（交通信息工程及控制专业论文）武汉市机动车尾气排放管理决策支持系统.pdf

武汉理工大学硕十学位论文 摘要 随着我国经济的快速发展，我国汽车保有量大幅增加。汽车尾气排放造成 的污染在城市污染中的比重也越来越大。机动车排放污染特别是粒径小的颗粒 物对人的身体造成巨大的伤害、存在发生城市光化学烟雾的潜在威胁，直接影 响到人们的健康。如何掌握城市主要道路的排放情况，通过交通控制的措施减 少机动车的排放是缓解我国城市环境污染的一个迫切需要解决的问题。本文在 总结国内外相关研究的基础上，结合武汉市机动车运行的情况，重点研究了轻 型机动车的排放情况，城市机动车排放的实时分布，通过交通控制措施控制解 决机动车排放污染问题。本文主要开展了以下工作： 分析了各种机动车排放测试方法的特点，主要排放模型的原理，总结了主 要排放测试方法和排放模型的应用情况。利用g p s 、o e m 2 1 0 0 、笔记本电脑、 传感器等设备建立了车载排放测试系统，并通过武汉市轻型机动车排放实验， 采集了武汉市轻型机动车排放数据。通过分析、处理数据得到了武汉市轻型机 动车的排放模型，在此基础上对c m e m 排放模型进行了修正。 开展了武汉市主要道路的交通流调查试验，得到了武汉市主要道路的车辆 流量分布数据。结合机动车排放模型，估算出武汉市主要道路尾气排放源强的 分布情况。 研究了基于地理信息系统的城市机动车排放时空分御的显示问题。设计实 现了城市机动车排放的时空分布的排放查询模块。利用数据库开发技术，设计 实现了城市道路排放分析模块。结合机动车排放模型、武汉市机动车排放情况 设计实现了基于机动车流量和速度的排放控制模块。结合机动车排放模型、信 号灯配时软件，交通流模拟软件，设计实现了排放决策支持模块。利用计算机 技术，设计实现了机动车尾气排放管理决策支持系统软件。 选取由武汉市典型道路组成的一个路网，设计了两种不同的交叉口配时方 案。通过交通模拟、排放预测，得到了两种排放预测结果，并针对不同的尾气 控制目标对比分析了两种配时方案的优劣。 关键词：机动车尾气；决策支持：排放模型；排放控制 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f e c o n o m y , m o r ea n dm o r ec h i n e s ep e o p l eb u yc 锄蛋 t h ep r o p o r t i o no fa i rp o l l u t i o nw h i c hi sc a u s e d b yt h ec a r si si n c 麟i n g m o t o r v e h i c l ee m i s s i o n p o l l u t i o n ，e s p e c i a l l yp a r t i c u l a t em a t t e rs m a l l e rs i z ei sh 姗t o h u m a n b o d yt h ee x i s t e n c eo ft h ep h o t o c h e m i c a ls m o gi nt h ec i t yi sal a t e n tt h r e a t e n a n de f f e c t sh u m a n sh e a l t hd i r e c t l y t oh a v eag o o dg r a s po f t h ee r n i s s i o ns i t u a t i o no f t h em a l nr o a di s 锄u r g e n tp r o b l e m ，t h r o u g hd e v e l o p i n ga n dc h a n g i n gt h et r a f f i c c o n t r o lm e a s u r e st or e d u c et h ee n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n f o rt h ea b o v e m e n t i o n e d s i t u a t i o n ，o nt h eb a s i so ft h ec o m b i n a t i o no fc i t yv e h i c l e s ，c o m b i n a t e dt h eo p e r a t i n g s i t u a t i o no fc a r si no u r c o u n t r y d i dk e yr e s e a r c ho ft h ec i t y se m i s s i o n so f l i g h tm o t o r v e h i c l e sa n dt h er e a l - t i m ed i s t r i b u t i o no ft h em o t o rv e h i c l ee m i s s i o n s ，a n dc o n t r o l l e d m o t o rv e h i c l ee m i s s i o n st o s o l v et h ep o l l u t i o np r o b l e m st h r o u g ht r a f f i c c o n t r o l m f 翅l s n r e s i nt h i sp a p e r , t h em a i n j o ba st h ef o l l o w i n g ： a n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em o t o rv e h i c l ee m i s s i o n st e s t i n gm e t h o d sa n d t h em a i np r i n c i p l e so ft h ee m i s s i o nm o d e l s u m m i n gu pt h em a i ne m i s s i o n t e s t m e t h o d sa n dt h ea p p l i c a t i o no fe m i s s i o nm o d e l s t h eu s eo fg p s ，o e m 2 10 0 ， n o t e b o o kc o m p u t e r s ，s e n s o r sa n do t h e rd e v i c e s ，w es e tu pav e h i c l ee m i s s i o nt e s t s y s t e m t h r o u g ht h el i g h tv e h i c l ee m i s s i o ne x p e r i m e n t so fw u h a nc i t y , w eg o tt h e l i g h tv e h i c l ee m i s s i o nd a t a r e c e i v e dt r e a t m e n tf o rl i g h tm o t o rv e h i c l e si n ，u h a n e m i s s i o nm o d e lt h r o u g ha n a l y s i so fd a t a , a n dc m e me m i s s i o nm o d e lh a sb e e n a m e n d e d c a r r i e do u tt h et r a f f i cf l o wo nm a j o rr o a d si n v e s t i g a t et e s t si nw r u h a nc i t v 锄d g o tt h em a i nt r a f f i cf l o wd i s t r i b u t i o n c o m b i n a t i o no fm o t o rv e h i c l ee m i s s i o n sn l o d e l t oe s t i m a t ee m i s s i o n so fw u h a nd i s t r i b u t i o no fs o u r c e s t r e n g t h e x p o u n d i n gt h ep r i n c i p l ea n dt h es t r u c t u r eo ft h e d e c i s i o n s u p p o r t i n gs y s t e m m a d i n gab r i e fd e s c r i p t i o no ft h ed e v e l o p m e n ts t a t u sq u oo ft h es y s t e ma th o m ea n d a b r o a d r e s e a r c h i n gt h ep r o b l e m so ft h es p a t i a la n dt e m p o r a ld i s t r i b u t i o nb a s e do nt 1 1 e m o t o rv e h i c l ee m i s s i o n so ft h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m s d e s i g n e dt h em o t o r v e h i c l e se m i s s i o n sq u e r ym o d u l e0 1 1t h ec i t y ss p a t i a la n dt e m p o r a ld i s t r i b u t i o n a l e m i s s i o a s d e s i g n e dt h ea n a l y s i s m o d u l eo ft h eu r b a nr o a de m i s s i o n sb yu s i n g d a t a b a s et e c m o l o g y d e s i g n e d t h ee m i s s i o nc o n t r o lm o d u l eb a s e d o nt h e i l 】f l p l e m e n t a t i o nf l o wa n dt h es p e e do fm o t o r v e h i c l e sb yt h ec o m b i n a t i o no fm o t o r v e h i c l ee m i s s i o n sm o d e la n dt h es i t u a t i o no fm o t o rv e h i c l ee m i s s i o n si no b rc o u n t r y d e s i g n e d t h ed e c i s i o n s u p p o r t i n gm o d u l e sb yc o m b i n a t i o n o fm o t o rv e h i c l e e m i s s i o n sm o d e l t h es i g n a ld i s t r i b u t i o ns o f t w a r ea n dt r a f f i cf l o ws i m u l a t i o ns o , w a r e d e s i g n e dt h ev e h i c l ee x h a u s te m i s s i o nc o n t r o ld e c i s i o ns u p p o r ts y s t e ms o t t w a 托b y u s i n gt h ec o m p u t e rt e c h n o l o g y a 1 s o i nt h i sp a p e r , s e l e c t i n gc o m p o n e n t sf r o mt h et y p i c a lp a t ho f ar o a dn e t w o r k o fw u h a i l ，d e s i g n i n go ft h ei n t e r s e c t i o no ft w od i f f e r e n tp r o g r a m sw i t ht i m e w i t h 幻r a m cs i m “a t i o na n de m i s s i o np r e d i c t i o n ，p r e d i c t i o nr e s u l t so ft h et w oe m i s s i o n s w e r eg o t a n dm a d ec o n t r o lo b j e c t i v e sf o rd i f f e r e n tc o m p a r a t i v ea n a l y s i so ft h et w o o p t i o n si sb e t t e rt i m i n g k e yw o r d s ：v e h i c l ee m i s s i o n ；d e c i s i o ns u p p o r t ；e m i s s i o nm o d e l ；e m i s s i o n c o n t r o l i l l 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本入在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学和其它教育机构的学位和证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了感谢。 签名：兰墨盎生日期：丝互! ! ：乡 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留交向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) 猁午导师( 签名砰j 、1 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1选题的目的和意义 环境保护是我国长期坚持的一项基本国策，可持续发展是我国的一项基本 战略。环境与经济的发展相辅相成，经济发展离不开良好的环境，优美的环境 促进经济的发展。中国的经济飞速发展，与此相辉映的另外一个现象是中国的 机动车辆也高速增长。机动车辆给人们带来出行便利的同时，机动车排放的尾 气也对环境和人类的健康造成了不良影响。汽车排放物来源主要有三个，即排 气、蒸发、窜缸混合气。这些排放污染物的主要成分有多种，对环境污染特别 大的有害物质有c o 、h c 、n q 、颗粒及硫化物等。人在呼吸时吸入c o 后容易 使人头疼、昏眩及反应迟钝，重者使人神经机能下降，直至死亡。光化学烟雾 对人的影响主要是对眼睛和呼吸道的刺激，使红眼病患者增加，促进哮喘病的 发作，并引起慢性呼吸系统疾病进一步恶化，有诱发癌症的作用。因此控制汽 车尾气排放对于改善人类生存环境、社会的可持续发展具有重要的意义。 影响机动车尾气排放的因素较多，除了机动车本身的因素外，速度和加速 度的影响较为显著。武汉市机动车尾气排放管理决策支持系统在对武汉市进行 轻型机动车排放实验和交通流调查实验的基础上，得到武汉市轻型机动车排放 模型和车辆分布信息，再通过现有机动车排放模型获得其他车辆类型的排放情 况，从而建立武汉市机动车排放的时空分和数据库；通过交通仿真软件的模拟， 使决策者能够得到不同的交通管理和交通控制措施下机动车排放的情况，最终 实现排放控制的决策支持、减少城市机动车排放。 本文的研究主要有两个方面的意义：一方面，通过交通控制措施控制尾气 排放污染。交通管理和交通控制措施是解决交通拥挤的重要方法，但随着人们 对机动车尾气排放污染的重视，通过交通控制措施控制尾气排放污染是一个重 要的发展趋势。另一方面，机动车尾气管理决策支持系统能显示城市道路的排 放情况，使得管理者能直观地了解道路排放情况。通过该软件的排放分析功能， 相关部门能够得到排放严重的时段和道路，从而制定有针对性的政策和采取相 关的管理措施；通过排放控制功能和仿真模块，决策者能够比较不同的管理措 施的控制机动车排放的效果，大大减少了决策者决策的难度和时间。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 国内外相关研究综述 目前国内外对机动车尾气排放污染控制的研究主要集中在四个方面：排放 因子的获得、排放模型的开发、线源扩散模式的研究、排放污染控制对策的探 讨。本文主要侧重于武汉市机动车尾气排放的计算、排放模型的生成及基于g i s 的尾气排放管理决策支持系统的开发。 1 2 1 机动车排放测试方法 目前，机动车排放测试方法主要有台架测试、隧道实验、遥感测试和车载 测试。 台架测试是指被测机动车在底盘测功机上按照预先设定好的工况行驶，测 试系统收集其排放的污染物，并进行测试。台架测试的优点为重复性好、测试 简单、不受外界环境干扰，但其测试成本高、只能测试机动车无负荷下的状况。 欧美和日本先后都建立了自己的标准排放测试程序，我国在用车排放的检测方 法主要是：汽油车为怠速和双怠速法、柴油汽车为自由烟度法。较为先进的为 简易工况法，主要有：稳态加载加速模拟简易工况法( a s m ) 、瞬态加载工况法 ( m 2 4 0 ) 、瞬态加载简易工况法( v m a s ) 以及柴油车加载减速法( l u g d o 、v n ) 等i 。 我国现在主要是运用欧洲的行驶测试工况【2 1 。 隧道实验是指在交通隧道内，监测过往隧道的机动车排入隧道内的污染物 浓度分布和隧道内风速等环境和气象要素，通过计算，得出在一定机动车动车 组成和流量下污染物的排放因子【3 l 。该方法的基本原理是不考虑隧道本身的影 响，而隧道内除了机动车行驶所造成的污染外又没有其他的污染源，在这种情 况下，将隧道看成一个理想的圆柱状活塞，一定时间内活塞进出的污染物浓度 差与通风量的乘积等于通过隧道的机动车污染物的总排放质量。隧道实验的最 大优点为简单易操作，但这种方法测试工况单一、受背景浓度影响。2 0 世纪8 0 年代以来，这种方法被发达国家广泛采用f 4 。7 】。我国也开展了很多的隧道试验研 究【8 母】。陈尊裕等人在广州市选择典型的隧道进行了机动车的排放因子测试。通 过连续4 8h 的现场采样监测，获得了隧道内机动车排放主要污染物的浓度、交通 参数及气象参数等数据，计算出隧道内机动车平均排放因子，并在此基础上应 用多元回归方法计算出8 大类机动车各种排放污染物的单车排放因子。王鸣宇、 刘红杰等通过对谭裕沟隧道内c o 、s 0 2 和n q 的连续分析【i0 1 ，研究了其污染状 2 武汉理工大学硕士学位论文 况和特征，计算出机动车排放c o 、s 0 2 及n q 的平均排放因子。研究结果表明， 在城市中c o 和n q 有相当大的部分来源于机动车排放，而s 0 2 的排放量则非 常小。 道路遥感测试是指利用分子对不同波段的吸收光谱特性，当遥测设备的光 源发生器发出红外光( 或激光) 和紫外光光束时，道路对面的红外线( 或激光) a n 紫 外光反光镜将其反射回设备的光源检测器，道路上行驶的车辆通过这些光束时， 排出的尾气会对红外光( 或激光) 产生吸收，红外线发射接收器通过分析接收光光 谱的变化情况计算出车辆行驶中各个排放成分的浓度。遥测检测的优点为效率 高、不影响车辆正常行驶、能较真实反映车辆道路实际排放状况，但这种方法 受测量条件的影响较大、测量精度和重复性差。国外进行了较多关于遥感技术 的研究【j6 1 。我国已经将遥感技术运用到尾气排放的研究。董刚、陈达良等人利 用遥感测量技术测量了n i s s a n 货车在实际行驶工况下污染物的排放【l7 1 ，利用回 归分析的方法对c o 、h c 及n q 等污染物的排放因子进行了估算。 近年又出现了实时测试车辆排放的测试技术道路车载测试技术。道路 车载测试是指将车载排放测试系统安置在车辆内，逐秒显示机动车污染物排放数 据。车载测试系统最大的有点为实时采集排放数据，但这种方法测试样本较少。 国际上主要的车载排放系统r o v e r 车载测试系统、p e m s 、s e n s o r 、 s e m t e c h 等。 国外已经应用该测试技术进行研裂体。19 1 。我国也开始了这方面的研究。 国内研究比较早的是吉林大学。其交通学院王云鹏、沙学锋等人利用车载 系统在长春市做了车辆排放试验，并利用测得的数据对长春市的车辆排放进行 了建模【2 0 1 。北京交通大学交通运输学院于雷等人应用o e m 2 1 0 0 车载系统在北京 市做了富康车、中巴车、捷达车的车辆排放试验，并将所得数据和m o b i le 6 的预测值进行了比划2 1 彩l 。武汉理工大学i t s 中心也使用o e m 车载系统对武汉 市的排放情况进行了测量，得到了武汉的排放情况。除了在常规动力车上应用 该技术外，武汉理工大学陈燕涛、刘伏萍、乔维高和中国技术研究中心李孟良 利用车载排放测试系统( o b s ) 对一台重型混合动力公交车的排放水平进行评估， 检验被测车辆上装载的能量回收装置能否改善排放【2 4 】。 1 2 2 机动车排放模型 机动车排放因子模型按照不同的尾气评价范畴分为宏观模型、中观模型、微 3 武汉理工大学硕士学位论文 观模型2 5 之6 】。图1 1 为排放模型的框架图。 宏域 宏观参数一 焦输焦型 ( 平均速度等j r 中镤蟊蓑耋， 中观参数一 行为分配模式 ( 加速度等) 衫黼： 微观参数一 ( 每秒速度等) r 图1 - 1排放模型框架【2 7 】 排放 总量 宏观模型用来估算地区乃至整个国家范围内的排放因子。这种模型是基于 平均速度的回归模型，使用集计的方法评估按污染物、车型等分类的排放因子， 并为计算排放总量提供相应的数据。典型的宏观模型有m o b i l e 、e m f a c 、 c o r p e r t 等模型2 8 。3 0 】。 中观模型用来估算狭域内的排放因子。主要用来研究复杂的交通环境中的 汽车排放情况，用于某个交通区域的排放模拟。典型的中观尾气排放模型包括 m e a s u r e 、i n t e g r a t i o n 等模型 2 8 - 3 0 j 。 微观模型是以单车为基础，逐秒估算机动车在交通流中的排放情况，主要用 于支持交通中特殊地点的污染物浓度分布特征和污染物扩散规律研究。典型的 微观尾气模型有c m e m 、o n r o a d 等模型2 8 - 3 0 1 。 美国环保局研制出一种综合的排放模型m o v e s 模型2 8 3 0 1 。它是一种综 合的、多观的、独立的模型，代表了模型发展的方向。它具有以下优点：它 使用便携式尾气检测系统( p e m s ) 收集尾气排放数据，能够提供以秒为单位的排 放数据，从而大大增加了模型数据的准确度；它能满足多观模型输出的要求， 从而有统一的标准。 国内对模型的应用研究一般是先对模型所需要的参数进行收集，修正，把 模型本地化后再进行相关研究。 大多数模型应用研究是在大学的研究层次。主要特点是： ( 1 ) 应用模型得到城市排放情况，进行数据分析。王海鲲、陈长虹等人选 择上海市中心城区、商业区和收入相对较低区域中的主干道、快速道和次干道3 4 武汉理工大学硕士学位论文 种共9 条典型道路，用i v e 模型得出2 0 0 4 年上海市机动车c o 、h c 、n q 和p m 排放量、高排放车对总排放量的贡献率等排放情况【3 1 1 。 武汉理工大学交通学院刘恩栋应用m o b i l e 5 模型计算出武汉的机动车排 放因子，并对数据结果进行了分析【3 2 1 。 清华大学环境科学与工程系吴烨等人采用修正的m o b i l e 5 模式和p a r t 5 模式，计算出澳门机动车排放的气态污染物和颗粒污染物的排放系数，并确定 了澳门机动车污染物的排放总量和分车型的排放分担率【3 3 1 。 清华大学环境科学与工程系傅立新等人在利用实测数据确定基本参数的基 础上l ，用m o b i l e 5 模型得到北京市机动车污染物排放因子。 ( 2 ) 应用车载测试系统进行小样本的测试，与修正后的模型的预测数据进 行比较，研究模型的适用性。北京工商大学化学与环境工程学院何春玉、王歧 东对北京市机动车污染物的排放特征进行了研列3 5 】。 除了在大学中的研究应用外，模型还被应用在环境项目中。天津市环境影 响评价中心和天津市蓟县环保局的张泽生、张潞、韩晓东把m o b i l e 5 模型应用 在天津世行贷款交通改善项目环评中【3 6 1 。 1 2 3 决策支持系统 决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r t i n gs y s t e m ，d s s ) ，是以管理科学、运筹学、 控制论和行为科学为基础，以计算机技术、仿真技术和信息技术为手段，针对 半结构化的决策问题，支持决策活动的具有智能作用的人机系统。该系统能够 为决策者提供决策所需的数据、信息和背景材料，帮助明确决策目标和进行问 题的识别，建立或修改决策模型，提供各种备选方案，并且对各种方案进行评 价和优选，通过人机交互功能进行分析、比较和判断，为正确决策提供必要的 支持。决策支持系统的出现，为决策者提供了有力的支持，然而随着社会的发 展，决策依据和过程变得越来越复杂，决策者对d s s 提出了更高的要求，而d s s 自身的局限性也逐步暴露，数据仓库技术的出现缓解了这一矛盾，但网络的广 泛应用还将对d s s 提出新的要求，促进其新的发剧37 。3 8 l 。 d s s 的组成有几种公认的框架结构。按库的种类和个数可以把d s s 划分为 如下类型：二库结构( 数据库和模型库) 、三库结构( 数据库、模型库、方法库 或者信息库) 、四库结构( 数据库、模型库、方法库和知识库) 、多库结构( 在 原来四库结构的基础上，又增加了文本库、图形库等，形成五库、六库等多库 5 武汉理工大学硕士学位论文 结构) 。近年来，随着数据驱动的决策方法的进展，数据挖掘、o l a p 和数据仓 库技术也被作为决策部件集成到决策支持系统中。随着部件的增加。部件之问 的协调控制过程变的很复杂，系统结构也越来越复杂，给系统的实现带来很多 困难【3 9 - 4 0 i 。图1 2 为决策支持系统框架图。 用户 图i - 2 决策支持系统框架1 4 1 】 目前具有代表性的几种d s s 有：智能决策支持系统、分布决策支持系统、 基于数据仓库、联机分析处理与数据挖掘的决策支持系统、群体决策支持系统、 综合决策支持系统。 智能决策支持系统( i d s s ) 是以决策支持系统为主体，结合人工智能技术 形成的系统。除专家系统这种典型的人工智能技术以外，还有神经网路、机器 学习、遗传算法以及自然语言理解等多种人工之智能技术。这些技术可以分别 与决策支持系统结合形成智能决策支持系统，也可以有多项人工智能技术共同 与决策支持系统结合形成智能决策支持系统【4 2 1 。 分布决策支持系统( d d s s ) 是对传统集中式d s s 的扩展，是分布决策、分布 系统、分布支持三位一体。d d s s 的主要优势在于t 比集中式系统更可靠； 系统效率更高，更接近大型组织决策活动的实际情况；易于扩展；能够实现 平行操作，资源共享【4 。 数据仓库、联机分析处理( 0 l a p ) 和数据挖掘等新技术为d s s 开辟了新途 径。 6 武汉理工大学硕士学位论文 数据仓库、联机分析处理和数据挖掘都是决策支持新技术，但是它们有着 完全不同的辅助决策方式。数据仓库中存储着大量的辅助决策的数据，它们为 不同的用户随时提供各种辅助决策的随时查询、综合数据或趋势分析信息。联 机分析处理提供了多维数据分析，进行切片、切块、钻取等多种分析手段。数 据挖掘是挖掘数据中隐含的信息和知识，让用户在进行决策中使用【4 3 】。 群体决策支持系统( g d s s ) 是指多个决策者通过彼此问的通信和协作产生 决策方案，并最终通过协调和评估形成决策。g d s s 的研究一般集中在如何实 现对群体决策的支持上，包括对群体提供更好的信息共享、交流和通信渠道， 研究群体问的协作机制、意见综合集成等。2 0 世纪8 0 年代末以来，d s s 研究与 应用的重要方向之一就是群体决策支持系统。g d s s 与d d s s 既有区别又有联系， 前者是对个体决策支持系统的扩展，后者则是相对于集中式d s s 而言的，两者 研究的重点和关注的焦点有所不同。如果说d d s s 是以技术为导向的话，g d s s 则是而向群体活动的，它可为群体活动提供三个层次的支持，即沟通支持、模 型支持及机器诱导的沟通模式。g d s s 大多采用分布式和分散式结构：系统支持 “水平方向”的分布式处理，即支持对数据对象的远距离操作；系统还支持“垂直 方向”的分散式处理，即通过用户和各应用层之间的接口，来实现各个应用领域 的功斛3 9 - 4 0 l 。 综合决策支持系统( s d s s ) 是由模型库系统、数据库系统结合的主体、数 据仓库系统与联机分析处理结合的主体、知识库系统( 知识库、推理机和知识 库管理系统) 与数据挖掘结合的主体等三个主体组成的决策支持系纠4 3 1 。 1 3 本文主要研究内容 通过对排放实验数据的分析建立武汉市机动车排放因子模型，通过交通流 调查实验得到武汉市的车辆分布情况，进而开发武汉市机动车排放管理决策支 持系统。具体研究内容包括： ( 1 ) 建立车载排放实时测试系统。以o e m 2 1 0 0 车载排放测量仪、g p s 、 传感器、笔记本电脑等主要工具，建立车载排放实时测试系统，该系统主要包 括车载排放测量仪、尾气收集系统、发动机参数传感器组和车辆运行状态测量 系统四大部分，可实时测量城市道路上车辆的运行及排放状况。 ( 2 ) 城市道路排放实验方案。选取武汉市三个区中的龙阳大道、解放大道、 雄楚大道等主要道路为研究对象，以武汉市典型的轻型机动车车型为实验车型， 7 武汉理工大学硕士学位论文 通过搭建好的尾气测试系统进行车载机动车排放实验。 ( 3 ) 实验数据的预处理和排放模型的建立。对实验采集到的车辆排放数据 和通过g p s 采集到的车辆运行数据进行融合和预处理。通过不同的数据分析方 法对实验数据进行分析，经过对比后得到了武汉市轻型机动车排放模型。通过 对c m e m 排放模型的修正得到武汉市其他车型的排放模型。 ( 4 ) 武汉市排放源强的分布估计。选取武汉市典型的道路进行交通流的调 查估计，利用排放因子模型得到武汉市机动车排放源强分布的估计值。 ( 5 ) 武汉市机动车尾气排放管理决策支持系统的实现。设计、实现了武汉 市机动车尾气排放管理决策支持系统。除了通过不同模块的结合使用达到排放 控制决策支持的作用外，还可以使用决策支持模块对比分析不同交通状况下的 交通排放。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章武汉市机动车排放因子研究 机动车捧放因子是指单辆机动车行驶单位里程排放的污染物量。主要方法 有：台架测试法、模型计算法、实际行驶工况测试法、公路隧道法。随着车载 测试仪的发展，实际行驶工况测试法的应用越来越普遍。本文以o e m 2 1 0 0 车载 测试仪、g p s 、传感器、笔记本电脑为主要工具建立机动车尾气车载测试系统， 通过对实验数据的分析得到轻型机动车的排放模型，并对c m e m 排放模型进行 了修正。 2 1 排放实验 本文的机动车排放实验足以武汉市的典型轻型机动车为实验车辆进行的。 2 1 1o e m 2 1 0 0 排放测试仪 o e m 2 1 0 0 ( o n - b o a r de m i s s i o n m e a s u r e m e n t ) 是由美国c l e a n a i r t e c h n o l o g i e s i n c 生产的车载排放测试仪器，如图2 - 1 所示。该系统突破了传统的定点尾气收 集数据的局限性，能够方便地获得不同车型的尾气排放数据。它由尾气检测系统、 信息处理技术、数据分析技术、数据集成技术等高端技术和系统构成，可以测 出每秒的尾气排放浓度及绝对质量、燃料消耗量、行驶速度、发动机转速、温 度及节气门位置等参数i 州。 图2 - 1o e m 2 1 0 0 排放测试仪盯】 武汉理工大学硬士学位论文 该系统可测试实时的汽车尾气捧放数据和车辆运行参数，数据的最小时阃闻 隔为秒。该系统通过三个接口与汽车相连。分别是连接点火器相连的电缆、连接 捧放管的探针、与o b d ( o n - b o a r dd i a g n o s t i c s ) 诊断卡相连的数据线( 也可以使用 传感器与车辆连接) 。o e m 2 0 0 测试仪可以通过轿车上的点火口取电这样做的 缺点是：如果车辆熄火，仪器就会关闭。探针直接插入捧放管。借助系统内部 泵的转动来抽取尾气。尾气检测系统利用数据传感技术通过数据线与o b d 随车 诊断系统相连能够得到有关车辆运行的一些参数。对于一些没有o b d 接口的机 动车，该系统还可以通过一组传感器，直接安装在机动车内部发动机等相应零件 上获取所需车辆运行数据，其中包括：歧管绝对压力、车速、发动机转速、入口空 气温度等。尾气检测系统运用了非扩散的红外检测技术、电气化学分子检测技 术和激光散射技术来测量实时的尾气排放数据。尾气中c o 、c 0 2 、h c 的捧放 数据的计算靠非扩散的红外检测技术得以实现，n q 与0 2 的捧放数据靠电子化 学分子检测技术来获取，而p m 颗粒物的测量则利用于激光散射技术。用激光作 光源，在入射光方向以外，借检测散射光强度、频移及其角度依鞍性等而得到p m 粒子的重量、尺寸和浓度州。它的计算原理为： 尾气质量浓度( 班) 尾气流量( l s ) = 排放质量流量( g s ) ( 2 1 ) 2 1 2 尾气收集 尾气收集系统的作用是收集采样尾气。主要由取样探头腱接管，采样泵( 汽 油机) 、固定环，胶带，校准气体泄漏测试盖组成。合理的安装尾气收集管非 常重要，直接关系到监测数据的精度。安装要求是尾气收集管与捧气管连接固 定并且无气体泄漏，图2 - 2 为尾气收集管的安装图。 武汉理工大学硕士学位论文 尾气收集系统的布线也很重要，尾气收集管不能出现凹下去的部分，以防 止水蒸气冷凝阻碍采样气体进入采样泵。如图2 3 所示。 2 1 3 发动机传感器组 发动机传感器组主要包括：进气温度传感器、发动机转速传感器、进气压 力传感器。这些传感器在车辆运行时分别实时地采集温度、转速和压力信号， 通过调节装置与o e m 2 1 0 0 连接。 进气温度传感器直接贴到进气歧管壁上，用耐高温胶布固定。发动机转速 传感器采用的是一种外接夹簧式霍尔感应式传感器，这种类型的传感器是个塑 料制成的夹子，将其央在火花塞引线上即可。 进气压力传感器获得进气压力根据发动机的类型而定。如果是节气门发动 机，进气压力的获得是由在节气门发动机上增加一个内置压力传感器的短管， 并使此短管同轴连接一个歧管真空软管而获得；如果是涡轮增压发动机，增加 的传感器短管同轴连接涡轮推进压力管；如果是自然进气的无节气门发动机， 发动机内的气压就是歧管内的气压。 2 1 4g p s 系统 车辆的行驶状态数据通过g p s 系统获取。该系统主要有g p s 接收器、笔记 本电脑等组成。通过车载g p s 系统接受卫星传来的速度、加速度、高程等信号， 经过处理软件在笔记本实时显示、记录下车辆的行驶状态。 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 5 车载排放测试系统 车载排放测试系统由o e m 2 1 0 0 排放测试仪、尾气收集系统、发动机传感器 组、g p s 系统等组成，它们的连接方法见图2 4 。该系统可将车辆的行驶状态、 排放情况对应起来，得到实时的排放、速度及加速度数据。 2 1 6 实验方案设计 选取武汉市三个区中分别选取3 条快速干道、主干道、次干道道路作为实 验道路，使用武汉市典型的轻型机动车车型作为实验车辆，按照预先制定的行 驶周期随着车流行驶，从而得到武汉市主要道路的车辆排放情况和行驶状态。 试验车辆在武汉市的两个区按照交通流的情况行驶，于每天0 7 ：0 0 - - - 2 0 ：0 0 ， 在一条试验道路大概行驶6k m 后，转向另外的试验道路，基本上代表了武汉市 的机动车运行情况，能够得到武汉市轻型机动车的排放情况，实验方案如图2 5 所示。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 5 武汉市轻型机动车实验方案 武汉市轻型机动车以捷达、爱丽舍、富康和现代居多，实验车辆包括了这 几种车型，表2 1 为实验数据有效的试验车辆信息。 表2 - 1 实验车辆信息 车辆 车辆里程燃油出厂捧放控 车辆质量择量 编号型号( k m )类型日期制装置种类o g )( l ) l 捷达7 0 0 1 0 汽油2 0 0 2三元催化剂 6l4 9 01 6 2 捷达 2 85 0 0 汽油2 0 0 6 三元催化剂 615 4 51 6 3 富康9 8 81 0 9 6 3 8 汽油2 0 0 1三元倦化剂 514 5 51 6 4 爱丽舍4 2 3 6 8 汽油2 0 0 5三元催化扪 6l4 9 6】6 5爱w 舍9 0 3 5 3 汽油2 0 0 4三元催化荆4i4 9 61 6 6 爱丽舍 1 2 36 6 4 汽油2 0 0 4三元催化剂415 2 61 6 7 捷达 1 1 07 8 2 汽油2 0 0 4 三元催化剂4 i5 5 01 6 8富康9 8 81 1 6 7 9 2 汽油2 0 0 2三元催化剂514 5 51 6 9 捷达 1 2 08 5 1 汽油2 0 0 4 三元催化剂4 14 9 0 1 6 1 0 现代伊兰特4 9 7 9 6 汽油2 0 0 5三元催化荆 7l2 6 51 6 选取的实验路线尽可能使快速道、主干道、次干道形成闭合的圈，这样有 利于节约实验时车辆在非实验路段的行驶时间。图2 - 6 为试验路线图。 实验路段的选取主要依据车道数、车流量、车辆平均车速等因素，使得所 武汉理工大学硕士学位论文 选的每个区的三条不同类型的道路尽可能得代表该区域的车辆分布。表2 2 为试 验路段信息。 表2 - 2 实验路段信息 2 1 7 实验数据收集 实验数据收集是整个排放因子实验的重要环节，主要包括：排放数据、发 动机状态数据、车辆行驶状态数据。表2 3 为主要的实验数据参数。 表2 3 主要实验数据参数 数据分类 参数名称 车辆行驶状态 车辆速度、加速度、高程、经度、纬度 排放数据h c 、c o 、n q 排放 发动机状态 进气温度，冷却液温度、发动机负荷、节气门开度、发动 机转速、a c 、燃油消耗率、进气压力等 车辆速度和经纬度数据通过和g p s 相连的笔记本电脑上的软件存储在数据 库文件中。发动机参数和排放数据存储在o e m 2 1 0 0 中，可导入电脑中。 每次实验都要统一将笔记本电脑和o e m 2 1 0 0 的时间，因为以后对数据的融 合是以时白j 为标准。 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 8 实验数据的预处理 实验数据的预处理主要包括：数据误差的处理、数据的融合。 由于实验仪器本身的误差和人为的误差，使得原始数据中存在误差。主要 包括：无效数据、空缺数据。无效数据是指不在数据有效数值范围内的数据， 空缺数据是指仪器给出空值的数据。对于空缺数据采用线性拟合填补，对于无 效数据直接删除。 由于g p s 系统使我们经过二次开发的系统，需要将该系统的输出数据( 速 度、高程、经纬度) 通过时间一致和o e m 2 1 0 0 的输出数据进行融合。加速度通 过对速度的处理得到。由于汽车的排放具有延时性，所以o e m 2 1 0 0 的输出数据 和g p s 系统输出的数据不同步，但是相差q t 曼d , ，再加上数据量大的特点，可以 忽略不同步造成的误差。图2 7 为数据预处理的过程。 !；j!jii；j!ii-i蛩sql s e v e 券 电 子 芝羹蓉尹卜心黔型， 表 ( 表格)r 判定一一j格 v l 电 有效子 表 数据合成 格 效： ， 广撕一 图2 7 数据预处理 经过数据预处理后，通过式( 2 - 2 ) ( 2 4 ) 可得到武汉市轻型机动车平均 排放因子：c o 为1 9 5 2 鲫( m ，h c 为0 1 8g k i n ，n q 为1 3 8e c k m 。 肘= m i ( 2 2 ) m 一：丝 ( 2 3 ) = 一 k z j ， n 豆：丝( 2 4 ) d 式中：珥一瞬时排放率，s ； 武汉理工大学顼士学位论文 时试验时间内的总摊放量，g m 试验时间内的平均丰| 放率，g s e 一平均捧放因子，咖i ； d 秒内的总行驶距离，k l n ； 一实验的时间，s 。 按照不同道路类型、运行工况可得到相应的捧放因子，如图2 - 8 、2 - 9 所示。 2 2 回归分析试验数据 捧放试验共有l o 辆有效车辆的捧放数据，其中每辆车的实验时问为0 7 ： 0 0 至2 0 ：0 0 。有效时问约为6 个小时。数据收录的间隔为1 秒钟。我们从实验 数据中进行挑选，文中使用的数据是其中一