基于IVE模型的城市交叉口机动车尾气排放与扩散特征研究

摘要

机动车尾气已成为城市空气污染的主要来源之一，而城市道路交叉口是机动车尾气污染的热点地区，因此研究机动车在城市道路交叉口实际行驶工况下的排放与扩散特征，分析交通排放对城市交叉口周围空气质量的影响，对建立交叉口机动车尾气排放控制策略、缓解城市空气污染具有广泛的理论指导意义。
　　本文以杭州市为例，基于对IVE机动车排放模型的本地化修正和CAL3QHC交叉口尾气扩散模式的改进，深入研究了城市道路机动车在城市交叉口附近实际行驶工况下的尾气污染物排放和扩散特征，并以此分析了在实际路网中基于排放的信号配时优化策略对交叉口周围微环境空气质量的影响。本文主要研究工作如下：
　　(1)在深入分析目前广泛应用的机动车排放因子模型的基础上，选择便于本地化修正应用的IVE模型作为本文的基础研究方法，研究分析了模型的基本原理和特点，选取基于VSP区间基础排放率的修正方法，计算杭州市机动车主要在用车型在IVE模型中默认基础排放因子的本地化修正系数；
　　(2)通过台架实验的测试方法，分析了杭州市在用机动车尾气污染物的排放特征，得到测试车辆在实验工况下基于VSP区间的CO和NOx排放率及其怠速排放率，实现对 IVE模型默认基础排放因子的修正。结果表明，本地化修正后模型排放因子模拟值比修正前更加接近台架实测值，验证了本文采用修正方法的可行性；
　　(3)选取杭州市实际信号交叉口作为实验对象，使用本地化修正后的IVE模型和CAL3QHC模型模拟分析了交叉口周围机动车尾气的排放与扩散特征，并与实验检测值进行对比分析。针对 CAL3QHC模型中与实际状况的不符之处，基于分段线源的思想对模型的线源源强计算方法提出改进。实验结果表明：改进后的排放源强计算方法更加接近城市交叉口机动车尾气排放的真实状况，模拟效果较好，可以应用于城市道路交叉口机动车尾气污染物浓度分布的模拟计算和交通排放对交叉口周围微环境空气质量的影响评价；
　　(4)选择杭州市典型交叉路口作为实例分析对象，根据车流在交叉口附近的排放特征，以CO为例，设计了基于尾气污染物排放的交叉口信号配时优化模型，并使用遗传算法对模型进行求解。借助改进后的IVE模型和CAL3QHC模式分析了信号配时优化策略对交叉口机动车尾气排放总量以及周围微环境中空气质量的影响，结果表明：基于尾气污染物排放和车辆平均延误的交叉口信号配时优化策略在不改变交叉口路网配置的情况下是改善交通环境、缓解交通污染的有效途径之一。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 目前研究中存在的问题

1.4 主要内容及论文结构

第2章 IVE模型的原理及本地化修正分析

2.1 引言

2.2 IVE模型的基本原理及特点

2.3 IVE模型的本地化修正分析

2.4 小结

第3章 机动车排放的台架测试分析

3.1 引言

3.2 台架测试实验

3.3 怠速排放率研究

3.4 小结

第4章 城市道路交叉口机动车尾气扩散模式研究

4.1 引言

4.2 CAL3QHC模式

4.3交叉口实验分析

4.4 交叉口尾气扩散源强改进方法

4.5 改进效果分析

4.6 小结

第5章 基于排放的城市道路交叉口信号配时优化效果分析

5.1 引言

5.2 基于排放的信号配时模型及求解

5.3 交叉口信号配时算例分析

5.4 小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

附录

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果