基于交通運行數據和劣化率的輕型汽車排放速率計算方法與流程
本發明涉及交通運行管理領域，更具體地，涉及一種基于交通運行數據和劣化率的輕型汽車排放速率計算方法。
背景技術：
道路機動車排放已出現排放源總量大、運行工況惡化、時空分布極其不均的問題，通過淘汰“黃標車”、提高機動車排放標準與燃油標準等宏觀靜態控制措施來實現減排的手段，難以解決這種交通排放不均勻性帶來的問題，使得交通污染管控措施須從粗放式向精細化轉變，為此需建立高時空分辨率、可反映道路交通流的運行工況及其對排放影響的機動車動態排放清單，以支撐精細化交通污染管控措施的制定。
然而，建立高時空分辨率、可反映道路交通流的運行工況及其對排放影響的機動車動態排放清單存在多個技術難點。首先，機動車的排放受運行工況影響而出現復雜動態變化，不同工況下機動車的排放速率各不相同。即使某一時段內的平均速度相近，但因為運行工況的差異，總排放量也會出現很大差異，而現階段運行工況的惡化更加劇了排放動態變化的復雜性。并且，隨著累積行駛里程或車齡的不斷增加，由于車身損耗、催化劑性能老化、氣缸雜質聚積等因素，車輛的排放水平會出現不斷劣化，因此，研究并掌握機動車污染物排放劣化規律是建立準確排放清單的關鍵。這就給建立準確的排放清單提出了兩個要求：一是深入研究并掌握機動車動態排放特征。只有細致掌握機動車運行工況與動態排放的關系，才能為通過運行工況表征動態排放提供數據基礎，同時找到能夠準確反映機動車動態排放的表征參數。二是具備大規模獲取道路機動車運行工況的手段。隨著智能交通系統的快速發展，國內外多個城市都建成了大型浮動車系統，其定位精度及采樣頻率均較高，為大規模準確獲取城市道路機動車提供了理想的數據來源。
技術實現要素：
本發明提供一種基于交通運行數據和劣化率的輕型汽車排放速率計算方法， 該方法可優化道路運行工況、降低機動車排放量、提高城市空氣質量。
為了達到上述技術效果，本發明的技術方案如下：
一種基于交通運行數據和劣化率的輕型汽車排放速率計算方法，包括以下步驟：
S1：以VSP-v所定義的運行模式作為排放表征參數來建立MOVES排放模型，對MOVES排放模型進行多次輸入輸出測試得到輕型汽油車的基礎排放速率庫；
S2：對輕型汽油車進行劣化規律分析，建立車齡與污染物濃度的擬合方程，計算輕型汽油車的劣化率；
S3：利用機動車劣化規律中所得結論，對建立的輕型汽油車的基礎排放速率庫進行校準與修正得到修正后的排放速率。
進一步地，所述步驟S1中以VSP-v所定義的運行模式作為排放表征參數的過程如下：
采用機動車比功率VSP與速度v兩個變量/參數共同描述機動車的瞬時運行工況，對機動車比功率VSP與速度v的組合命名為運行模式OpMode，根據機動車比功率VSP與速度v的取值范圍將機動車的運行工況共劃分為23種運行模式，即有23個不同的機動車比功率VSP與速度v的取值組如下表：
其中，可將23種運行模式分成五類：剎車模式為OpMode 0、怠速模式為OpMode 1、低速運行模式為OpMode 11～16、中速運行模式為OpMode 21～30，高速運行模式為OpMode 33～40；at為t時刻的加速度，m/s2；vt為t時刻的瞬時速度，km/h；Pt為t時刻的機動車比功率VSP，kW/t。
進一步地，所述步驟S1中得到輕型汽油車的基礎排放速率庫的具體過程如下：
S11：利用中國輕型排放標準中規定的車輛型式認證Ⅰ型試驗工況“ECE15+EUDC”作為運動參數輸入MOVES模型；
S12：將輕型車排放標準中規定的測試條件輸入MOVES模型作為仿真計算的條件；
S13：對MOVES模型中各個年份的新車進行排放仿真測試，從而獲得MOVES模型中各個年份新車的排放因子值；
S14：將各個排放因子值與中國排放標準限值進行比較，得到MOVES模型中與中國不同排放標準車輛所對應的新車年份，并根據該新車年份在MOVES模型中得出與中國排放標準車型相接近的排放速率庫。
進一步地，所述步驟S2的具體過程如下：
收集輕型汽油車檢查維護制度的臺架測試數據，分析CO、HC、NOX和光吸收系數隨累積行駛里程或車齡的劣化規律，建立車齡與污染物濃度的擬合方程，得到擬合方程后，根據下式計算不同車齡機動車的劣化率：
其中，rn為車齡為n年的機動車排放濃度與新車排放濃度的比例關系；en車齡為n年的機動車排放濃度；e0車齡為0的新車排放濃度；通過該式可得出輕型汽油車在不同排放標準及車齡段下的排放劣化率。
進一步地，收集輕型汽油車檢查維護制度的臺架測試數據中存在不合格的數據，對這些不合格的數據進行剔除的過程是：對每輛被檢車的測試數據，僅保留 一個檢測周期內的首次檢測數據，同時刪除部分屬性缺失的數據記錄，僅保留有效數據記錄，具體步驟如下：
1)按機動車排放標準將檢測記錄分類；
2)按車輛用途對數據進一步劃分；
3)以累積行駛里程作為活動水平的代表參數，按10000km為劃分單位，將檢測數據按累積行駛里程進行劃分，為避免因數據樣本量過少而導致明顯誤差，將累積行駛里程大于40萬公里的檢測記錄刪除；
4)去除5％最高值與5％最低值的數據后，求出每個區間內CO、HC、NO的平均濃度值。
與現有技術相比，本發明技術方案的有益效果是：
本發明通過以VSP-v所定義的運行模式作為排放表征參數來建立了機動車MOVES排放模型，之后對MOVES排放模型進行多次輸入輸出測試得到中國的輕型汽油車的基礎排放速率庫；然后再對輕型汽油車進行劣化規律分析，建立車齡與污染物濃度的擬合方程，計算輕型汽油車的劣化率；最后利用機動車劣化規律中所得結論，對建立的輕型汽油車的基礎排放速率庫進行校準與修正得到修正后的排放速率，該方法確定合適的動態排放表征參數和劣化系數，建立了“交通狀態-輕型車運行工況-動態排放速率”的映射關系，對優化道路運行工況、降低機動車排放量、提高城市空氣質量具有重要的意義，對我國機動車污染控制措施的制定與實施也具有一定的借鑒意義。
附圖說明
圖1為本發明方法流程圖；
圖2為本發明方法的技術線路圖；
圖3為輕型汽油車(客車與貨車)排放污染物隨行駛里程劣化趨勢。
具體實施方式
附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產品的尺寸；
對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。
下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步的說明。
實施例1
如圖1-2所示，一種基于交通運行數據和劣化率的輕型汽車排放速率計算方法，包括：
A：采用VSP-v定義運行模式作為排放表征參數；
用機動車比功率VSP與速度v兩個變量/參數共同描述機動車的瞬時運行工況，對機動車比功率VSP與速度v的組合命名為運行模式OpMode，根據機動車比功率VSP與速度v的取值范圍將機動車的運行工況共劃分為23種運行模式，即有23個不同的機動車比功率VSP與速度v的取值組如下表1：
表1機動車運行模式(OpMode)定義
其中，可將23種運行模式分成五類：剎車模式為OpMode 0、怠速模式為OpMode 1、低速運行模式為OpMode 11～16、中速運行模式為OpMode 21～30，高速運行模式為OpMode 33～40；at為t時刻的加速度，m/s2；vt為t時刻的瞬時速度，km/h；Pt為t時刻的機動車比功率VSP，kW/t。
選取由VSP-v所定義的OpMode作為動態排放表征參數，考慮了機動車車 型(輕、重型車)、使用燃油(汽油)、機動車排放標準(國零～國Ⅳ/Ⅴ)三個維度，得出每一機動車種類(如“輕型車-汽油-國零”為一類)在23種OpMode下的排放速率，全面細致地反映車輛種類與排放速率之間的關系。中國主要道路機動車車型與MOVES模型車型的匹配表，如表2：
表2車輛類型匹配表
B：對MOVES排放模型進行多次輸入輸出測試，建立基礎排放速率庫，其具體是；
基于中國機動車排放標準及《道路機動車大氣污染物排放清單編制技術指南》中規定的測試工況、測試條件和排放限值或典型值，對MOVES排放模型進行多次輸入輸出測試，得到MOVES排放模型中與中國機動車排放標準所規定排放水平相近的“新車”，建立基礎排放速率庫。
為了在MOVES排放速率庫中匹配出符合中國輕型車輛排放水平的輕型車排放速率庫，利用中國輕型排放標準中規定的車輛型式認證Ⅰ型試驗工況及其排放限值來作為排放標準匹配的中間參數。具體匹配方法如下：
1)將輕型車排放標準中規定的Ⅰ型試驗工況“ECE15+EUDC”作為運動參數輸入MOVES模型，Ⅰ型試驗工況如圖3所示；
2)將輕型車排放標準中規定的測試條件(燃油組分、溫度、濕度等)輸入MOVES模型作為仿真計算的各項條件；
3)在規定工況及條件下，對MOVES模型中各個年份的新車(輕型車，車齡為0)進行排放仿真測試，從而獲得MOVES模型中各個年份新車的排放因子值(g/km)。
4)將各個排放因子值與中國排放標準限值進行比較，得到MOVES模型中與中國不同排放標準車輛所對應的新車年份，并根據該新車年份在MOVES模型中得出與中國排放標準車型相接近的排放速率庫。
經過匹配測試，得到我國不同排放標準下輕型汽油車(質量小于1250kg)的基礎排放速率庫，如表3所示：
表3本地輕型汽油車基礎排放速率
C：輕型汽油車劣化規律分析，建立車齡與污染物濃度的擬合方程，計算劣化率，具體計算過程如下：
收集輕型汽油車檢查維護制度的臺架測試數據，分析CO、HC、NOX和光吸收系數隨累積行駛里程或車齡的劣化規律，建立車齡與污染物濃度的擬合方程，得到擬合方程后，根據下式計算不同車齡機動車的劣化率：
本研究收集了佛山市十余個機動車尾氣檢測站的機動車尾氣檢測數據，共收集2011～2013年佛山市輕型汽油車尾氣檢測數據1459715條，共735568輛被檢車輛，其中客車706206輛，貨車29362輛，選取ASM5025工況檢測結果進行分析，為較準確反映在用車的排放情況，剔除因首次上線檢測不合格而重測的數據。
數據的處理方法如下：對每輛被檢車的測試數據，僅保留一個檢測周期內的首次檢測數據。同時，刪除部分屬性(如檢測時間、累積行駛里程等)缺失的數 據記錄，僅保留有效數據記錄。
輕型汽油車檢測數據處理步驟：①按機動車排放標準將檢測記錄分類；②按車輛用途(客車、貨車)對數據進一步劃分；③以累積行駛里程作為活動水平的代表參數，按10000km為劃分單位，將檢測數據按累積行駛里程進行劃分。為避免因數據樣本量過少而導致明顯誤差，將累積行駛里程大于40萬公里的檢測記錄刪除。④去除5％最高值與5％最低值的數據后，求出每個區間內CO、HC、NO的平均濃度值(％或ppm)。
表4各污染物擬合曲線
以下是根據上述處理得到的輕型汽油車排放水平隨累積行駛里程劣化規律：
為研究輕型汽油車排放水平隨使用水平的劣化關系，分別作出輕型汽油客車和輕型汽油貨車的污染物CO、HC、NO的排放濃度隨累積行駛里程的劣化關系圖，如圖3所示。為進一步量化排放水平的劣化趨勢，計算各劣化曲線的擬合方程和擬合度R2，如表4所示，各污染物的濃度單位均為體積分數(％或10-6)。
D：利用機動車劣化規律中所得結論對其進行部分校準與修正；
由于基礎排放速率庫是由“新車”的基礎排放速率構成的，而沒有考慮在用車排放水平的劣化影響。隨著行駛里程或車齡的不斷增加，由于車身損耗、催化劑性能老化、氣缸雜質聚積等因素，車輛的排放水平會出現不斷劣化，需要對在用車的排放速率加以修正。
本發明采用在用車污染物排放水平隨累積行駛里程的劣化關系，結合中國機動車排放標準中的劣化系數和相關研究得出不同車型的劣化率。
對于輕型汽油車，因使用水平的代表參數是累積行駛里程，為得到汽油車排放水平在不同車齡下的劣化率，需要根據在用車年均行駛里程將累積行駛里程轉化為車齡，從而建立車齡與污染物濃度的擬合方程。根據相關文獻可知，輕型車的年均行駛里程約為23000km。得到擬合方程后，通過式(1)可得出汽油車在不同排放標準及車齡段下的排放劣化率，如表5所示。
表5輕型汽油車排放水平隨車齡劣化率
以上為各種車輛的排放水平隨車齡的劣化關系。在計算機動車排放時，確定了排放計算的基準年后，即可根據各車型的車齡，將排放速率庫中的排放速率乘以劣化率得到修正后的排放速率。
相同或相似的標號對應相同或相似的部件；
附圖中描述位置關系的用于僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護范圍之內。
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