道路立体交叉交通污染分析与评价研究

摘要

随着人们对交通污染的日益关注,绿色、环保型的交通系统已经成为现代城市发展的必然要求。道路立体交叉作为公路网和城市道路网的重要节点,其交通污染问题显得尤为突出。从道路立体交叉线形设计指标出发,研究交通污染与道路立体交叉几何设计条件之间的内在联系,定量评价道路立体交叉设计方案的交通污染状况具有十分重要的理论意义和实用价值。论文在总结借鉴国内外相关研究成果的基础上,对道路立体交叉空气污染、噪声污染与几何线形设计指标之间的关系以及道路立体交叉方案交通污染评价问题进行了研究。论文对基于交通污染评价的道路立体交叉分解方法进行了研究。在分析左、右转匝道圆曲线单元、缓和曲线单元线形组成的基础上,选取典型的左出左入式、左出右入式、右出左入式、右出右入式、环圈式左转匝道和斜线式、单(复)曲线式、反向曲线式、平行线式右转匝道,进行了常见的三路立体交叉和四路立体交叉分解方法研究。匝道是道路立体交叉交通污染研究的关键部位,论文从分析车辆在匝道上的行驶速度变化入手,对匝道坡度、转弯半径对车速的影响进行了分析,建立了变速运动段车速与匝道长度之间的函数关系,为以车速作纽带建立污染物排放量、交通噪声能量与匝道长度之间关系奠定基础。对于道路立体交叉空气污染研究,选取一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)作为评价因子,将车辆分为小型车、中型车、大型车、特大型车、摩托车五大类,在总结、归纳、借鉴国内外单车污染物排放因子与速度关系研究成果的基础上,给出了五类车型、三种污染物的单车排放因子与速度拟合关系。通过车速与匝道长度之间的函数关系,建立了车辆在匝道上变速行驶时单车排放因子与匝道长度之间的函数关系,通过积分运算得到了单车污染物排放量计算公式,在此基础上,通过计算匝道、主线污染物总量得到了道路立体交叉的污染物总量计算公式。给出了道路立体交叉主线长度、左转匝道长度及右转匝道长度当量空气污染的含义及计算公式。对于道路立体交叉交通噪声污染研究,选取等效声级作为评价量,给出了相对等效能量的含义及计算方法,在总结、归纳、借鉴国内外噪声级与速度关系研究的基础上,给出了相对等效能量与车速拟合关系,建立了相对等效能量与匝道长度之间函数关系,通过积分运算得到了单车相对等效总能量,继而得到了单车等效声级,在此基础上,通过匝道、主线车辆行驶等效声级叠加计算得到了道路立体交叉的等效声级。给出了道路立体交叉主线长度、左转匝道长度及右转匝道长度当量噪声污染的含义及计算公式。选取道路立体交叉当量空气污染、当量噪声污染、影响系数共3大类12个指标,利用可拓学中的物元分析评价理论进行道路立体交叉方案交通污染综合评价。通过确定待评物元、经典域物元矩阵、节域物元矩阵、计算各指标权重、关联函数及隶属程度、对方案进行综合评价等过程建立了基于物元分析的道路立体交叉交通污染评价模型。论文取得的主要研究成果有:提出了基于交通污染评价的道路立体交叉左、右转匝道及线形单元分解方法;分析了匝道车速变化过程,建立了车速与匝道长度之间的函数关系;建立了车辆在匝道上变速行驶时单车排放因子与匝道长度之间的函数关系,推导了单车污染物排放量和道路立体交叉污染物总量计算公式;给出了道路立体交叉主线长度、左转匝道长度及右转匝道长度当量空气污染的含义及计算公式;给出了相对等效能量的含义及计算方法,建立了相对等效能量与匝道长度之间的函数关系,推导了单车等效声级和道路立体交叉等效声级计算公式;给出了道路立体交叉主线长度、左转匝道长度及右转匝道长度当量噪声污染的含义及计算公式;提出了基于物元分析的道路立体交叉交通污染评价模型。

目录

摘要

Abstract

物理量名称及符号表

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 道路立体交叉发展概况

1.1.2 问题的提出

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究现状及分析

1.3.1 道路交通污染现状分析

1.3.2 交通空气污染研究综述

1.3.3 交通噪声污染研究综述

1.3.4 道路立体交叉方案评价研究综述

1.3.5 国内外研究现状评述

1.4 研究内容和技术路线

1.4.1 道路立体交叉分解方法及车速分析

1.4.2 道路立体交叉空气污染分析

1.4.3 道路立体交叉噪声污染分析

1.4.4 基于物元分析的道路立体交叉交通污染评价

第2章 道路立体交叉分解方法及车速分析

2.1 研究思路

2.2 道路立体交叉分解方法

2.2.1 左转匝道的分解

2.2.2 右转匝道的分解

2.2.3 三路立体交叉的分解

2.2.4 四路立体交叉的分解

2.3 车速分析

2.3.1 直线上坡段车速分析

2.3.2 直线下坡段车速分析

2.3.3 直线无坡段车速分析

2.3.4 段车速分析曲线上坡

2.3.5 曲线下坡段车速分析

2.3.6 曲线无坡段车速分析

2.4 匝道车速变化过程分析

2.4.1 研究思路

2.4.2 一个减速和一个加速过程的情况

2.4.3 只有一个减速过程的情况

2.4.4 只有一个加速过程的情况

2.4.5 一个以上减速和加速过程的情况

2.4.6 变速运动段车速与匝道长度关系的统一表达

2.5 道路立体交叉交通污染研究的方法

2.6 本章小结

第3章 道路立体交叉空气污染分析

3.1 空气污染因子的选取

3.1.1 机动车排气的组成

3.1.2 机动车排放物在大气中的分担率

3.1.3 国家相关标准

3.1.4 行业规范

3.2 车型分类

3.2.1 车型分类的原则

3.2.2 我国各车型的特点

3.2.3 已有的车型分类方法分析

3.2.4 本文的车型分类方法

3.3 单车排放因子的确定

3.4 单车排放因子与速度的关系

3.5 匝道空气污染

3.5.1 变速运动污染物排放量

3.5.2 匀速运动污染物排放量

3.5.3 左转匝道空气污染

3.5.4 右转匝道空气污染

3.6 主线空气污染

3.7 道路立体交叉总空气污染

3.8 道路立体交叉当量空气污染

3.8.1 主线长度当量空气污染

3.8.2 左转匝道长度当量空气污染

3.8.3 右转匝道长度当量空气污染

3.9 本章小结

第4章 道路立体交叉噪声污染分析

4.1 噪声的量度

4.2 噪声评价量的选取

4.2.1 响度和响度级

4.2.2 声级

4.2.3 等效声级

4.2.4 统计声级

4.2.5 噪声污染级

4.2.6 交通噪声指数

4.2.7 本文所用的噪声评价量

4.3 单车噪声级与速度的关系

4.3.1 汇总各文献的研究成果

4.3.2 分析和计算噪声级

4.4 单车相对等效能量与速度的关系

4.4.1 相对等效能量的含义及计算

4.4.2 相对等效能量与速度关系的建立

4.5 匝道噪声污染

4.5.1 变速运动相对等效声能量

4.5.2 匀速运动相对等效声能量

4.5.3 左转匝道等效声级

4.5.4 右转匝道等效声级

4.6 主线噪声污染

4.7 道路立体交叉总噪声污染

4.8 道路立体交叉当量噪声污染

4.8.1 主线长度当量噪声污染

4.8.2 左转匝道长度当量噪声污染

4.8.3 右转匝道长度当量噪声污染

4.9 本章小结

第5章 基于物元分析的道路立体交叉交通污染评价

5.1 评价指标的选取

5.1.1 当量空气污染指标

5.1.2 当量噪声污染指标

5.1.3 影响系数指标

5.2 评价指标的取值

5.2.1 道路立体交叉位置

5.2.2 路面条件

5.2.3 周围建筑物条件

5.2.4 通风条件

5.2.5 绿化条件

5.3 评价方法的选取

5.4 评价模型的建立

5.4.1 确定待评物元

5.4.2 确定经典域物元矩阵

5.4.3 确定节域物元矩阵

5.4.4 计算各指标权重

5.4.5 计算关联函数和隶属度

5.4.6 对方案进行综合评价

5.5 本章小结

第6章 实例分析

6.1 鹤大立体交叉概况

6.2 鹤大立体交叉分解方法

6.3 鹤大立体交叉平面线形要素及车速分析

6.4 鹤大立体交叉空气污染计算

6.4.1 左转匝道空气污染

6.4.2 右转匝道空气污染

6.4.3 主线空气污染

6.4.4 鹤大立体交叉总空气污染

6.4.5 鹤大立体交叉当量空气污染

6.5 鹤大立体交叉噪声污染计算

6.5.1 左转匝道等效声级

6.5.2 右转匝道等效声级

6.5.3 主线等效声级

6.5.4 立体交叉总等效声级

6.5.5 立体交叉当量噪声污染

6.6 鹤大立体交叉交通污染评价

6.6.1 评价指标及其取值

6.6.2 确定经典域物元矩阵

6.6.3 确定节域物元矩阵

6.6.4 计算各指标的权重

6.6.5 计算关联函数及隶属程度

6.6.6 方案评价

6.7 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文和科研成果

致谢

个人简历