CN116777120B - 一种基于路网od对的城市道路移动源碳排放计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳排放技术领域,公开了一种基于路网OD对的城市道路移动源碳排放计算方法,包括以下步骤:根据不同车型的路网先验OD信息、路段观测流量信息对OD矩阵进行估计;基于交通路网中的监测设备获取车辆在OD对之间的平均行驶时间及平均行驶速度;计算城市道路移动源整体碳排放量。本发明考虑不同OD对之间的平均行驶速度来获取碳排放因子,可提升城市路网碳排放量核算的准确;同时,不同OD对由于起点和终点的功能不同,所行驶的车辆类型和比例也存在差别,本发明将不同车型分别进行计算,更进一步提高了计算结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及碳排放技术领域,具体涉及一种基于路网OD对的城市道路移动源碳排放计算方法。
背景技术
交通运输行业是仅次于发电行业和供热行业的碳排放重要来源,在交通运输行业推行碳减排是应对气候变化挑战的有效措施。对于城市区域而言,由于重污染企业的迁出和机动车保有量的连年攀升,降低城市道路交通碳排放成为城市碳减排的主要手段。
为制定科学合理的碳减排措施,对城市道路交通碳排放量的准确计算可为相关部门提供数据支持,并可对减碳措施的实施效果进行评估。
由于交通路网的结构复杂性及机动车的移动排放特性,与工业等固定源排放相比,道路移动碳源排放的测量难度更大。现有的交通碳排放估算方法可分为自上而下和自下而上两种类型,其中自上而下的方法基于能耗和能量转换因子计算碳排放,该种方法计算简单,适用于较广泛的空间测量范围,但可能会低估实际能耗,且会因能源碳排放因子的不准确导致测量结果偏差大;自下而上的方法通过车辆类型、保有量、行驶里程、单位里程燃烧能耗来计算交通碳排放,一方面该方法用车辆保有量作为路网中实际行驶的车辆数量,忽略了未上路车辆,另一方面该方法没有考虑到在路车辆不同行驶速度对其碳排放量的影响,因此会导致计算结果的不准确。
路网OD(Origin Destination:出行起终点)数据通常用于表征在特定区域和特定时段内,各类车辆从不同起点前往不同终点的出行总量,通常使用二维表格或矩阵反映区域内公路交通出行时空分布情况,对于区域公路网规划、运行管理、项目建设和政策制定等方面具有重要参考价值。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种基于路网OD对的城市道路移动源碳排放计算方法。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种基于路网OD对的城市道路移动源碳排放计算方法,包括以下步骤:
步骤一,根据不同车型的路网先验OD信息、路段观测流量信息对OD矩阵进行估计:
对于车型,/>表示车型数量,建立OD矩阵估计双层规划模型,双层规划模型包括上层规划模型和下层规划模型:
上层规划模型:
;
;
;
下层规划模型:
;
;
;
其中,表示上层规划模型的目标函数,/>表示待估计的车型的OD矩阵,OD矩阵的元素/>表示从/>交通分区到/>交通分区的OD量,/>,/>为交通分区数量;上标/>表示转置,上标/>表示矩阵的逆,/>表示按/>分配的交通量向量,/>表示先验OD矩阵,/>为路段观测交通量向量,/>和/>分别表示OD先验矩阵和路段观测流量的随机误差的协方差矩阵,表示路段阻抗函数,/>为与/>对应的用户均衡流量可行解的集合,/>表示/>中一个可行解;/>表示/>经过路段/>的比例;/>为/>的第a个元素,表示路段/>的交通量;,/>表示路段集合,/>表示路段/>的路段阻抗函数;
对双层规划模型进行数值求解,得到各车型的估计OD矩阵;
步骤二,基于交通路网中的监测设备获取车辆在OD对之间的平均行驶时间及平均行驶速度;
步骤三:计算城市道路移动源整体碳排放量:
;
其中,表示第i个OD对之间车型/>的双向车流量,/>表示第i个OD对之间车型/>的二氧化碳排放因子,/>表示第i个OD对之间的平均行驶速度,/>表示第i个OD对之间的平均行驶时间,/>,/>。
进一步地,步骤一中求解双层规划模型,得到各车型的估计OD矩阵时,具体包括:
步骤一A:令迭代次数k=1,随机产生若干个上层规划方案,上层规划方案中满足约束条件的作为初始种群中的个体,设个体数量为n,分别记为;
步骤一B:将种群中的任意一个体,i=1,2,…,n,代入下层规划模型中得到下层规划模型的解/>;
步骤一C:通过适应度函数计算的适应度,适应度函数为上层规划模型的目标函数/>;
步骤一D:根据步骤一C计算的适应度对初始种群中的个体进行淘汰,选择出父代;
步骤一E:分别对父代进行交叉和变异,产生新一代种群中的n个个体;
步骤一F:当k达到预先设定的最大迭代次数时,输出最优解;否则令k=k+1,转到步骤一B。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果是:
本发明提出一种基于路网OD对的道路移动源碳排放计算方法,由于不同OD对的道路状况、交通流量等条件不同,导致其平均行驶速度会相差较大,因此本发明考虑不同OD对之间的平均行驶速度来获取碳排放因子,可提升城市路网碳排放量核算的准确;同时,不同OD对由于起点和终点的功能不同,所行驶的车辆类型和比例也存在差别,本发明将不同车型分别进行计算,更进一步提高了计算结果的准确性。
附图说明
图1为本发明中城市道路移动源碳排放计算方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
本发明中的基于路网OD对的城市道路移动源碳排放计算方法,包括以下步骤:
S1,根据不同车型的路网先验OD信息、路段观测流量信息进行OD矩阵的估计,具体包括:
对于车型,/>表示车型数量,建立OD矩阵估计双层规划模型:
上层规划模型:
;
;
;
下层规划模型:
;
;
;
其中,路网先验OD信息包括OD先验矩阵,表示上层规划模型的目标函数,/>表示待估计的该车型OD矩阵,其元素/>表示从/>区到/>区的OD量,/>,/>为交通分区数量;上标/>表示转置,/>表示按/>分配的交通量向量,/>表示先验OD矩阵,/>为路段观测交通量向量,/>和/>分别表示OD先验矩阵和路段观测流量的随机误差的协方差矩阵,/>表示路段阻抗函数,/>为与/>对应的用户均衡流量可行解的集合,/>表示其中一个可行解;表示/>经过路段/>的比例,一般采用交通分配模型获取;/>为/>的第a个元素,表示路段/>的交通量,/>,/>表示路段集合,/>表示路段/>的路段阻抗函数,可采用BPR函数、Davidson函数等。
采用如下方法进行模型数值求解,得到各车型的估计OD矩阵;对于车型j的OD矩阵估计双层规划模型,具体包括以下步骤:
S1A:令k=1,随机产生若干个上层规划方案,其中满足约束条件的作为初始种群中的个体,设个体数量为n,分别记为。
S1B:对任一个体,i=1,2,…,n,代入下层规划模型中得到下层规划模型的解/>。
S1C:通过适应度函数计算的适应度,适应度函数为上层规划模型的目标函数。
S1D:根据步骤S1C计算的适应度进行淘汰,选择出父代。
S1E:分别对父代进行交叉和变异,产生新一代的n个个体。
S1F:当k达到预先设定的最大迭代次数时终止算法,输出最优解;否则令k=k+1,转到步骤S1B。
S2,基于交通路网中的摄像头等监测设备获取车辆在OD对之间的平均行驶时间及平均行驶速度。
OD对(origin-destination pairs)指的是路网上起点和终点组成的点对。
S3,由如下公式计算城市道路移动源整体碳排放量:
;
其中,表示第i个OD对之间车型/>的双向车流量;/>表示第i个OD对之间车型/>的二氧化碳排放因子,单位为g/km,/>可通过MOVES模型经过参数值本地化修正后得到;/>表示第i个OD对之间的平均行驶速度,单位为km/h;/>表示第i个OD对之间的平均行驶时间,单位为h;/>,/>。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内,不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (2)
1.一种基于路网OD对的城市道路移动源碳排放计算方法,包括以下步骤:
步骤一,根据不同车型的路网先验OD信息、路段观测流量信息对OD矩阵进行估计:
对于车型,/>表示车型数量,建立OD矩阵估计双层规划模型,双层规划模型包括上层规划模型和下层规划模型:
上层规划模型:
;
;
;
下层规划模型:
;
;
;
其中,表示上层规划模型的目标函数,/>表示待估计的车型的OD矩阵,OD矩阵的元素表示从/>交通分区到/>交通分区的OD量,/>,/>为交通分区数量;上标/>表示转置,上标/>表示矩阵的逆,/>表示按/>分配的交通量向量,/>表示先验OD矩阵,/>为路段观测交通量向量,/>和/>分别表示OD先验矩阵和路段观测流量的随机误差的协方差矩阵,/>表示路段阻抗函数,/>为与/>对应的用户均衡流量可行解的集合,/>表示/>中一个可行解;/>表示/>经过路段/>的比例;/>为/>的第a个元素,表示路段/>的交通量;/>,/>表示路段集合,/>表示路段/>的路段阻抗函数;
对双层规划模型进行数值求解,得到各车型的估计OD矩阵;
步骤二,基于交通路网中的监测设备获取车辆在OD对之间的平均行驶时间及平均行驶速度;
步骤三:计算城市道路移动源整体碳排放量:
;
其中,表示第i个OD对之间车型/>的双向车流量,/>表示第i个OD对之间车型/>的二氧化碳排放因子,/>表示第i个OD对之间的平均行驶速度,/>表示第i个OD对之间的平均行驶时间,/>,/>。
2.根据权利要求1所述的基于路网OD对的城市道路移动源碳排放计算方法,其特征在于,步骤一中求解双层规划模型,得到各车型的估计OD矩阵时,具体包括:
步骤一A:令迭代次数k=1,随机产生若干个上层规划方案,上层规划方案中满足约束条件的作为初始种群中的个体,设个体数量为n,分别记为;
步骤一B:将种群中的任意一个体,i=1,2,…,n,代入下层规划模型中得到下层规划模型的解/>;
步骤一C:通过适应度函数计算的适应度,适应度函数为上层规划模型的目标函数;
步骤一D:根据步骤一C计算的适应度对初始种群中的个体进行淘汰,选择出父代;
步骤一E:分别对父代进行交叉和变异,产生新一代种群中的n个个体;
步骤一F:当k达到预先设定的最大迭代次数时,输出最优解;否则令k=k+1,转到步骤一B。
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CN116777120A (zh) | 2023-09-19 |
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