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交通管控对尾气排放的影响
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1基于交通状况的隧道机动车尾气排放的仿真分析
1.1基于微观交通仿真和机动车尾气排放的联合仿真计算方法目前交通问题研究主要在解决缓解交通拥堵上,采取的交通管理控制措施以缓解交通拥堵、疏导交通流、减少旅行时间等为目的,而少考虑其对减少尾气排放的作用。交通管理控制措施会改变路网中车辆的行驶工况,进而导致不同的尾气排放。因此,笔者联合微观交通仿真和机动车尾气排放模型提出机动车尾气污染仿真计算方法,重点分析比较不同的交通管理控制措施对机动车尾气排放的影响(图1)。该计算方法主要分为实地调查、微观交通仿真和路网机动车尾气排放模拟3个部分[7]。实地调查能获取所研究对象的交通量数据、各个出入口的道路基本信息(车道数、车道宽度和标志标线等)、交通管理控制措施(限速、车型限制、公交专用道、信号配时)等;微观交通仿真通过实地调查的资料构建路网模型,将经过处理的交通量数据导入该模型中进行仿真,输出该路网中车辆的每秒运行工况;路网机动车尾气排放模拟采取与微观交通仿真耦合的方式获取模拟所需的车辆运行工况数据,输出该路网中机动车尾气的排放值。通过改变研究对象路网中的交通管理控制措施,分析在不同的交通管理策略下,该路网中的机动车尾气排放值的变化情况,为减少路网中机动车尾气的排放,改善交通运行提供一定的科学依据。
1.2基于VISSIM和CMEM的城市隧道机动车尾气排放的仿真计算
1.2.1仿真计算流程基于上述仿真计算方法,选取城市隧道为研究对象,开展城市隧道机动车尾气排放仿真计算,具体流程如图2。由于仿真中需要获取路网中机动车的运行工况,论文选取VISSIM软件和CMEM模型作为研究工具,通过车型映射关系的确立,耦合VISSIM和CMEM,模拟城市隧道机动车尾气排放。同时,通过交通管理策略的改变,分析其对机动车尾气排放的影响。
1.2.2车型映射关系的确立VISSIM和CMEM中车型设置的不同,需确定两者之间的车型映射关系[8]。对于VISSIM和CMEM[9]而言,根据VISSIM模型中已确定的车型,在CMEM模型中找到与之相对应的车辆类型,车辆车型映射关系如表1。
2交通管理控制对九华山隧道机动车尾气排放的影响分析
2.1九华山隧道的交通调查
2.1.1调查地点及时间南京市九华山隧道,南起龙蟠中路天工苑,北至新庄立交,下穿北京东路、九华山、南京航海运动学校后进入玄武湖折向西北,沿环湖路至情侣园西侧下穿玄武湖东西向隧道敞开段,全长约2.8km。九华山隧道共有6个进出口(观测点),详见图3。调查小组于2011年3月在九华山隧道观测点1、2、3、5进行了为期一个月的交通量调查,调查时间段为早高峰(7:00—9:00)和平峰(14:30—16:30),共计4个小时。
2.1.2调查数据将交通量调查数据进行整理,获得各个观测点的高峰和平峰小时交通量数据。
2.2车型、车速限制对机动车尾气污染物排放的影响
从3个速度点(60,70,80km/h)出发,探讨九华山隧道中机动车辆在高峰和平峰时段的尾气污染物(HC、CO和NOX)排放情况,平高峰时段下不同车型、不同车速的3种机动车尾气污染物的排放因子值如表4[10]。
2.2.1车速对机动车尾气污染物排放的影响
选取高峰时段的Cat5、平峰时段的Cat16和高峰时段的Cat40在60,70,80km/h时速下机动车尾气污染物的排放情况进行分析。1)Cat5车型(小汽车车型)此类车型,HC的值随车速的增加而上升,分别为0.077,0.082,0.085g/km,增幅为6.5%和3.7%;CO的值随车速的增加有明显的上升趋势,分别为1.43,1.55,1.62g/km,增幅为8.4%和4.5%;NOX的值随车速的增加而变化不大,基本维持不变,分别为0.15,0.16,0.16g/km。2)Cat16车型(货车车型)此类车型,HC的值随车速的增加而变化不大,基本维持不变,分别为0.166,0.166,0.176g/km;CO的值随车速的增加有明显的上升趋势,分别为1.40,1.45,1.61g/km,增幅为3.6%和11.0%;NOX的值随车速的增加而变化不大,基本维持不变,分别为0.37,0.37,0.40g/km。3)Cat40车型(公共汽车车型)此类车型,HC的值随车速的增加而下降,分别为0.573,0.553,0.516g/km,降幅为3.5%和6.7%;CO的值随车速的增加而下降,分别为1.05,1.02,0.98g/km,降幅为2.9%和3.9%;NOX随车速的增加有明显的下降趋势,分别为3.8,3.75,3.62g/km,降幅为1.3%和3.5%。
2.2.2车型对机动车尾气污染物排放的影响
分别在高峰60,70km/h和平峰80km/h下对Cat5、Cat16和Cat40这3种不同车型的尾气污染物排放情况进行分析。这3类车型在高峰60,70km/h和平峰80km/h下的尾气污染物的变化趋势是一致的,车速对不同车型的尾气污染物排放的影响体现在数量上。就不同车型而言,Cat40(公共汽车车型)对HC和NOX的排放贡献比较大,尤其NOX的排放因子值是Cat5(小汽车车型)的25倍左右;HC的排放因子值是Cat5(小汽车车型)的7倍左右;对CO排放贡献比较大主要是Cat5(小汽车车型)和Cat16(货车车型)。
2.3单双号限行对机动车尾气污染物排放的影响
九华山隧道交通量超过3600veh/h,高峰时段隧道内交通运行不流畅,采取单双号限行[11]探讨其对隧道内机动车尾气污染物排放的影响。2007年8月北京市实施单双号限行后实测发现停驶的机动车接近50%[12],同时考虑到单双号限行会引起很大的社会反响,只针对小汽车进行相应的出行限制,对公共汽车等大容量交通工具不做限制,设定九华山隧道实施单双号限行后的高峰机动车数、平峰机动车数为实施之前的60%和55%(表5)。通过仿真运行后得到尾气污染物的排放因子值。高峰和平峰时段3类车型的3种机动车尾气污染物排放值基本一致,由于单双号限行后两时段的交通状况很相似的原因导致。选取现状高峰60km/h与限行(高峰)的两个状态机动车尾气污染物排放情况相比较(图10)。采取限行措施后,同等条件下3类车型的机动车尾气污染物排放因子值显着下降,降幅达到2~3倍,对于改善隧道交通环境十分有效。同时采取限行措施后,机动车总量也会有一定的下降,总的机动车尾气污染物的排放总量也将得到下降。总之,车型限制、车速限制及单双号的限行对隧道内机动车尾气的排放产生了很好的抑制效果,考虑到措施的可行性,建议采取组合的方式进行,如高峰时段单双号限行,分车型车速限制等。
3结论
基于微观交通仿真和机动车尾气排放模型的联合仿真计算方法的提出为研究城市道路网、交叉口、隧道中机动车尾气排放提供了科学的手段。笔者以“实地调查+VISSIM仿真+CMEM尾气排放”的仿真计算思路对城市隧道进行了研究,分析不同交通管理控制手段对城市隧道内机动车尾气排放的影响。仿真结果表明,该方法能够较好的模拟城市隧道中机动车的运行及尾气的排放。下一步拟重点对城市隧道机动车尾气的扩散进行分析,明确隧道中污染较为严重的区域。
