汽车尾气排放量的计算方法

浙江交通职业技 术学院学报 ，第 1 0 卷第 3 期 ，2 0 0 9年 9月 J o u rna l o f Z 1 1 e j i a n g I n s ti t u t e o f C o m m u n i c a ti o n s V o 1 1 0 N o 3， S e p 2 0 0 9 汽车尾气排放量的计算方法 陈永林 ，曹晓春 ，吴柳柳 ，马林才2 ( I 浙江省道路运输管理局，杭州3 1 0 0 0 5 ；2 浙江交通职业技术学院，杭州3 1 1 1 1 2 ) 摘要：汽车排放 已成为我国大城市的主要污染源 ，若不采取措施 降低汽车污染物 的排放量，必将使城区大气环境质量恶化 ，更 多的城市将面临光化学烟雾等机动车 辆排放造成的威胁。浙江省各地 区在 2 0 0 9 2 0 2 0年间的汽车保有量将继续攀升， 随之而来的是 空气中更多的 C O、N O x 、H C及 P M的排放量。如不采取强硬措施 ， 将导致环境污染恶化局面无法得到有效的控制。 关键词 ：汽车尾 气排放量 ；城市污染；计算方法；控制措施 中图分类号 ：U 4 6 文献标识码 ：A d o i ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 1 2 3 4 x 2 0 0 9 0 3 0 0 6 文章编号 ：1 6 7 1 2 3 4 X ( 2 0 0 9 )o 3 0 0 2 0一 o 6 0 前言 汽车是能源消耗和污染物排放的主要来源 。根 据城市大气污染物来源的分类统计，在我国主要大 城市中，已有 8 0 左右的污染物来源于汽车废气。 其主要原因就是 由于城市汽车保有量急剧增加，导 致排放污染物总量的过快增加。据欧美发达 国家大 中城市的监测数据显示 ，汽车排放出的各类主要污 染物 ，如一氧化碳 ( c o ) 、二氧化碳 ( C 0 2 ) 、臭氧 ( o 3 ) 、碳氢化合物 ( H C ) 、醛类 ( C 一 l H 2 一 l C H O) 、 一 氧 化 氮( N O) 、二 氧 化 氮( N O 2 ) 、二 氧 化 硫 ( S 0 2 ) 、铜微粒和悬浮粒子的浓度 已将 占城市该种 污染的 4 o 一9 o 。如伦 敦 2 0 0 8年 的监测数据表 明，大气 中 7 8 的 H C来 自于机动车排放 ；O E C D ( 经济合作与发展组织)国家 2 0 0 7年大气中 9 2 的 C O、5 4 的 N O x 和 4 6 的 H C来 自于机动车排放。 另据美国 1 1 个城市 区域的调查 ，大气 中 6 8 以上 的 C O、9 2 以上 的 H C均是机动车排放。汽 车排 放也 已成为我国典型大城市的主要污染源。北京市 机动 车排放 污染 占空气 中 C O的 8 0 3 ，H C的 7 9 1 ，N O x的 5 4 8 ；上海市 C O为 7 2 8 ，H C 为 8 6 7 ，N O x为 4 0 9 ；广州市 C O为 8 6 8 ， H C为 9 7 4 ，N O x为 3 8 2 。我 国一些城市 浓 度超标 ，已出现或具有发生光化学烟雾污染的潜在 危险。若不采取措施降低机 动车污染物的排放量 ， 必将使城区大气环境质量恶化 ，更多的城市将面临 光化学烟雾等机动车辆排放造成的威胁。国内外在 检验排放法规实施效果 、预测排放趋势、改善空气 质量 、治理交通环境 、制定先进的城市规划、对环 境状况进行评估等方面，都必须对道路上行驶的汽 车排放污染物的影响程度进行评估，从而为政府制 订相应的排放控制对策和排放削减 目标 ，为建立起 适合各城市具体情况 的在用车辆检测与维护 (I M )体系提供可靠依据。其中一项重要工作就是计 算城市汽车在不同城市运行工况下的污染物排放总 量 ，测量不同类型机动车在典型城市运行工况下的 污染物排放因子 ，以及不同类型机动车的流量 。因 收稿 1 5 1 期 ：2 0 0 9 0 4 0 7 作者简介：陈永林 ( 1 9 5 6 一) ，男 ，浙江新昌人，高级工程师，Em a i l ：y o n g l i n m a i l h z z j c a 。 第 3期 陈永 林 ，曹晓舂 ，吴卿柳 ，马林 才 ：浙江古各地 区汽车尾 气排放量 的计算方法 此本文针对浙江省汽车排放量及其计算方法进行 了 初步的探讨 。 1 汽车排放因子的评价模型 排放因子反映了机动车的排放水平 ，是机动车 污染控制的重要依据 。机动车排放因子的确定方法 一 般包括台架测试 、实际工况测试 、隧道实验 、遥 感测量和模式计算等。台架测试可以确定一定工况 下的机动车排放 因子 ，但结果离散性较大并且难 以 快速反映条件变化时排放 因子 的变化情况 ；在考虑 了燃料特征 、排放控制水平 、行驶工况等实际因素 的影 响后 ，机 动 车 排 放 因子 可 以利 用 MO B I L E 、 C O P E R T等排放因子模型来估算 ，也可以通过 隧道 实验 、实 际工 况 测 试 和 遥 感 技 术 等方 法 实 际测 量 卜 。我 国目前 已有 的机动车排放因子研究主要 集中在台架测试、隧道实验的直接测量和应用美国 MO B I L E模型的模式计算上 。2 0 0 5年 ，我 国新一 轮 机动车排放标准国开始在全国部分城市执行 ( 相 当于欧 ) 。在这种情况 下 ，应用欧洲国家广泛使 用的 C O P E R T m模型 ，计算了我 国的机动车排放因 子也已显得十分必要 。 M O B I L E S 模式利 用经 验公式计 算各种 因素 对 不同类型车辆排放 的影 响，确定该车型 的排放 因 子，再根据各车型的登记分布和累积里程率最终计 算出车型的总体排放 因子。该模式将机动车分为八 类进行计算 ： ( 1 )轻型汽油机车辆 ( L D G VL i g h t D u t y G a s o 。 l i n e V e h i c l e s ) ； ( 2 )轻型汽油机卡车 ( L D G TI A ght D u t y G a s o l i n e T rac k s ) ； ( 3 )重 型 汽 油 机 车 辆( H D G VH e a v y D u t y G a s o l i n e V e h i c l e s ) ； ( 4 )轻型柴油机车辆 ( L D D VL i g h t Dut y D i e s e l V e h i c l e s ) ； ( 5 )轻型柴油机 卡车 ( L D D TL i g h t D u t y D i e s e l T r u c k s ) ； ( 6 )重 型 柴 油 机 车 辆( H D D VH e a vy Du t y D i e s e l V e h i c l e s ) ； ( 7 )摩托车 ( MCM o t o r c y c l e s ) 。 其中轻型汽油 机 卡车 ，M O B I L E S按其 总重 量 ( G V W，G r o s s V e h i c l e We i g h t )又分 为两类 ，L D G T I ( G V W 2 7 0 0 k g )和 I _ DG 2 ( 2 7 0 0 k g G V W 3 5 t 的货车； ( 4)公 共 汽 车 或 长 途 客 车( U r b a n B u s e s & C o a c h e s )乘员数在 8人以上的客车 ； ( 5 )摩托车 (T w o Wh e e l e r s )二冲程、四冲程 摩托车，机动脚踏两用车 。 我国至今尚无全国范围内的针对汽车排放的统 一 调查和测算方法。参考 国家环保总局发布的 城 市机动车污染排放测算方法 ( H J T 1 8 02 0 0 5 ) 。 机动车某种污染物年排放量模型如下 ： f =1 0 ( 1 ) L E Q = Q ，n=1 ，2 ，n 。 其中： 加 为第 类型车 ，W种污染物的年排 放量 ，单位：t ； E Q 为所有车型 W种 污染物年排放量 ，单位 ： t ， 、n分别为车型和车型总数 ； 为统计年份 类型车保有量 ，单位 ：辆 ； 为 类型车年平均行驶里程 ，单位 ：k m； 为 类型车 ，W种 污染物 的排 放因子，单 位 ：g k m。 2 研究方法 2 1 B P神经网络模型 B P网络具有高度非线性关 系 的映射能力 ，可 实现维欧氏空间 ( 输入层单 元数 )到维欧 氏空 间 2 2 浙江交通职业技 术学院学报 ( 输出层单元数)的任意映射。B P网络分输入层 、 隐含层和输 出层 ，隐含层又有一层 、两层等等 ，一 般不会超过两层。层与层间采用全连接方式 ，同层 单元之间不存在相互连接 。B P网络每一层权值可 通过学习来调节，其基本处理单元 ( 除输入层外) 为非线性输人 一输出关系。网络的结构主要包括网 络的层数、每层的神经元数、权重和阈值。由于输 入和输出神经元数是已知的，所 以需要确定的是隐 含层的层数和神经元数 。目前 ，这些只能通过试差 法确定 的 。 2 2 平滑指数模型预测 平滑指数模型是时间序列预测法中的一种基本 预测模型。在这种模型中，平滑指数 a的取值是非 常关键的。因为 a的选取适 当与否 ，直接影响着预 测效果。一般数据接近稳定时 ，取 a =0 0 5 0 2 0 ； 数据序列波动不大 ，长期趋势变动缓慢时，取 a = 0 3 0 5 ；数据序列波 动较 大 ，长期 趋势 变动快 捷 、明显 ，取 a =0 6 0 9 。 2 3 A R I MA模型预测 一 个时间序列都可 以分解成三个部分的叠加 ， 分别是趋 势部分、季节部 分 和随机部分。A R I M A 模型处理 的时间序列是平稳 的随机序列。 2 4 弹性系数法 弹性系数法是弹性概念引用到经济学之后 的一 种实际运用。当经济变量之间存在 函数关系时，弹 性被用来表示因变量的经济变量的相对变化对于作 为 自变量的经济变量的相对变化的反应程度。在微 观经济学中，弹性理论主要是研究需求量和供给量 的相对变动对影响需求 和供给的因素相对变动 的反 应程度。 2 5 组合预测 如前分析，B P神经网络模 型、三次平滑指数 模型 、A R I M A模 型和弹性 系数法 的计 算工作 量不 同 、预测效果也不完全一致 ，在各个 时期内的预测 效果各有优势。为避免单一预测模型带来的预测误 差 ，可采取不同权重 ，将多种模型进行组合 ，从而 形成组合预测模型 ，组合预测模型的预测结果 比单 一 模型要优越。 3 浙江省汽车保有量、和各地区保有 量及车型分布情况预测 为计算浙江省各地区汽车尾气排放量，必须预测 出汽车保有量，汽车车型分布， 汽车年行驶里程等。 3 1 基于弹性 系数法的浙江省汽车保有量发展趋 势预测 弹性系数法是弹性概念引用到经济学之后 的一 种实 际运 用。先 用 神经 网络、三 次平 滑 指 数 和 A R I MA等三 种方法预 测 2 0 0 92 0 2 0年 间 G D P趋 势。然后用弹性系数法预测汽车保有量 ，见表 1 。 表 1 基于三种算法模型的组合预测模型预测 2 0 0 9 2 0 2 0年间浙江省 G D P( 单位：亿元) 方法 B P 神经网 络 三 次平滑指数 A R I M A ( 4 ， 2 ， 3 ) 组合预测模型 ( 权重各为1 3 ) 年 模型 模型 模型 G D P G D P增长率， 2 0 o 9 2 4 5 9 4 o 6 2 2 3 5 8 5 6 8 2 2 9 7 4 5 8 9 4 0 2 0 l O 2 6 7 3 8 8 3 2 2 9 9 4 2 6 2 0 5 7 4 2 5 3 1 2 8 6 1 0 1 8 2 0 l 1 2 & 8 1 4 2 5 3 6 8 2 8 8 4 8 7 3 2 7 6 2 4 9 6 9 1 3 2 0 1 2 3 O 6 I5 8 3 1 2 7 8 6 5 3 1 5 0 1 6 1 3 0 o l 1 6 4 8 64 2 0 l 3 3 2 5 o 8 5 7 3 3 4 2 4 6 4 9 3 2 4 1 4 0 2 8 0 o 2 0 1 4 3 3 9 4 8 1 5 3 3 2 3 3 3 7 1 02 1 7 3 4 7 6 1 1 1 7 2 4 2 0 1 5 3 5 o 1 3 8 4 3 6 1 0 2 绷5 2 4 3 7 O 5 o 3 6 6 5 9 2 0 1 6 3 5 8 6 2 9 9 3 9 ) 5 伽1 7 0 3 9 3 2 6 5 6 6 1 4 2 O 1 7 3 6 6 4 2 6 7 4 2 2 1 2 删5 9 5 4 1 6 4 3 5 4 5 8 9 2 0 1 8 3 7 2 8 1 9 6 4 5 4 5 3 4 9 l 7 1 3 4 3 9 8 4 0 3 5 6 2 2 0 1 9 3 7 7 2 4 5 6 铝8 1 8 5 2 4 4 2 6 8 4 6 3 2 8 4 1 5 3 3 2 0 2 O 3 8 o 3 4 61 5 2 3 0 7 55 7 4o 0 4 4 8 6 9 3 8 8 5 1 1 其次是计算 2 0 0 32 0 0 8年间的浙江省 G D P增 长率与汽车保有量的弹性系数 ，见表 2 。 第 3 期 陈永林 ，曹晓舂 ，吴柳柳 ，马林才 ：浙江省各地 区汽车 尾气 排放量的计算方法 2 3 表 2 2 0 0 3 2 0 0 8年间的浙江省 G D P增长率与汽车保有量 的弹 性系数 年份 2 O O 3 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 o 6 2 O 0 r 7 2 ( ) o 8 皿 G D P增长率 ， 2 o 5 1 1 9 6 7 1 8 8 7 1 7 0 9 1 9 1 0 1 2 6 7 均 汽车保有量增长率 ， 2 5 9 7 2 1 2 8 2 4 2 3 2 2 2 4 2 1 6 1 0 3 2 值 弹性 系数 ，E 1 2 7 1 O 8 1 2 8 1 3 0 1 1 3 0 8 4 1 1 5 最后 ，取 2 0 0 32 0 0 8年 间的平 均 弹性 系数 1 1 5 ，再按 2 0 0 8 年浙江省汽车保有量为 3 3 5 6万辆 计算 ，得到 2 0 0 9 2 0 2 0年间的浙江省汽 车保有量 ， 见表 3 。 3 2 基于比例法的浙江省汽车保有量发展趋势预 测 浙江省 占全国汽车保有量的比例 ，近年来相对 稳定 ，2 0 0 32 0 0 8年全 国平 均 占有 率 为 6 2 8 。 因此先预测全国保有量 的发展趋势 ，再利用近几年 的平均 比例 ，推算 出 2 0 0 92 0 2 o年问 的浙 江省汽 车保有量 。比例法 的结果见表 3 。 3 3 基于组合预测法的浙江省汽车保 有量发展趋 势预测 将上述两种方 法进行组合 ，各取 0 5的权重 ， 以减少误差，结果见表 3 。 表 3 组合预测法预测 2 0 0 9 2 0 2 0 年间浙江省汽车保有量 ( 单位：万辆) 3 4 浙江省各地区汽车保有量预测 1 9 9 9 2 0 0 7年间各地 区占有浙江省汽车总保有 量的比例 ，见表 4 。 在浙江省汽车保有量总体发展形式下 ，可按照 上述 比例外推计算 ，得到在 2 0 0 92 0 2 0年 间，浙 江省各地区的汽车保有量发展趋势 ，见表 5 。 表 4 1 9 9 9 2 0 0 7年 间浙江省各地 区的保有量 占全省 比例 表 5 2 0 0 9 2 020 年 间浙江省各地 区的保有量预 测 ( 单位 ：万辆 ) 2 4 浙江交通 职业技术学 院学报 3 5 2 0 0 9 2 0 2 0年间浙江省各地区汽车车型分布 预测 2 0 O 4 2 0 O 6年浙江省民用车辆车型分布，见表 6 。 结合表 5 、表 6 ，得 到 2 0 0 92 0 2 0年问各地 区 汽车车型分布情况 ，具体数据省略。 表 6 2 0 0 4 2 0 0 6 年浙江省 民用车辆车型分布 载客汽车，7 2 载货汽车，2 8 汽车总量 微型 小型 中型 大型 微型 轻型 中型 重型 1 0 o 7 0 5 7 4 6 3 5 3 1 7 2 2 9 3 l 7 9 2 5 2 5 1 46 4 浙江省各地 区 2 0 0 9年汽车排放量 计 算 4 1 浙江省 2 0 0 9年各种类型汽车污染物排放 因子 的确 定 根据调查 ，微型、小型和中型载客以及微型载 货汽车以汽油车为主，大型载客 、轻型 、中型和重 型载货汽 车 以柴油 车 为 主。参 考 国 内外研 究 成 果l 1 J ，选取值如表 7 。 4 2 以杭州地区为例 ，计算汽车排放量过程 按公式 ( 1 )计算汽车排放量 ，结果见表 8 。 4 3 浙江省各地区 2 0 0 9年汽车排放量 根据 以上计算方法 ，将各地区汽车保有量、各 车型分布，年平均行驶里程，排放因子， 最后计算 得到汽车总排放量如表 9 。 由于表 4中已经将全省各地区 2 0 0 97 0 2 0年 间汽车保有量预测出，用相同的办法可以将各地区 其他年份的汽车排放量计算出。 表 7 浙江省 2 0 0 9 年各种类型汽车污染物排放因子 载客汽车 载货汽车 排放物计算 微型 小型 中型 大型 微 型 轻型 中型 重型 各项污染物 C O 1 5 5 1 7 3 1 8 8 l 7 5 1 8 1 1 0 4 2 1 2 7 N O x O 5 1 2 1 7 3 1 1 8 1 5 1 9 7 2 排放因子 ， HC 1 9 2 2 2 5 1 5 2 7 0 2 1 1 1 9 g k m P M 0 5 0 2 O 6 0 9 表 8 2 0 0 9年杭州地区汽车排放总量计算 载客汽车 载货汽车 总排放量 排放物计算 微型 小型 中型 大型 微型 轻型 中型 重型 万吨 各车型保有量 万辆 6 8 1 5 5 9 1 3 4 4 1 6 7 2 8 5 1 7 4 4 5 1 1 1 4 2 年平均行驶里程 万 k m 3 0 3 5 4 0 5 0 3 0 3 5 4 0 5 0 C O 3 1 7 3 3 8 5 2 5 9 1 4 6 1 5 5 0 6 1 0 8 6 O 9 0 4 4 9 9 各项污染物 N C I 【 0 1 0 2 3 5 0 2 3 0 2 6 0 1 5 0 9 2 0 3 9 0 5 1 4 9 1 排放量 ，万吨 H C O 3 9 4 3 1 0 3 4 0 1 3 0 2 3 O 1 2 O 2 2 O 1 3 5 8 8 P M 0 0 4 O 1 2 0 1 2 0 0 6 0 3 5 表 9 2 0 0 9 年浙江省各地区的汽车排放量 ( 万吨) 第 3 期 陈永林，曹晓春 ，吴柳柳，马林才：浙江省各地区汽车尾气排放量的计算方法 2 5 5 结 语 ( 1 )汽车排放也已成为我国大城市的主要污染 源，若不采取措施降低汽车污染物的排放量，必将 使城区大气环境质量恶化 ，更多的城市将面临光化 学烟雾等机动车辆排放造成的威胁 。 参考文献 ： ( 2 )政府制订相应 的排放控制对策和排放削减 目标 ，必须先计算 出城市汽车在不 同城市运行工况 下 的污染物排放总量 。 ( 3 )2 0 0 9 2 0 2 0年问的浙江省汽车保有量将继 续攀升 ，如不 采取强 硬措 施 ，将 导致 省 内空气 中 C O、N O x 、H C及 P M 的排 放量无 法得 到有效 的控 制 。 1 谢绍东，宋翔宇，等应用 C O P E R T m模型计算中国机动车排放因子 J 环境科学，2 0 0 6 ，2 7( 3 ) ：4 1 5 4 1 9 2 毕晔，葛蕴珊，等 基于 M O B I L E 2的北京市出租车排放污染物分析 J 安全与环境学报 ，2 0 0 7 ，7( 2 ) ：6 1 6 4 3 余艳春 ，虞明远我国公路营运汽车污染物排放量总量及预测 J 公路交通科技，2 0 0 8 ，2 5( 6 ) ：1 5 4 1 5 8 4 涂先库 ，李传志，李发宗宁波市区道路机动车综合排放因子 J 环境科学研究，2 0 0 8 ，2 1( 2 ) ：9 5 9 8 5 訾琨，黄永青 ，涂先库，等城市机动车污染物排放总量调查 J 汽车工程，2 O O 6 ，2 8( 8 ) ：7 0 7 7 1 0 6 苏小芳 ，范炳全，黄远东，等城市次干道路段机动车污染物排放因子的测定 J 上海理工大学学报 ，2 0 0 4 ，2 6( 4 ) ： 3 1 83 2 2 7 刘希玲，丁焰我国城市汽车行驶工况调查研究 J 环境科学研究，2 0 0 0 ，1 3( 1 ) ：2 3 2 7 8 毕哗，葛蕴珊，韩秀坤 基于 M O B H 3 5 2的北京市出租车排放污染物分析 J 安全与环境学报 ，2 O O 7 ，7( 2 ) ：6 1 64 S t ud y o n t h e Co m p ut a t i o n a l M e t h o d a b o u t t h e Ex ha u s t Vo l u m e f r o m Au t o m o b i l e s CHE N Yo n gl i n ， CAO Xi a oc h u n ， WU L i ul i u ， MA L i ne a i 2 ( 1 R o a d T r a n s p o r fi o n A d m i n i s t r a ti o n lB 1 l l a U o f Z h e j i a n g P r o v i n c i a l C o m m ,mi c a fi o n s D e p a r t m e n t ，H a n g Z h o u 3 1 0 0 0 5 ，C h i n a ； 2 Z h e j i a n g I n s t i tu t e o f C o m m u n i c a t i o n s ，H a n g z h o u 3 1 1 1 1 2 ，C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e a u t o mo b i l e e mi s s i o n h a s b o me t he p rima r y p o l l u t i o n s o u r