（环境工程专业论文）基于实时数据修正的尾气排放因子获取技术与方法实现.pdf

y 8 7 8 2 1 8 北京交通土学硕士学位论文 摘要 城市机动车保有量的激增使得尾气污染在城市环境总污染中 的分担率也日益增高，排放因子作为对机动车尾气量化的表述， 是衡量城市尾气排放水平的重要标准，同时也是进行城市机动车 尾气控制对策研究的基础和依据。在尾气研究起步较早的发达国 家，尾气控带0 研究的热点和重点已转向尾气模型的开发和改进上， 其中，宏观尾气排放模型作为有效的区域尾气估测手段已有了比 较完善的发展，而在我国这方面所作的突破性工作较少。我国尚 缺乏自己的尾气排放模型，也没有一套系统科学的方法来获取城 市的尾气排放因子。 本文在总结和分析国内外尾气排放因子研究现状的基础上， 针对现有不足，为缺乏尾气排放模型的地区提出了一种切实可行 的宏观尾气排放因子获取方法，最后将整套方法结果程序化，编 写了排放因子计算软件。本文选择了美国环保署开发的m o b i l e 6 模型模拟城市道路上实际运行机动车的排放因子水平，在对该模 型敏感参数本地化的基础上，利用先进的o e m 技术得到城市路 网实测尾气数据，用实测数据对模型初始计算结果修正，得到对 应车型排放因子的修正关系式组，进而建立了m o b l l e 6 模型基 础上的城市尾气排放因子获取模式。最后选取北京市为目标城市， 给出了具体的操作方法。 本文旨在提出一种可行的城市尾气排放因子的获取技术，为 最终建立我国自己的宏观排放因子模型提供过渡手段，为其它相 关尾气控制研究提供了一定的数据基础和有利的经验借鉴。 北京交通大学硕士学位论文 关键词：排放因子机动车尾气污染m o b i l e 6 模型o e m 技术 北童交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h er a p i di n c r e a s eo fm o t o rv c h i c l eo w n e r s h i pi nu r b a l la r e a s h a sb e e n s t e a d 主1 yi n c r e a s i n g t h ep r o p o n i o no fv e h i c l ee x h a u s t p o l l i l t i o n si nt h eo v e r a l la i rp 。1 1 u t i o ni nm ec n j e s ， a st h ea c c o u n to f m eq u a l l t i f i c a t i o no fv e h i c l ee m i s s i o n s ，t h e 锄i s s i o nf a c t o ri sn o t o n l ya i li m p o r t a n tm e a s u r e m e n to ft h eu r b a i lv e h i c l ee m i s s i o nl e v e l s ， b u ta l s om eb a s i si nd e v e l o p i n ga n ye m i s s i o nc o n t r 0 1s t r a l e g i e s 1 n t h ed e v e l o p e dc o u n t r i e sw h e r et h es t u d yo ne m i s s i o n sh a ss t a n e d v e r ye a r i y ，t h er e s e a r c he m p h a s i so ne r n i s s i o nc o n t r o l sh a sp l a c e do n t h ed e v e i o p m e n ta 1 1 d i m p r o v e i i l e n to fe m i s s i o nm o d e l s a sm e e 丘 e c t i v et o o l si nt h er e g i o n a le m i s s i o na s s e s s m e t ，t h em a c r o s c o p i c e m i s s i o nf 如t o rm o d e l sh a v eb e e nw e l ld e v e l o p e di nm ed e v e l o p e d c o u n t 一8 s ，h o w e v e r ，t h e r eh a sb e e nh n j es i g n 姬c a i 】tw o r ka c b ；e v e d2 玎 t h i sa r e ai nc h i n a c h i n ai ss t i l li nt h ea b s e n c eo fi t so w n e m i s s i o nm o d e l s ，n e i t h e rd o e si th a v eas y s t e m a t i c 印p r o a c ht o o b t a i n i n gv e h i c l ee m i s s i o nf a c t o r sf o rc i t i e s a r e ra na 1 1 a l y s i sa n ds y n t h e s i s0 fs t a t e o f t h e a no ne m i s s i o n f a c t o r s ， t h i st h e s i 8 p r o p o s e s af e a s i b l em e t h o di n o b c a i n i n g m a c r o s c o p i ce i i l i s s i o nf a c t o r sf o rr e 百o n sw h e r ee m i s s i o nm o d e l sa r e u n a v a i l a b l e t h e r e a n e r ，t h ep r o p o s e dm e t h o di sp m g r 舢e di nt h e f o no fc o d e ds o 腓a r cf o rc a l c u l a t i n ge m i s s i o nf a c t o r s 1 1 1 et h e s i s 蠡r s s e e c 括出em o b i 乙e 6 ，矗ne m i s s i o nf l a c t o rm o d 。id e v e i o p e db y u s e p a ，t os i m u l a t et r e a lw o r l dv e h i c l ee m i s s i o nl e v e l s t h e l l a na d j u s t r i l e i l ti sm a d et ot h em o b i l e 6 担i n p u t p a r 锄e t e r sb a s e do n t f f 北童交通土学埙士学位论文 t h el o c a lc o n d i t i o n s ，w h i c ha r es u b s e q u e n t l yc a l i b r a t e db a s e do nt h e e m i s s i o nd a t ac 0 1 l e c t e df r o mm er e a lw o r l d 廿a m cn e t w o r ku s i n gm e o n r o a de r n i s s i o nm e a s u r e m e n t ( o e m ) t e c h n 0 1 0 9 yf u r n l e r ，t h e t h e s i sd e r i v e st h em o d i 行c a t i o nf - o m u l a sf o re m i s s i o nf h c t o r s c o r r e s p o n d i n gt o d i f r e r e n tv e h i c l e 呻e s ，a n d 1 e ne s t a b l i s h e sa m o b i l e 6 _ b a s e d 印p r o a c ht oo b t a i m n gu r b a i l e m i s s i o nf a c t o r s f i n a l l y ，t h et l l e s i sp r e s e n t sa c a s es t u d yo ft h ep r o p o s e dm e t h o df o r b e u i n g t h et h e s i si si n t e n d e dt op r o v i d en o to n l yaf e a s i b l et e c h n i q u e f o ro b t a i n i n gu r b a ne m i s s i o nf a c t o r s ，b u ta l s oa 仃a n s i t i o n a lm e a n s b e f o r cc o m p l e t i n gt h ed e v e l o p m e n to f o u ro w n m a c r o s c o p i ce m i s s i o n m o d e l - a sw e l la sd a t ar e s o u r ea n du s e f u lr e f e r e n c e 丘叮t h er e l e v a n t s t u d i e so nv e h i c l ee m i s s i o nc o n t r d l s k e yw o r d s ： e m i s s i o n f a c t o r ，v e h i c l ee m i s s i o np o l l u t i o n ， m o b i l e 6 ，0 e mt e c l l i l o l o g y 北耋交通史学硕士学位论文 图目录 图1 1 基于实时数据修正的城市尾气排放因子研究技术线路图 图2 1 基本排放因子与行驶里程的关系 图2 - 2 运行初始界面 图2 3 写入输入文件名 图2 4m o b i l e 运算界面 图2 5 运行结束界面 图2 6 输出文件一 图3 1 速度( n l p h ) 对排放因子的影响( 月) 图3 2 速度( m p h ) 对排放因子的影响( 七月) 图3 3 温度( 华氏度) 对h c 排放因子的影响 图3 4 温度( 华氏度) 对c o 排放因子的影响 图3 5 温度( 华氏度) 对n o x 排放因子的影响 图3 6 燃油的r v p ( p s i ) 值对h c 排放因子的影响( 夏季和冬季) 图3 7 燃油的r v p ( p s i ) 值对c o 排放因子的影响( 夏季和冬季) 图3 8 燃油的r v p ( p s i ) 值对n o x 排放因子的影响( 夏季和冬季) 图3 9 车龄对h c 排放因子的影响一 图3 1 0 车龄对c 0 排放因子的影响 图3 1 1 车龄对n o x 排放因子的影响 图3 1 2 用实际尾气测试数据标定模型尾气计算值的思路 图3 1 3 排放因子计算软件开发的技术路线 图4 1 北京市基础数据库系统的开发及组成示意图 _ “ 加 耶 m 拍 艘 缈 四 如 ” ” 越 弛 粥 儿 北京交通袁学硕士学位论文 图4 2 汽油车模型和实测累积行驶里程对排放因子影响的比较 ( n o x ) 5 5 图4 3 汽油车模型和实测累积行驶里程对排放因子影响的比较 ( h c ) 5 5 图4 4 汽油车模型和实测累积行驶里程对排放因子影响的比较 ( c o ) 5 6 图4 5 汽油车n o x 的标定系数与累积行驶里程关系图5 7 图4 6 汽油车h c 的标定系数与累积行驶里程关系图5 7 图4 7 汽油车c o 的标定系数与累积行驶里程关系图一5 8 图4 8 柴油车模型和实测累积行驶里程对排放因子影响的比较 ( n o x ) 6 1 图4 9 柴油车模型和实测累积行驶里程对排放因子影响的比较 ( h c ) 一6 2 图4 1 0 柴油车模型和实测累积行驶里程对排放因子影响的比较 ( c 0 ) 一6 2 图4 1 l 柴油车n o x 的标定系数与累积行驶里程关系图6 4 图4 1 2 柴油车h c 的标定系数与累积行驶里程关系图一6 4 图4 1 3 柴油车c o 的标定系数与累积行驶里程关系图一6 4 图4 1 4 标定结果与模型缺省计算结果比较( h c ) 6 7 图4 1 5 标定结果与模型缺省计算结果比较( c o ) 6 7 图4 1 6 标定结果与模型缺省计算结果比较( n o x ) 。6 8 图4 1 7 北京市宏观尾气排放因子计算软件输入界面一6 9 图4 1 8 北京市宏观尾气排放因子计算软件计算界面一6 9 图4 1 9 北京市宏观尾气排放因子计算软件输出界面一7 0 x 北京交通文学硕士学位论文 表目录 表3 1 高龄机动车报废对排放因子的影响3 3 表3 2m o b i l e 6 中的车型分类3 8 表3 3 路网车型划分及其和m o b i l e 6 车型的对应3 8 表4 1 北京市2 0 0 3 “2 0 1 0 年轻型车车龄分布4 4 表4 2 北京市2 0 0 4 年重型车车龄分布4 5 表4 3 各车型车里程累积率调整因子4 6 表4 4 北京市2 0 0 4 年车辆年检数据分析4 7 表4 5 美国和欧洲排放标准( g k m ) 。，4 8 表4 6d b l l 2 3 8 2 0 0 4 车用汽油地方标准4 9 表4 7 汽油车车辆信息及车公里累计信息5 2 表4 8 汽油车车龄参数5 3 表4 9 汽油车不同行驶里程累积下的排放因子值5 4 表4 1 0 f o b i l e 6 中l d v 的车里程和车龄分布参数5 8 表4 1 1 柴油车车辆信息及车公里累计信息6 0 表4 1 2 柴油车车龄参数。，6 0 表4 1 3 柴油车不同行驶里程累积下的排放因子值6 1 表4 1 4m o b i l e 6 中对应车型的车里程和车龄分布参数6 5 北京交通土学硕士学位论文 1 绪论 1 1 研究背景 机动车排放已经成为继工业污染源之后的又一大影响环境和 人类健康的污染源，有研究指出，我国交通警察的平均寿命是4 9 8 岁，比全国的平均寿命短2 2 3 岁| l 】；由于机动车污染上升，我国肺 病发病率在3 0 内年翻了一番。 国民经济的持续发展带来了的机动车保有量的快速增加，2 0 0 4 年，中国已成为世界汽车第四大生产国和第三大消费国，汽车产量 和保有量分别达5 0 7 万辆和2 7 4 2 万辆，摩托车产量和保有量分别 达1 7 0 0 万辆和7 9 0 0 万辆，农用运输车产量和保有量分别达2 0 0 万辆和2 5 0 0 万辆。2 0 0 4 年，中国石油消耗3 1 亿吨，其中三分之 一用于机动车2 1 。机动车保有量的激增在给社会带来丰厚经济效益 的同时也凸现了日益紧迫的环境问题。 1 1 1 我国城市机动车排污污染现状 中国城市环境空气质量监测表明，7 0 的城市环境空气质量 不达标。北京、上海、广州等大城市机动车排放的一氧化碳和碳 氢化合物所占比例都在8 0 以上；深圳市机动车排放的氮氧化物、 碳氢化合物和一氧化碳分别占排放总量的6 4 9 、7 0 6 和9 4 5 。 机动车污染排放己成为很多城市空气污染的主要来源f 3 j f 4 j 。今后 随着城市煤烟型污染控制取得成效，城市机动车排放污染对空气 质量的影响将会越来越突出。 北棠交通大学暖士学位论文 2 0 0 4 年7 月，我国中长期科技发展规划的交通专家组提出， 交通能耗与污染问题是亟待解决的交通三大热点问题之首 5j 。由 此可见，机动车尾气控制对我国实现人与社会全面发展、社会经 济协调发展有着极其重要的科学意义和现实意义。 1 1 2 我国城市机动车排污控制现状 面对日益严峻的机动车尾气污染问题，我国正积极构建较为 完善的机动车污染控制体系，已经出台和即将出台的一系列法规 和标准将对各类机动车排放污染进行全过程控制。从1 9 9 8 年开 始，我国全面实施新生产机动车环保达标车型核准制度，发布环 保达标目录。截至目前，已分别公布国家第一阶段排放标准达标 车型目录1 7 批、国家第二阶段排放标准达标车型目录4 3 批f 6 d 同时，中国还在各省级城市和1 1 3 个环保重点城市开展了在用车 的定期检测工作，全国在用车平均排放达标上升了2 0 多个百分点 。 在总体控制体系构建的过程中，也存在着一些问题使得城市 尾气排放控制工作效果降低，如在用车淘汰制度执行不力，在用 车i 烈制度有待加强，车用燃油品质亟待提高等问题【8 1 。 今后一段时期我国会以城市空气质量达标和改善交通型空气 污染防治为目标，以清洁、低污染和达标排放新车核准管理为重 点，建立新车公告制度；以在用车定期检测达标排放为手段，建 立标志制度；以清洁车用燃料管理为保障，建立车用燃油环保登 记制度【2 】；以尾气模型为技术依托，对路网中尾气排放进行量化 和排放特性分析，探索更为有效的尾气控制策略。 北童交通太学硕士学位论文 事实上，几乎所有尾气控制策略的制定和技术的实现在很大 程度上都依赖于机动车尾气排放评价系统的开发，即机动车在各 利- 交通网络环境下尾气排放的精确量化。如果机动车尾气量化不 精确，这些控制策略的可行性也就无从判别。虽然国内外在机动 车尾气量化问题上已经开始着手研究，但由于问题本身的复杂性， 这一问题一直没有被很好地解决。 1 1 。3 我国城市尾气量化的研究 国外在机动车尾气量化方面的研究重点主要集中在各种尾气 模型的建立，以及交通规划、土地利用、交通控制、智能交通等 与尾气的定量关系研究上。国外的宏观尾气模型中比较有名的有 美国的m o b i l e ( 最新版本m o b i l e 6 ) 和e m f a c 以及欧洲的 c o p e r t ，其中m o b i l e 被美国环保署( e p a ) 确定为全美国( 除 加州外) 规定使用的尾气排放因子模型。而国内在尾气量化方而 的发展与国际水平相比较为滞后，特别是国内缺乏自己的尾气量 化手段，尚无自主开发的尾气排放模型，没有自己的城市交通环 境策略评价体系，仅仅是通过对国外比较成熟的一些尾气模型( 如 美国的m o b i l e ) 的部分参数作修改后便直接用于我国城市的尾气 量化工作 8 j 。但这种修改工作是表面上的，模型的内部反映排放 控制水平( 如基础排放和劣化率) 的信息并没有予以修正，而这 些参数是真正决定模型精度的基础数据。因此这样得到的模型输 出值在我国的适用性比较低，它并不能有效准确地反映中国城市 尾气排放的特性。 因此，我国城市尾气量化工作的重点和难点就是得到一套获 北童虫通大学硬士学位论文 取城市排放因子的系统的方法，并在此基础上开发适应于中国城 市的尾气排放模型来精确地量化城市尾气，继而建立起一套以尾 气模型为技术依托的城市尾气评价控制体制。 1 1 。4 本文在尾气量化方面的意义 针对城市尾气量化工作中的重点和难点，本文在分析和总结 了国内外尾气量化工作现有成果的基础上，结合我国城市特点， 提出了城市宏观尾气排放因子的获取技术，并给出了详尽的操作 方法。 该技术中详细介绍了：m o b i l e 6 【9 i 模型部分重要参数敏感 度分析及本地化的方法。这对于美国m o b i l e 排放模型在我国的 推广和使用有积极的意义。利用路网实测尾气数据对模型初始 排放因子的标定方法。这其中不仅介绍了路网实测尾气数据的获 取技术及方法，同时，在国外模型计算结果标定以提高其适用性 和评价精度方面也做出了探讨性研究。开发本地排放因子计算 软件的方法。开发本地化的排放因子计算软件无疑可以使得排放 因子计算过程更便捷更直观。 通过这一途径锝到的城市尾气摊放因子数据不仅可以用来检 验尾气控制策略的执行效果，也可以反映出交通规划中对尾气削 减的考虑程度，继而为制定新的控制策略和交通规划方案提供参 考依据。 1 3 研究目标和内容 本文旨在总结分析国内外城市尾气排放因子研究方法和成果 北京交通大学硕士学位论文 的基础上，充分发挥m o b i i e 模型在排放因子计算评价方面的功能 优势，同时结合实测排放因子数据对模型结果进行标定，继而建 立起一套切实可行的中国城市宏观尾气排放因子的获取技术。同 时，选取北京市为目标实验城市，结合城市背景资料和实际路网 测试数据，给出城市宏观尾气排放因子获取方法各个环节具体的 设计方案和操作方法。 围绕这一研究目标，本文着重进行了如下几个方面的研究工 作： ( 1 ) 国内外研究发展综述：对国内外排放因子及宏观排放 模型的研究状况进行综述，指出目前研究中存在的问题及研究发 展方向。 ( 2 ) 基于实测数据修正的尾气排放因子获取方案设计：综 合比较各宏观排放模型的优势后，选取m o b i l e 作为排放因子计 算的源模型；利用先进的o e m 实时尾气检测技术1 作为本研究 尾气实测数据的技术支持；通过对源模型内设参数的本地化及实 测实据对源模型初始排放因子的标定，提出城市尾气排放因子的 获取方法。 ( 3 ) 方案的案例实现：以北京市为例，给出方案各步骤中 参数调整，数据处理，标定系数计算，排放因子计算软件丌发等 具体的操作方法。 ( 5 ) 排放因子计算比较：分析比较m o b i l e 6 缺省值计算下 的排放因子和标定后得到的北京市排放因子结果。 ( 6 ) 开发北京市排放因子计算软件：将北京市排放因子获 取步骤和结果程序化，得到排放因子计算软件。 北京交通大学硕士学位论文 1 4 研究技术路线 如图1 1 所示，技术路线总体分三步： 第一步，m o b i l e 6 的应用。因为m o b i l e 6 模型是一个发展较 为成熟的模型，其测试结果对全体机动车排放状况而言，具有相 当的广泛性和代表性，因此选该模型作为计算排放因子的源模型。 然后，对模型参数作敏感性分析，分析模型输入参数的变化对输 出结果变化的影响程度。接下来，按目标城市实际情况对敏感参 数予以修f 。最后通过运行该模型，得到目标城市的初始排放因 子。 第二步，o e m 技术的运用。o e m 是国际上先进的实时机动车尾 气获取技术，该技术已通过了美国环保署环境技术认证。通过o e m 技术的应用，我们得到北京市路网内部分车型的实测尾气排放因 子，并建立了北京市基础交通与尾气数据库。 第三步，排放因子获取方法的建立。通过部分车型的实测尾 气数据和m o b i l e 6 初始排放因子的比较，对模型计算初始排放 因子作标定以得到这部分车型的排放因子修正系数，按路网内车 型分担率和各车型排放分担率继而得到所有车型的排放因子数 据；另外，m o b i l e 6 可以预；受1 j 现在起到2 0 5 0 年阃任意一年的排 放因子，通过修正系数可以对m o b i l e 6 计算得到的目标城市未来 某年( 如2 0 l o 年) 的排放因子的预测值进行修f ，从而得到较准 确的目标城市路网排旅因子预测值。 6 北京交通土学硕士学位论文 图1 1 基于实时数据修正的城市尾气排放因子研究技术线路图 1 5 本章小结 机动车数量的激增带来日盏紧迫的环境问题，在对城市中尾 气排放控制方案的研究中，准确的尾气量化已逐渐成为研究的难 点和重点。在此需求下提出中国城市宏观尾气排放因子的获取技 术和实现方法，以得到城市内较为准确的尾气刳# 放因子，对环境 和交通的发展都有着积极的意义。本文将着重从源模型选取及其 参数本地化、0 e m 技术、模型标定、城市排放因子获得等方面说 明基于实时数据修正的尾气排放因子获取方法的实现过程。 北棠交通大学硕士学位论文 2 国内外研究综述 随着机动车尾气治理工作的深入和细化，机动车尾气研究的 重点逐渐由定性研究转为定量研究，精确的尾气排放量化是提供 有效的尾气控制措施和策略的基础，其中，机动车排放因子是宏 观尾气排放量化或总的尾气排放量计算的关键。 2 1 机动车尾气排放因子的概念 机动车排放因子的确定是城市机动车污染控制体系的核心内 容之一，所谓机动车排放因子是指一辆机动车运行单位里程或小 时或消耗单位燃料所排放的污染物的量，单位为k m 或g m 或 g ，l ( 双燃料) ，它反映了机动车的排放水平，是进行尾气控制对策研 究的基础和依据。由于丰几动车类型对尾气排放因子有较大影响， 不同车型的排放因子也不同，按获取途径可以将机动车排放因子 分为实测排放因子和模型计算排放因子。 2 2 机动车尾气实测排放因子的实验手段 国际上机动车尾气排放因子的实测技术的研究开始于上世纪 六十年代初，随着研究范围的扩展、试验水平的改进以及研究分 析的需求的增加，获耿尾气排放因子的实验手段发展到今天已经 形成了几种比较成熟的方法，主要的有：底盘测功机测试法( 台 驾测试法) ，隧道测试法，室外遥感监测法，车载实时测试法。 珐京交通太学硕士学位论文 2 2 1 底盘测功机测试法( 台驾测试法) 底盘测功机测试法1 是排放因子获耿技术研究发展的最初 阶段，同时，该法所得数据也是目前在用尾气排放模型的主要数 据来源。通过机动车底盘测功机试验可以获得单辆车的排放因子， 底盘测功机可以模拟汽年道路试验的各种工况，完成汽车的经济 性试验、动力性试验、排放性能评价与分析、可靠性试验以及与 汽车传动系统有关的专项试验。 该方法一般先进行机动车运行工况调查，再使用底赫测功机 模拟城市道路上车辆的怠速、加速、减速、等速等行驶状态，选 取各种类型的车辆进行一定行驶工况和一定测试程序下的室内汽 车模拟台架试验和发动机模拟台架试验，得到此工况下的污染物 排放。每类车型中的每辆车的排放测试结果可能不同，取得统计 意义上的各类车型的单车排放因子。由于车辆的组成包含不同车 型，配置不同排放控制措施：有不同的发动机结构、变速器类型、 化油器或燃油喷射系统：有不同的维修保养状况、不同的行驶罩 程；因而，测试结果对全体车辆排放状况可以具有相当的代表性。 但是，出于陔种方法是采取固定的行驶周期进行测试，其得 到的结果是一段时阳j 内平均的静态结果，而标准的行驶周期不能 反映实际情况下所有可能的驾驶模式，因此所得数据并不能真正 反映实际道路上的尾气排放因子。 2 2 2 隧道测试法 公路隧道实验是确定车流污染物综合排放因子的另重要实 北东交通土学硕士学位论文 验手段。2 0 世纪8 0 年代初，为克服台驾测试不能反映车辆组合 和路上行驶工况的局限性 1 2 】，c h a n g 等提出了隧道测试法，隧道 测试法通过检测经过隧道的车流排入隧道内的污染物浓度和隧道 内风速等环境要素，应用污染物扩散模型推导车流的平均单车排 放因子。隧道法确定的公路线源污染物排放因子代表真实公路上 机动车在真实的行驶状态下的排污水平口3 1 。 在实验时，一般选取隧管长、坡度和弯度较小、单向通车、 通风口少和交通流量大等的隧道进行试验【l ”。城市地面隧道和水 下隧道一般比较长和平直，是理想的隧道类型。这种方法得出的 排放因子可以代表隧道内车流真实行驶状态下的整体污染物的排 放水平，同时回避了机动车车龄、行驶里程等难以确定的因素【”】。 但是由于车辆在隧道内的行驶模式和实际路网巾的行驶模式 存在差异，并且隧道实验存在许多操作困难，参数不容易准确得 到，所以，许多实验只得到综合排放因子，而无法得到各种类型 机动车污染物的排放因子，该方法存在明显的局限性。 2 2 3 室外遥感监测法 1 9 9 0 年以后，遥感监测技术在美国和其他一些国家和地区得 到应用。这种检测方法能够在汽车正常行驶过程中完成定点检测， 自动化程度高，检测速度快1 6 】。但该方法对交通状况和安置地点 有着较为苛刻的要求，并且只能测量出排放气体的浓度，无法得 到排放气体的绝对质量。因此也无法用于量化在实际交通网络环 境中走行车辆的尾气排放。 北京交通太学硕士学位论文 2 2 4 车载实时测试法 自2 0 0 0 年之后，最新应用的测试方法是实时车载尾气检测 法，该方法应用便携式尾气检测技术( p e m s ，p o r t a b l ee m i s s i o n s m e a s u r e m e n ts y s t e m ) ，摆脱了实验室内不能模拟实时路上行驶工 况的缺陷，突破了遥感监测定点尾气收集数据的局限性，能够方 便快捷地获得不同路段、不同车型、不同时段的尾气排放数据。 目前，该技术中最具代表性和先进性的是由美国c l e a l la i r t e c h n 0 1 0 9 yi n t e m a t i o n a l ，i n c ( c a t i ) 公司丌发的m o t a n a 0 e m 一2 1 0 0 系统f l ，它由多成分尾气分析系统、全球定位系统 ( g p s ) 、内嵌计算机系统整合构成。可以测出机动车每秒的发动 机运行数据，车辆行驶速度、加速度，尾气排放浓度及绝对质量 和燃料消耗量，并能记录车辆在路网中行驶路线和地理位置【”】。 该设备是本次研究中所使用的重要数掘收集设备。实施车载尾气 检测方法是目前最先进的检测方法。 2 2 5 通过实测手段获取尾气排放因子的价值 实测到的尾气排放因子数据主要是用于两方面，评价受测 机动车的排放水平。这也是排放因子数据最直接和直观的用途。 不同国家和地区都有相应的国家标准或地方标准对新车排放因子 和在用车排放因子加以限制：申报上市的新车必须通过尾气合格 性检测，其排放因子低于现行标准规定的车辆才可以上市销售、 行驶；在用车必须执行机动车年检制度，尾气排放因子低于现行 标准规定的车辆可以继续跑行，对尾气不合格的车辆勒令检修， 北京交通土学硕士学位论文 检修完毕进行二次尾气检测。如果某辆车在年检中出现三次尾气 不合格的情况则要考虑对该车进行强制报废。评价道路、区域 尾气排放水平。隧道测试法和室外遥感法的工作意义正是如此。 开发尾气预测模型。我们将有车辆信息( 如车龄、车里程、燃 料、发动机类型、排放控制措施等) 对应的排放因子定义为“矢 量”排放因子。包含大量的“矢量”排放因子的排放因子数据库 是建立各种尾气计算模型的基础。 2 3 机动车尾气排放模型及预测排放因子 2 3 1 尾气排放模型及其计算排放因子 在现实中，城市交通路网纵横交错、错综复杂，其中跑行的 机动车种类、数量及车况也不尽相同，如果要实际测试完每辆机 动车的排放因子后再进行尾气排放分析和评价的工作，这是不可 能也不现实的。因此，通过对不同评价层面的尾气模型的尾气量 化，进而服务于不同尾气分析需求是机动车尾气排放研究的核心 之一。 在机动车尾气实测排放因子积累的基础上，世界各地开发了 多种模型用以量化尾气排放。按照模型的应用层次和开发思路， 可以分为微观模型和宏观模型：微观模型是对特定走廊和交叉口 的排放评价，适用于评价交通的改善情况和进行工程水平评估； 宏观排放模型一般使用集计分析方法来计算特定区域内的平均排 放因子，用于全国、省、市的总尾气排放量的估测和宏观规划。 具有代表性的宏观排放模型有美国环保署组织开发的m o b i l e 1 2 北耋交通土学暖士学位论文 系列和p a r t 系列5 ”】、美国加州空气资源局( c a r b ) 的e m f a c 【l ) j 系列、欧盟环境署( e e a ) 资助丌发的c o p e r t 系列。以下对 各宏观模型作介绍，并对m o b i l e 模型做主要介绍。 ( 一) m o b l l e 模型 美国环保局( u s e p a ) 依据联邦f t p 测试程序，对各种不同的 在用车排放水平进行检测，在测试结果的基础上，考虑机动车的 车龄分币j 、行驶罩程、新车排放因子、劣化率、行驶速度、i m ( 检 查维护) 制度、环境状况、道路条件、车辆的使用工况以及车用 油料特性等诸多因素对排放的影响，丌发出了一种宏观机动车尾 气排放因子的计算机模型一m o b i l e 机动车排放因子模型 ( v e h i c l ee m i s s i o nf a c t o rm o d e l s ) 利用该模型能得出各年、 各车型在特定行驶速度下的平均排放因子。随着汽车制造技术的 进步和尾气控制制度的加严，该模型的许多参数得到了及时的修 正，算法逐步得到改进，版本也随之得到升级。m o b i l e 6 是该模 型发布至今的最新版本，加入了道路状况、道路类型对排放因子 的影响，将“启动”与“行驶”阶段的排放区分丌来，允许将机 动车排放更精确地在空问和时间上进行分配。并且根据新的数据 对许多其他方面进行了更新，能用于计算1 9 5 2 2 0 5 0 年期间任意 年i 训的h c 、c o 、n o x 排放因子。 m o b i l e 6 模型原理 m o b i l e 6 的基本计算公式是在对实测排放因子数据长期统 计和回归分析后得到的经验公式。该模式的计算思路是，首先根 据排放控制水平得到机动车在标准工况下的基本排放因子，在此 北童交通点学硕士学位论文 基础上，根据实际条件下各种影响因素同标准工况的差别对基本 排放因子进行修诈，最终得到实际运行状况下的排放因子。 m o b i l e 6 计算基本排放因子的假设是： 1 ) 基本排放因子随行驶罩程的增加线性劣化，劣化曲线的截 距和斜率分别是零公里排放因子( z m l ) 和劣化率( d r ) ， 如图2 1 ： 2 ) 同一年代或采用相同排放控制技术生产的相同类型的车 辆，排放水平相似。 机动车行驶里程 图2 1 基本排放因子与行驶里程的关系 由假设1 ，2 可以得出： b e f = z m l + d rxm 其中： 口e 卜基本排放因子， z m z 零公里排放因子 n r 劣化率， 卜实际总行驶罩程。 4 北京交通土学硬士学位论文 不同种类的机动车的z m l 和d r 是不同的。各种机动车对总 排放水平的权重大小即为这类车辆的行驶里程数占总机动车行驶 里程数的大小，该模型中称为里程权重系数( n a v e lw 萌曲t i n g f a c t o r ) 。通过统计获得的各类车每年行驶的平均里程数，与该类 车在车辆登记时所占比例的大小，即可获得该类车总的行驶里程 数，从而可确定该类车在总排放中的权重。 根据美国大量实验测试的结果，回归出对应于不同技术年代， 不同污染物类型和不同车型的可用于上述计算公式的参数，这些 参数构成了m o b i l e 6 模型的核心。由于基本排放因子是在标准 工况下测试的结果，排除了背景条件、运行工况、燃油状况的各 种因素，因此他们之间具有可比性，其差异是机动车排放控制技 术水平的集中反映。 在计算出基本排放水平后，m o b i l e 6 考虑环境因素、运行 状况、燃油状况以及检查维修制度等影响机动车实际排放的各种 因素，并对排放因子进行修正，便得到实际排放因子e f ，下面是 e f 的简化的数学表达式： 口= e f + 以日驯“o d d c d 。o ( 1 2 ) 式中，b 卜一由于部件损坏造成的排放的增加： 曰咖由于i 小i 制度产生的排放的减少； o 温度修正因子； c r 一燃油饱和蒸汽压修正因子； d 一速度修正因子； c c r 一运行状况修正因子： c 卜空调、湿度等的综合修正因子。 北京交通土学硕士学位论文 m o b l l e 模型的输入、输出参数及操作过程 为了有较强的适应性，能应用于各种不同的情景中计算机动 车排放因子，m o b i l e 的最新版本m o b i l e 6 设置了2 6 种输入参 数类型、9 1 条命令语句来实现参数输入。并输出分车型的排放因 子结果。不是所有的输入参数和命令都对排放因子影响很大， 但有些重要的输入参数对排放因子的影响较大，如机动车车型， 行驶平均速度，燃油雷氏蒸汽压值，环境温度、车龄分稚等。可 以参照实际需要，通过对这些参数的修改来提高排放因子的输出 精度。 m o b i l e 6 的用户使用过程主要是输入文件的生成过程。输 入文件由三部分组成：控制区( h e a d e r ) ，一次性输入区( r u n ) 和 情景区( s c e n a r i o ) 。控制区主要写入关于输入输出类型、范围和 格式的命令；一次性输入区主要用来写入影响排放因子各因素的 命令及所需读取的外部文件名；情景区用来描述计算排放因子的 外部环境等的命令，这两个区的部分命令可以互相交换，作用相 同。 实例说明其使用过程，假设一个编写完整的输入文件名为 t e m p i n ： 使用时，在合适的路径下，双击m o b i l e 6 e x e 文件，程序 便被激活，并让用户输入m o b i l e 6 的输入文件，如下图2 2 ： 北囊交通土学埙士学位论文 图2 2 运行初始界面 如果用户将如下路径中的输入文件t e n l p i n 的路径敲八到上 述界面中，或者将t e r n p i n 图标直接拖入，m o b i l e 6 便如图2 3 显示： 图2 3 写入输入文件名 敲回车，如果输入文件中命令、格式正确，计算所需的外部 文件齐全且格式正确，m o b i l e 6 便开始运算，如图2 4 所示： 北京交通土学暖士学位论文 图2 4m o b i l e 运算界面 运算完毕后，m o b i l e 6 显示d 融v e rc a l l sc o m p l e t e d ”，读 取文件信息，运算时间信息等，如图2 5 所示： 图2 5 运行结束界面 运算完毕同时，m o b i l e 6 将运算结果自动生成t x t 格式输出 文件，并保存到与输入文件相同的根目录下，输出文件显示分车 型的机动车排放因子及相关信息，如图2 6 所示： 北未交通史学硕士学位论文 图2 6 输出文件 m o b i l e 6 要求在一次运行巾将所有需要的命令一次性写入 输入文件中，并保存为“i n ”格式文件，模型对输入文件各项纪 录的输入顺序和输入格式都要求极为严格，稍有偏差便不能得到 正确的计算结果。但是模型本身便没有对用户的输入给出任何提 示，用户需自己明确所输入的信息和各式，在顺序上，用户必须 弄清楚各个控制变量出现的次序、取值和各自的意义，然后根据 这些控制变量确定运行区、场景区中各纪录的数据。 ( 二) p a r t 5 模型 队盯5 模型是由美国环保局开发的计算道路机动车颗粒物 ( 排气管排放、轮胎磨损、刹车磨损、道路二次扬尘) 排放因子 的数学模型，可以说是m o b i l e 的辅助模型1 2 2 j 。它根据多年来对 大量车辆测试数据的分析回归，得到计算机动车颗粒物排放因子 的经验公式。分析所用的数据来源为美国环保局组织的各种不同 在用车排放水平测试结果，以及联邦测试程序中测得的排放结果。 该模型建构的思路和计算和m o b l l e 模型基本一致， p a i 玎5 模式根据发动机的类型以及车辆的重量将机动车分 为1 2 类，对不同类型的车辆分别考虑油品质量、车速、维修保养 北京交通大学硕士学位论文 状况等各种因素对排放的影响，并从这些数据的测试分析中获得 各年、各车型车辆排放因子的平均水平，以及颗粒物中各重要化学 组分( 铅、硫酸盐、可溶性有机物和残余碳等) 的组成比例通过公 式计算每类机动车的综合排放因子【2 3 】。 ( 三) e m f a c 模型 e m f a c 是用于美国加州尾气排放计算的宏观尾气模型， 最新版本为e m f a c 2 0 0 2 。该模型可以计算1 9 7 0 一2 0 4 0 年间碳氢化 合物( h c ) 、氮氧化合物( c o ) 、氮氧化物( n o 。) 、二氧化碳( c 0 2 ) 、 颗粒物( p m ) 的排放量。在算法原理上e m f a c 和m o b i l e 一致， 但由于加州采用比美国其它州更为严格的排放标准和检测维修 ( i ，m ) 制度，两种模型所采用的基础数据不同。 ( 四) c o p e r t 模型 c o p e r t 是由欧洲环保署赞助开发的m sw i n d o w s 环境下的 应用软件。它是欧洲国家计算道路机动车排放量的重要工具【1 9 1 ， c 0 p e r t 的辅助模型可以计算非道路发动机排放清单。c o p e r t 模型的开发始于1 9 8 5 年。基本上，m o b i l e 模型在过去被用作 是c o p e r t 模型