一种高速公路车辆刹车及轮胎磨损颗粒物排放计算方法与流程

本发明属于交通工程，具体涉及一种高速公路车辆刹车及轮胎磨损颗粒物排放计算方法。

背景技术：

1、当前评估机动车非尾气排放，特别是刹车及轮胎磨损颗粒物的主要方法包括基于模型估算和实验测试。基于模型的估算方法通常涉及在特定的运行环境中运用排放模型，该模型依赖于地理位置、气候条件和道路特性等参数进行本地化调整，常用的模型包括moves、mobile、copert和emfac等。然而，缺乏将moves模型应用于计算逐秒轨迹下的机动车刹车及轮胎颗粒物排放，并计算出其时空排放特征的方法。实验测试方法主要依赖于实验室内的台架试验或实际道路上利用便携式监测设备来测量轮胎和刹车的排放因子，这种方法能更准确地反映真实路况下的排放情况，但其缺点是成本高昂并且难以全面覆盖不同情况的道路和交通状况。因此建立一种可移植性强且能计算不同区域的交通非尾气排放模型具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明基于现有技术缺少对机动车刹车及轮胎磨损颗粒物逐秒轨迹排放计算的方法，难以分析机动车刹车及轮胎磨损颗粒物排放的时空分布特征的问题，而提供一种高速公路车辆刹车及轮胎磨损颗粒物排放计算方法，该方法能够基于moves模型对高速交通数据进行本地化的修正，并计算出逐秒轨迹下的机动车刹车及轮胎颗粒物排放量及时空分布特征。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种高速公路车辆刹车及轮胎磨损颗粒物排放计算方法，包括以下步骤：

4、步骤1，获取待研究高速公路的基础信息数据及该高速公路机动车轨迹数据；

5、步骤2，对moves模型进行本地化处理，通过本地化后的moves模型得到机动车刹车及轮胎磨损颗粒物排放的vsp-bin分布表，以及bin分布下的排放因子及排放速率；

6、步骤3，计算出逐秒轨迹下的高速公路机动车刹车及轮胎磨损颗粒物排放量；

7、步骤4，计算空间纬度下的高速公路机动车刹车及轮胎磨损颗粒物排放量。

8、具体地，步骤1中高速公路的基础信息包括地理气象信息，具体包括：路段的道路类型、里程、地理位置、路段沿线地区温度、路段沿线地区湿度、路段坡度和路段数据采集点位置信息。

9、具体地，步骤1中对高速公路机动车轨迹数据进行数据清洗，然后根据公式计算出机动车在不同时刻下的机动车比功率，机动车比功率计算公式为：

10、

11、式中， vsp n为 n秒时刻下的机动车比功率， v n为机动车在 n秒时刻的瞬时速度, a n为机动车在 n秒时刻的瞬时加速度。

12、进一步地，步骤3具体包括：从机动车轨迹数据中提取出单辆机动车位移轨迹，通过vsp公式并对照步骤2中机动车刹车及轮胎磨损颗粒物排放的vsp-bin分布表，得到该机动车的逐秒工况，再根据bin分布下的排放因子及其排放速率，得到该机动车轨迹逐秒的颗粒物排放量。

13、具体地，机动车轨迹逐秒的颗粒物排放量计算公式包括：

14、

15、其中， i为车型， j为车辆编号， n为机动车行驶的第n秒， v n表示机动车第 n秒的速度，单位为m/s； d n表示机动车第 n秒的位移，单位为m； d n-1表示机动车第n-1秒的位移，单位为m； d ij表示车型为 i、编号为 j的机动车的逐秒位移轨迹数据集； vsp n表示第n秒的机动车比功率； e ij表示车型为 i、编号为 j的机动车行驶中逐秒的颗粒物排放数据集； e ijn表示车型为 i、编号为 j的机动车第n秒的颗粒物排放，δ t=1秒； e ijn表示车型为 i、编号为 j的机动车在第n秒的排放速率，单位为g/s； e bin表示bin分布下的刹车及轮胎排放因子分布； vsp bin表示vsp-bin分布表； e ij表示车型为 i、编号为 j的机动车在高速公路路段上总的刹车及轮胎排放量，单位为g。

16、进一步地，步骤4具体包括如下步骤：

17、首先，建立该高速公路路段的空间网格，先确定相邻两个空间网格的间隔 l，再根据所有机动车中的最大位移 maxd n，计算出所需空间网格数量 num_grids，计算公式为：

18、

19、其次，计算出每个空间网格的机动车刹车及轮胎排放量，计算公式为：

20、

21、其中， e(x)表示空间网格 x的累计刹车及轮胎磨损颗粒物排放总量； e ijn表示车型为 i、编号为 j的机动车第n秒的颗粒物排放； x n表示机动车轨迹第 n秒对应的网格的编号； δ（ x-x n）表示克罗内克尔函数，当  x=x n 时值为1，否则为0。

22、本发明的有益效果为：

23、本发明运用moves模型的刹车及轮胎磨损颗粒物排放计算模块，得到机动车刹车及轮胎磨损颗粒物排放vsp-bin分布表以及bin分布下的排放因子和排放速率，计算出逐秒轨迹下的高速公路机动车刹车及轮胎磨损颗粒物排放清单，进而分析出高速公路不同区域的磨损颗粒物排放情况；这种方法最大程度上简化了微观层面机动车刹车及轮胎颗粒物排放的测算流程，并拥有较高的可移植性，适用于计算不同运行环境下的高速公路机动车刹车及轮胎颗粒物排放清单。