CN114925483A - 城市交通网络的碳排放测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于城市碳排放测定技术领域,具体涉及一种城市交通网络的碳排放测定方法。包括步骤:建立城市交通网络的拓扑结构;以城市交通网络的拓扑结构为基础构建基于用户均衡原则的交通状态预测方法,以预测城市交通网络中各路段的交通状态;基于城市交通网络中各路段的交通状态,计算城市交通网络中通过各路段所需的时间以及获得各路段上车辆的平均运行速度;建立碳排放量测定方法,以测定城市交通网络的碳排放量。本发明考虑到了城市交通网络的规模效应,建立了城市交通网络的拓扑结构,并且基于该城市交通网络的拓扑结构构建基于用户均衡原则的交通状态预测方法。本发明基于交通状态预测方法能够有效测定城市的交通碳排放量。
Description
技术领域
本发明属于城市碳排放测定技术领域,具体涉及一种城市交通网络的碳排放测定方法。
背景技术
数据显示,交通运输行业是能源消耗和碳排放的第三大主体。每年的交通碳排放量约占全球碳排放总量的17%。在我国,交通运输碳排放量约占我国碳排放总量的10.4%,其中道路交通运输的碳排放量占交通碳排放量的85%以上。而对于某些特大城市来说,道路交通运输的碳排放量在交通碳排放量中的占比甚至超过90%。
由此可见,在城镇化水平不断提升、机动车保有量持续增加的当下,研究城市交通碳排放具有重要意义。
现有公开了一种道路交通二氧化碳排放的预测方法及预测系统(申请号CN202110923903.7),它基于未来目标年份的加权路网密度空间分布密度数据集和燃油车保有量,以及燃油车数量与二氧化碳排放的函数关系,预测未来目标年份的道路交通二氧化碳排放空间网格数据。现有还公开了一种核算城市道路交通逐日二氧化碳排放量的方法及其系统(申请号CN202111186813.0),它是基于目标城市路网逐时路网区间平均速度与交通拥堵指数,建立动态变化的路网信息数据库,从而构建“道路速度—交通拥堵指数—车流量预测模型”和“道路速度—交通拥堵指数—碳排放核算模型”。通过以上模型核算城市道路交通逐日二氧化碳排放量,并累加得到目标城市路网全年道路交通二氧化碳排放量。
以上两种方法虽然都针对道路交通的二氧化碳排放量进行研究,但是都没有考虑到城市交通网络的规模效应,忽略了网络拓扑结构和居民出行需求对于交通碳排放量的影响,从而使得测定结果不准确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市交通网络的碳排放测定方法,它的测定结果更加准确。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种城市交通网络的碳排放测定方法,包括:
S1)建立城市交通网络的拓扑结构;
S2)以城市交通网络的拓扑结构为基础构建基于用户均衡原则的交通状态预测方法,以预测城市交通网络中各路段的交通状态;
S3)基于城市交通网络中各路段的交通状态,计算城市交通网络中通过各路段所需的时间以及获得各路段上车辆的平均运行速度;
S4)建立碳排放量测定方法,以测定城市交通网络的碳排放量。
优选地,在上述的城市交通网络的碳排放测定方法中,步骤S1中,依据城市的道路网络连接和小区划分情况建立城市交通网络的拓扑结构G=(N,A),N为道路节点,A为有向路段的集合。
优选地,在上述的城市交通网络的碳排放测定方法中,令a∈A表示拓扑结构中任一有向路段,xa表示路段a上的交通流量;令n∈N表示拓扑结构中任一道路节点,每一道路节点既可作为出行需求发生的起点,也可作为出行需求结束的讫点;出行需求的起讫点形成拓扑结构中的OD对;令W表示OD对的集合,w∈W表示网络中的任一OD对,qw表示OD对w间的出行需求;Pw表示OD对w间的路径集合,p∈Pw表示拓扑结构中的任一路径。
优选地,在上述的城市交通网络的碳排放测定方法中,步骤S2中,基于用户均衡原则的交通状态预测方法采用如下的数学规划模型实现:
优选地,在上述的城市交通网络的碳排放测定方法中,ta(·)为经典的BPR函数:
式中,ta,0表示路段a的自由流时间,ca表示路段a的通行能力,ρ、τ为BPR函数参数。
优选地,在上述的城市交通网络的碳排放测定方法中,在步骤S3中,通过公式:
ta=ta(xa)
da=v0ta,0
计算城市交通网络中通过各路段所需的时间以及获得各路段上车辆的平均运行速度;
式中,da表示路段a的长度,ta,0为车辆通过路段a所需的时间,va为路段a上车辆的平均运行速度。
优选地,在上述的城市交通网络的碳排放测定方法中,路段a的长度可以直接查询地图或者通过浮动车法进行测量。
优选地,在上述的城市交通网络的碳排放测定方法中,在步骤S4中,建立碳排放量测定方法的过程为:
S41)计算单一车辆的燃料消耗,计算公式为:
f=(0.00001v2-0.00182v+0.13408)×d
式中,v表示平均行驶速度,d表示出行距离,f表示燃油消耗量;
S42)计算路段a上行驶的单一车辆的燃料消耗,计算公式为:
S43)计算路段a上行驶的单一车辆的碳排放量,计算的公式为:
式中,μ表示燃料的碳排放因子,ρ表示燃料的密度;
S44)计算整个城市交通网络的碳排放量,计算的公式为:E=∑aeaxa。
本发明的城市交通网络的碳排放测定方法的有益效果在于:考虑到了城市交通网络的规模效应,建立了城市交通网络的拓扑结构,并且基于该城市交通网络的拓扑结构构建基于用户均衡原则的交通状态预测方法。本发明基于上述的交通状态预测方法能够有效测定城市的交通碳排放量。
附图说明
图1是本发明实施例城市交通网络的碳排放测定方法的流程图;
图2是本发明实施例城市交通网络的拓扑结构图;
图3是本发明实施例城市交通网络的碳排放量示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
一种城市交通网络的碳排放测定方法,包括:
S1)建立城市交通网络的拓扑结构;
S2)以城市交通网络的拓扑结构为基础构建基于用户均衡原则的交通状态预测方法,以预测城市交通网络中各路段的交通状态;
S3)基于城市交通网络中各路段的交通状态,计算城市交通网络中通过各路段所需的时间以及获得各路段上车辆的平均运行速度;
S4)建立碳排放量测定方法,以测定城市交通网络的碳排放量。
本实施例的城市交通网络的碳排放测定方法的有益效果在于:考虑到了城市交通网络的规模效应,建立了城市交通网络的拓扑结构,并且基于该城市交通网络的拓扑结构构建基于用户均衡原则的交通状态预测方法。本实施例基于上述的交通状态预测方法能够有效测定城市的交通碳排放量。
优选地,在上述的城市交通网络的碳排放测定方法中,如图2所示,步骤S1中,依据城市的道路网络连接和小区划分情况建立城市交通网络的拓扑结构G=(N,A),N为道路节点,A为有向路段的集合。
令a∈A表示拓扑结构中任一有向路段,xa表示路段a上的交通流量;令n∈N表示拓扑结构中任一道路节点,每一道路节点既可作为出行需求发生的起点,也可作为出行需求结束的讫点;出行需求的起讫点形成拓扑结构中的OD对;令W表示OD对的集合,w∈W表示网络中的任一OD对,qw表示OD对w间的出行需求;Pw表示OD对w间的路径集合,p∈Pw表示拓扑结构中的任一路径。
具体地,本实施例的N中有24个道路节点n,A中有76条有向路段a,W中有528个OD对w。本实施例城市交通网络中,各OD对间的出行需求qw如表1所示:
表1城市交通网络的出行需求
步骤S2中,基于用户均衡原则的交通状态预测方法采用如下的数学规划模型实现:
本实施例城市的路段出行时间函数ta(·)为经典的BPR函数:
式中,ta,0表示路段a的自由流时间,ca表示路段a的通行能力,ρ、τ为BPR函数参数。作为优选方案,ρ=0.15,τ=4。
本实施例的城市交通网络中,各路段的参数(自由流时间ta,0,通行能力ca,路段长度da)取值如表2所示。
表2城市交通网络的路段参数取值
表3城市交通网络的路段流量
在步骤S3中,通过公式:
ta=ta(xa)
da=v0ta,0
计算城市交通网络中通过各路段所需的时间以及获得各路段上车辆的平均运行速度;
式中,da表示路段a的长度,ta,0为车辆通过路段a所需的时间,va为当前流量状况下路段a上车辆的平均运行速度。路段a的长度可以直接查询地图或者通过浮动车法进行测量。若应用浮动车法测量,则v0为浮动车的行驶速度,ta,0为浮动车通过路段a所需的时间,即自由流时间。
本实施例的城市交通网络各路段的出行时间ta和平均运行速度va如表4所示。
表4城市交通网络的路段出行时间和平均运行速度
在步骤S4中,建立碳排放量测定方法的过程为:
S41)计算单一车辆的燃料消耗,计算公式为:
f=(0.00001v2-0.00182v+0.13408)×d
式中,v表示平均行驶速度(km/h),d表示出行距离(km),f表示燃油消耗量(L);S42)计算路段a上行驶的单一车辆的燃料消耗,计算公式为:
S43)计算路段a上行驶的单一车辆的碳排放量,计算的公式为:
式中,μ表示燃料的碳排放因子,ρ表示燃料的密度;
常用燃料的碳排放因子和燃料的密度如下表:
S44)计算整个城市交通网络的碳排放量,计算的公式为:E=∑aeaxa。
具体地,以城市内机动车最常用的汽油为例,μ=3.17kg/kg,ρ=0.745kg/L,则ea的计算方法为:
ea=[0.0000236va 2-0.00430va+0.317]×da
整个城市交通网络的碳排放量E为:
经过计算,本实施例城市交通网络各路段上单一车辆的ea如表5所示。进一步地,图3应用路段颜色的深浅表示了碳排放量的多少,使得结果更加直观。
本实施例城市交通网络的交通碳排放量E=409924。
表5城市交通网络的路段单一车辆碳排放量
显然,本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种城市交通网络的碳排放测定方法,其特征在于,包括:
S1)建立城市交通网络的拓扑结构;
S2)以城市交通网络的拓扑结构为基础构建基于用户均衡原则的交通状态预测方法,以预测城市交通网络中各路段的交通状态;
S3)基于城市交通网络中各路段的交通状态,计算城市交通网络中通过各路段所需的时间以及获得各路段上车辆的平均运行速度;
S4)建立碳排放量测定方法,以测定城市交通网络的碳排放量。
2.根据权利要求1所述的城市交通网络的碳排放测定方法,其特征在于:步骤S1中,依据城市的道路网络连接和小区划分情况建立城市交通网络的拓扑结构G=(N,A),N为道路节点,A为有向路段的集合。
3.根据权利要求2所述的城市交通网络的碳排放测定方法,其特征在于:令a∈A表示拓扑结构中任一有向路段,xa表示路段a上的交通流量;令n∈N表示拓扑结构中任一道路节点,每一道路节点既可作为出行需求发生的起点,也可作为出行需求结束的讫点;出行需求的起讫点形成拓扑结构中的OD对;令W表示OD对的集合,w∈W表示网络中的任一OD对,qw表示OD对w间的出行需求;Pw表示OD对w间的路径集合,p∈Pw表示拓扑结构中的任一路径。
7.根据权利要求6所述的城市交通网络的碳排放测定方法,其特征在于:路段a的长度可以直接查询地图或者通过浮动车法进行测量。
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