基于多源数据的城市路网交通能耗和排放模型与算法

摘要

随着社会经济的发展和城市化进程的加快，机动车急剧增加，其除了导致严重的交通拥堵外，同时也产生巨大交通能耗及严重的环境污染。降低交通能耗及治理其所产生的环境污染是亟待解决的城市问题之一，而城市路网交通能耗排放的准确量化，是解决该问题的关键。针对交通能耗排放测算，城市交通部门、环保部门和公安交管部门拥有丰富的数据资源，然而由于多学科领域与多部门职能的隔阂，这些数据源未能建立科学联系进而得到有效利用。因此，本文旨在分析和综合利用城市路网能耗排放相关的多源数据，建立城市路网交通能耗和排放的测算方法。
　　首先，本文综述了国内外对城市路网交通能耗和排放测算的研究发展，从对数据源的需求、车辆行驶里程的测算、能耗排放参数类型以及能耗排放测算目标等角度，分析了不同学科机动车排放测算方法的异同与局限性。
　　然后，本文从交通和环境交叉学科角度出发，以北京为例，分析了城市道路交通流量、速度、排放因子、排放率、车型分布以及车辆属性相关的各部门数据资源及其特征。在数据源分析的基础上，建立了能够综合利用多部门数据资源的城市路网交通能耗和排放的测算方法。测算方法中，首先以VSP分布作为连接排放率和浮动车数据源的中间变量，量化单车在城市路网行驶时的能耗和排放。在测算单车排放之后，利用视频车牌识别和车辆信息数据源获取交通流车型比例，进而结合路段交通流量、道路长度等数据源，量化路段交通能耗和排放。再后，针对交通流量和车型视频检测覆盖范围不全的问题，为测算全路网交通能耗和排放，提出了依据区域位置和道路等级为特征变量的交通流参数时变扩样方法，对交通流量和车型比例进行扩样，从而在计算得到路段交通能耗和排放量的基础上，实现城市路网范围交通能耗和排放的量化。
　　最后，将本文建立的方法应用于北京市城市路网交通能耗和排放的量化，并从时间分布、地理区域、道路等级三个方面分析了北京市城市路网交通能耗和排放的时空分布特征及规律。该测算和分析方法可为制定节能减排策略提供依据。