P1n、P2n；其中，P1n为第一行车方向上不同车型的交通量，P2n为第二行车方向上不同车型的交通量；
步骤S3、计算两个行车方向的平均车速V1、V2；其中，V1为当前潮汐车道方案下第一行车方向上所有车辆的平均车速，V2为当前潮汐车道方案下第二行车方向上所有车辆的平均车速；
步骤S4、计算在当前潮汐车道方案下目标路段上行驶的机动车碳排放总量E；
步骤S5、根据当前潮汐车道方案下两个方向的平均车速及平均车流密度，建立交通流三参数模型；设潮汐车道行车方向改变，基于交通流三参数模型，预测新的潮汐车道方案下，两个行车方向的平均车速变化；
步骤S6、基于变化后的平均车速，预测新潮汐车道方案下该路段机动车碳排放总量E’；
步骤S7、若新潮汐车道方案的碳排放减排效益达到10％以上，即(E-E’)/E>10％，则采用新潮汐车道方案。
2.根据权利要求1所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法，其特征在于，步骤S4中，碳排放总量的计算方法为：
步骤A、提取目标路段上气候环境信息、车速、车型信息；
步骤B、通过机动车尾气排放因子模型计算各车型的碳排放因子EFn，n＝1,2,3,4，n＝1时，EFn为小汽车的碳排放因子，n＝2时，EFn为客车的碳排放因子，n＝3时，EFn为小货车的碳排放因子，n＝4时，EFn为大货车的碳排放因子；
步骤C、在信息库中提取该目标路段的长度L、交通量P1n、P2n；其中，n＝1,2,3,4，n＝1时，P11为第一行车方向上小汽车的数量，P21为第二行车方向上小汽车的数量；n＝2时，P12为第一行车方向上客车的数量，P22为第二行车方向上客车的数量；n＝3时，P13为第一行车方向上小货车的数量，P23为第二行车方向上小货车的数量；n＝4时，P14为第一行车方向上大货车的数量，P24为第二行车方向上大货车的数量；
步骤D、计算在当前潮汐车道方案下目标路段上行驶的机动车碳排放总量；
Figure FDA0002809579830000011
3.根据权利要求2所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法，其特征在于，步骤B中机动车尾气排放因子模型为COPERT IV模型。
4.根据权利要求1所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法，其特征在于，步骤S5中，潮汐车道行车方向改变后的两个行车方向的平均车速计算方法为：
步骤501、提取目标路段的长度L及第一行车方向的车道数N1、第二行车方向的车道数N2；
步骤502、分别计算两个方向的平均车流密度：
Figure FDA0002809579830000021
Figure FDA0002809579830000022
其中，K1为当前潮汐车道方案下第一行车方向上的平均车流密度，K2为当前潮汐车道方案下第二行车方向上的平均车流密度；
步骤503、根据两个方向的平均车速及平均车流密度，建立交通流三参数模型；
步骤504、设潮汐车道行车方向变化，计算新的潮汐车道方案下平均车流密度预测值K1’、K2’，其中K1’为新的潮汐车道方案下第一行车方向上的平均车流密度，K2’为新的潮汐车道方案下第二行车方向上的平均车流密度；
步骤505、将K1’、K2’导入交通流三参数模型，得到V1’、V2’，其中V1’为新的潮汐车道方案下第一行车方向上所有车辆的平均车速，V2’为新的潮汐车道方案下第二行车方向上所有车辆的平均车速。
5.根据权利要求2所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法，其特征在于，步骤S5中交通流三参数模型为Greenshield模型，即
Figure FDA0002809579830000023
其中，V为车速，Vf为目标路段畅行速度，K为平均车流密度，Kj为阻塞密度。
6.根据权利要求1所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法，其特征在于，所述步骤S6中，碳排放总量的计算方法为：
步骤A、提取目标路段上气候环境信息、新的潮汐车道方案下车速、车型信息；
步骤B、通过机动车尾气排放因子模型计算各车型在新的潮汐车道方案下的碳排放因子EFn′；n＝1,2,3,4，n＝1时，EF1′为小汽车的碳排放因子，n＝2时，EF2′为客车的碳排放因子，n＝3时，EF3’为小货车的碳排放因子，n＝4时，EF4’为大货车的碳排放因子；
步骤C、在信息库中提取该目标路段的长度L、交通量P1n、P2n；其中，n＝1,2,3,4，n＝1时，P11为第一行车方向上小汽车的数量，P21为第二行车方向上小汽车的数量；n＝2时，P12为第一行车方向上客车的数量，P22为第二行车方向上客车的数量；n＝3时，P13为第一行车方向上小货车的数量，P23为第二行车方向上小货车的数量；n＝4时，P14为第一行车方向上大货车的数量，P24为第二行车方向上大货车的数量；
步骤D、计算在新的潮汐车道方案下目标路段上行驶的机动车碳排放总量；
Figure FDA0002809579830000031
7.根据权利要求6所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法，其特征在于，步骤B中机动车尾气排放因子模型为COPERTIV模型。
8.根据权利要求1所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法，其特征在于，步骤S3中，
Figure FDA0002809579830000032
Figure FDA0002809579830000033
其中，M1为第一行车方向的车辆数，M2为第二行车方向的车辆数。
9.基于权利要求1所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法的装置，其特征在于，包括视频检测装置、车道指示装置和控制中心；所述视频检测装置用于检测、识别目标路段上起始位置的车辆数及车型信息，所述车道指示装置用于发布车道行驶方向信息，所述控制中心用于数据存储以及计算路段上由机动车产生的碳排放总量，生成潮汐车道设置方案。
10.根据权利要求9所述的一种考虑机动车碳排放的潮汐车道设置方法的装置，其特征在于，所述视频检测装置安装在目标路段两侧，所述车道指示装置安装在潮汐车道起点前50m处，所述控制中心位于城市交通管理部门指挥中心。
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