东南大学-基于碳足迹测度模型的TransCAD二次开发-项目论文

1、基于碳足迹测度模型的TransCAD二次开发陶涛， 黄家骏，蒋聪之，陈智指导教师：过秀成，李铁柱，朱彦东（东南大学 交通学院 江苏 南京）作品内容容简介随着世界界各国对对环境问问题的日日益重视视，其中全全球变暖暖和大气气污染问问题更为为收到人人们的关关注，相相关研究究也变得得十分重重要。本本文通过过对交通通运输过过程中产产生的二二氧化碳碳及空气气污染物物排放过过程进行行研究，整合了了国内外外已有的的排放理理论，构构建出合合理的排排放量计计算模型型，同时时结合TTrannsCAAD的GGISDDK二次次开发平平台，设设计二氧氧化碳排排放与空空气污染染物排放放量计算算与评估估功能，对交通通规划方方

2、案或者者现有的的城市道道路方案案进行二二氧化碳碳排放及及空气污污染物的的计算，对所得得数据进进行分析析，评估估方案的的二氧化化碳排放放及空气气污染物物对环境境影响的的大小，使规划划方案更更好地反反映城市市“低碳”和“环保”发展的的诉求。最后，将所开开发的软软件用于于南京市市江心洲洲城市交交通规划划方案，对三个个备选规规划方案案进行评评价，筛筛选出更更为符合合低碳生生态要求求的规划划方案，实现环环保理念念。关键词：碳足迹迹；空气气污染物物；TrranssCADD软件；二次开开发研究背景景据奥斯陆陆气候和和环境国国际研究究中心的的研究报报告称，汽车、轮船、飞机和和火车等等交通工工具所使使用燃料料释

3、放的的温室气气体是目目前造成成全球变变暖的主主要原因因之一。报告指指出，过过去100年全球球二氧化化碳排放放总量增增加了113%，而源自自交通工工具的碳碳排放增增长率却却达255%。欧欧盟大部部分工业业领域都都做到了了成功减减排，但但交通工工具碳排排放却在在过去110年增增长了221%。碳排放放在实质质上和污污染物存存在着关关系，碳碳排放的的增加很很大程度度上将导导致污染染物的增增加。目目前交通通产生的的污染在在很多国国家尤其其是发达达国家已已经成为为一个重重大环境境问题。即使在在环境优优美的欧欧洲，交交通污染染也是相相当严重重的。全全欧洲由由道路交交通产生生的COO、NOOx分别别占COO、

4、NOOx总排排放量的的80%及600%左右右，其中中，在伦伦敦市，路面机机动车产产生的NNOx占占总排放放量的774%，烟尘(主要是是CO)占944%。可可以说现现行的交交通工具具对区域域性的大大气污染染的“贡献”已经占占到第一一位，总总体而言言已经超超过了工工业污染染。现有的路路网规划划方案内内容仅仅仅涉及道道路的走走向、布布局、设设计车速速、交通通量等方方面，并并没有考考虑到碳碳排放要要求。如如果考虑虑碳排放放量，将将会带来来以下好好处：（1）发发现很多多道路设设计不合合理之处处，使规规划方案案更具有有合理性性。通过过比较不不同的设设计方案案的碳排排放量，可以评评价道路路网的可可达性。往往

5、因因为道路路间没有有很好的的衔接，而产生生了多余余的二氧氧化碳。（2）从从环保角角度合理理配置各各种交通通方式，使规划划方案更更具有效效率性。对各交交通方式式进行统统一的管管理，保保证道路路的畅通通，也是是降低碳碳排放量量的途径径之一。同时，确保各各交通方方式的衔衔接，引引导人们们使用低低碳、清清洁的交交通工具具。（3）鼓鼓励规划划工作者者考虑新新型环保保节能交交通方式式，使规规划方案案更具前前瞻性。例如可可以通过过加大轨轨道交通通的建设设力度，保障公公交优先先政策的的实施，以减少少小汽车车的使用用率。因此，本本文通过过对交通通运输过过程中产产生的二二氧化碳碳及空气气污染物物排放过过程进行行研

6、究，构建出出合理的的排放量量计算模模型，同同时结合合TraansCCAD的的GISSDK二二次开发发平台，设计二二氧化碳碳排放与与空气污污染物排排放量计计算与评评估功能能，对交交通规划划方案进进行二氧氧化碳排排放及空空气污染染物的计计算，对对所得数数据进行行分析，评估方方案的二二氧化碳碳排放及及空气污污染物对对环境影影响的大大小。研究流程程3. 理理论基础础碳足迹测测度模型型就是对对碳排放放量进行行计算的的模型，对于二二氧化碳碳排放模模型，我我们主要要基于车车辆燃料料消耗进进行建模模，对于于一氧化化碳、碳碳氢化合合物和氮氮氧化物物等空气气污染物物排放模模型，我我们主要要基于车车辆排放放因子进进

7、行建模模。3.1基基于车辆辆燃料消消耗的二二氧化碳碳排放模模型城市交通通领域的的二氧化化碳排放放来自于于车辆燃燃料消耗耗，我们们基于碳碳守恒原原理，对对于二氧氧化碳的的排放进进行计算算，假定定车辆消消耗燃料料产生的的碳全部部通过二二氧化碳碳的形式式排放到到外界。3.1.1 基本计计算公式式车辆在行行驶过程程中的二二氧化碳碳排放量量为M=vSDRM(CO2)M(C) （3-1）其中，M车车辆行驶驶过程中中因燃料料消耗所所产生的的二氧化化碳排放放量，单单位是kkg；v车车辆每公公里消耗耗燃料的的平均体体积，单单位是m3/km，S车车辆行驶驶的距离离，单位位是kmm，D车车辆所消消耗的燃燃料的密密度

8、，单单位是kg/m3，R燃燃料的含含碳质量量比，单单位是11。M(COO2)CO2的相对对分子质质量，数数值为444。M(C)C的相相对原子子质量，数值为为12。3.1.2 变量讨讨论由上述讨讨论得到到的公式式M=vSDRM(CO2)M(C) （3-1）我们需要要知道四四个数据据才能计计算出车车辆在行行驶过程程中的二二氧化碳碳排放量量，然而而对于这这四个变变量，在在不同情情况下需需要作出出相应的的变化以以计算出出更加精精确的二二氧化碳碳排放量量，因此此我们对对于公式式中的各各个变量量进行了了深入的的讨论研研究，详详情请见见项目研研究报告告。3.2 基于于评价因因子的空空气污染染物排放放模型机动

9、车排排放污染染物的方方式有三三种：排气（尾气）、曲轴箱箱窜气、燃油蒸蒸发。排排气尾气气成分有有CO、HC、NOxx、SOO2、微粒粒（铅化化物、碳碳烟）、臭气；曲轴箱箱窜气主主要成分分HC（约占225%）；燃油油蒸发HHC（约约占200%）。表列出出了机动动车排放放污染物物三种方方式排放放量对比比，从中中可以看看出，机机动车排排放污染染物主要要以排气气管排放放的废气气为主。表2-7汽油车污染物排放排放污染物的部件相对排放量（占该污染物总排放量的百分数）/%COHCNOx排气管989955659899曲轴箱122512油箱、化油器010200同时，也可以以看出CCO、HHC和NNOx占占了排放放

10、物的绝绝大多数数。同时时我国也也将这三三者列为为车辆主主要空气气污染排排放物。因此，本文研研究选择择CO、HC和和NOxx作为城城市交通通机动车车排放污污染物的的评价因因子，应应用于城城市交通通规划。3.2.1 基本计计算公式式交通污污染物排排放量计计算公式式为QLip=mlij=1kVijEijp=Vimlij=1kbijEijp （3-2）式中，QLip路段段i机动动车p类类污染物物排放量量，g/h；mli路段段i里程程（kmm）；Eijp路段段i运行行工况下下j型车车p类污污染物排排放因子子，g/（veehkm）。在交通规规划软件件分析过过程中，通过交交通分配配以后可可以确定定交通网网路

11、中各各路段的的运行状状态，排排放因子子可以通通过拟合合公式计计算得到到。3.2.2 南京市市机动车车污染物物排放因因子通过MOOBILLE软件件可以得得到污染染物排放放因子，事实上上，机动动车污染染物排放放因子不不是一成成不变的的，对在在用车来来说，不不同程度度治理的的车辆之之间有着着很大的的差异。排放因因子对不不同的地地区、不不同的城城市的具具体情况况可以取取不同的的值，特特别是公公路和城城市道路路的排放放因子的的差异比比较大。在世界界一些国国家，由由于缺少少足够的的有效数数据，常常常使用用MOBBILEE模式计计算排放放因子。但是MMOBIILE是是基于美美国道路路情况所所确定的的模型，应

12、用到到我国还还需要经经过参数数的调整整，这里里我们不不作详细细的介绍绍了，具具体的可可以参考考城市市交通系系统能源源消耗与与环境影影响分析析方法（王炜炜、项乔乔君、常常玉林、李铁柱柱、李修修刚编著著）的内内容。4. 基基于TrranssCADD的GIISDKK平台的的软件二二次开发发本程序采采用GIISDKK（地理理信息开开发工具具）下的的Callipeer SScriipt编编程语言言编写，主要是是为了实实现对二二氧化碳碳和空气气污染物物排放量量的计算算。为了了保证程程序使用用的稳定定性和便便捷性，我们设设计的程程序一级级结构图图如下：图4-11 一级级结构图图（1）数数据层针对程序序中所需

13、需的空气气污染物物排放因因子数据据文件和和速度-油耗关关系数据据文件进进行读取取、存储储和修改改。（2）操操作层为程序序的主体体部分。利用CCaliiperr Sccrippt语言言，实现现如下功功能：aa、获取取数据层层里数据据，并进进行查看看、修改改；b、相关参参数的录录入；cc、对二二氧化碳碳和空气气污染物物排放量量计算；d、对对计算结结果进行行智能分分级显示示等。为为了使用用户操作作方便，程序将将从已获获资源（处理对对象）中中提取可可能信息息，并使使用下拉拉菜单供供用户选选择。（3）表表现层TraansCCAD中中的GIISDKK对于程程序外观观、布局局的编写写具有比比较大的的局限性性

14、。虽然然它所提提供的对对话框项项目有115种，但程序序中所有有的框架架、项目目均要输输入确切切的位置置参数，大小参参数，且且无法对对于其背背景、外外形、字字体进行行修改。为了增增强用户户体验，我们采采取选项项卡列表表形式的的程序主主框架，配合按按钮（PPushh buuttoons）、复选选框（CChecckbooxess）、滚滚动列表表（Sccrolll llistts）、文本项项（Teext iteems）、下方方弹出菜菜单（PPopddownn meenuss）、编辑辑项（EEditt ittemss）等对对话框项项目的布布局，使使程序整整体简约约而直观观。选项项卡列表表分为33个：基基

15、础设置置、污染染物排放放、二氧氧化碳排排放，以以区分计计算对象象（见图图4-22）。从数数据层所所读取的的数据，可选择择性展示示在滚动动列表中中，双击击列表中中的一行行，可弹弹出对该该行部分分数据的的修改。图4-22 主体体框架图图除此之外外，我们们在数据据计算结结果的显显示上，也下了了功夫：采用渐渐进色配配合线条条粗细的的形式，体现结结果数值值的递增增。5. 实实例分析析在软件开开发完毕毕后，我我们进一一步将软软件应用用于实例例，主要要是对南南京市江江心洲城城市交通通规划设设计方案案进行二二氧化碳碳和空气气污染物物排放的的计算，并比较较三种规规划方案案之间在在交通排排放领域域的差异异，并给给

16、出规划划方案调调整建议议。针对对三种不不同的规规划方案案，我们们采用所所开发的的模块对对其未来来的二氧氧化碳和和空气污污染物排排放情况况进行计计算，得得出二氧氧化碳和和各项空空气污染染物的排排放量和和直观的的显示图图，以此此为基础础对三种种方案进进行横向向的对比比评价，根据评评估结果果选择比比较环保保可行的的交通规规划方案案，具体体的实例例分析过过程和结结果请见见项目研研究报告告。6. 创创新特色色（1）基基于TrranssCADD的GIISDKK平台的的二次开开发功能的的实现完完全基于于TraansCCAD的的GISSDK平平台，通通过结合合TraansCCAD强强大的宏宏观规划划能力和和G

17、ISS功能，使软件件能应用用于交通通现状评评估和交交通规划划中，提提高了软软件的普普及性。（2）软软件的集集成性所开发发的软件件模块集集成了排排放量计计算、数数据分析析和数据据展示等等功能，不仅不不需要借借助其他他软件，而且减减少了用用户的操操作，增增加了计计算和操操作的便便捷性，也使对对于不同同交通规规划方案案的环境境评估变变得更加加可靠、直观。（3）理理论的整整合和升升华由于当当前在道道路网规规划中，尚未将将低碳的的理念应应用其中中。因此此我们整整合了其其他学者者对于二二氧化碳碳和空气气污染物物排放模模型研究究成果，结合规规划的特特点，提提出了合合适的模模型。（4）对对于南京京市江心心洲城

18、市市交通规规划方案案的应用用将软件件应用于于南京市市江心洲洲规划方方案，对对三个备备选规划划方案进进行评价价，筛选选出更为为符合低低碳生态态要求的的规划方方案，实实现环保保理念。7. 研研究结论论（1）本本文对于于国内外外二氧化化碳和空空气污染染物排放放方面的的模型进进行了比比较系统统的研究究，结合合国内外外相关研研究经验验，对现现有的模模型进行行筛选、整合，形成了了一套比比较完善善、系统统的排放放模型。（2）在在理论研研究的基基础上，基于TTrannsCAAD的GGISDDK平台台进行了了软件的的二次开开发，设设计了具具有二氧氧化碳和和空气污污染物排排放量计计算和评评价的功功能模块块，同时时

19、对该模模块增加加一些方方便数据据处理和和数据展展示的功功能。（3）对对南京市市江心洲洲城市交交通规划划方案进进行了实实例应用用，针对对所提供供的三种种不同的的方案，分别采采用研究究开发的的计算模模块进行行了二氧氧化碳和和空气污污染物排排放量的的计算，并对于于计算结结果进行行了横向向的评估估，最后后，对于于三种规规划方案案进行了了评价。参考文献献 Huuangg Y，Birrd RR，Belll MMA commparratiive stuudy of thee emmisssionns bby rroadd maainttenaancee woorkss annd tthe dissruppt

20、edd trrafffic usiing liffe ccyclle aasseessmmentt annd mmicrro-ssimuulattionn JJTraanspporttatiion Ressearrch Parrt DD，20009，14：1977-20042 王建建昕，傅傅立新，黎纬彬彬编著汽车排排气污染染治理及及催化转转化器M 北京京：化学学工业出出版社，2000055.2-21，76-93.3 北京市市汽车研研究所，清华大大学环境境工程系系，广州州市环境境监测中中心站，中国环环境科学学研究院院中国国典型城城市机动动车排放放污染现现状评估估.研究究报告19997112：22

21、4 邓顺顺熙，陈陈洁李，白川中国城城市道路路机动车车CO、HC和和NOxx排放因因子的测测定JJ中中国环境境科学，20000，220(11)：882-8855 周泽泽兴，袁袁盈，刘刘希玲等等北京京市汽车车行驶工工况和污污染物排排放系数数调查研研究JJ环环境科学学学报，20000，220(1)：48-536 傅立立新MMOBIILE汽汽车源排排放因子子计算模模式研究究J环境境科学学学报，119977，177(4)：4774-44797 Zhaang L，HHuanng ZZ LLifee cyyclee sttudyy off cooal-bassed dimmethhyl ethher as

22、vehhiclle ffuell foor uurbaan bbus in ChiinaJ Ennerggy，220066，322：18896-19004.8 李骞骞，张天天柱北北京市道道路交通通活动对对环境的的压力分分析JJ 生态态经济，20004，220：335-441；Li QQ，Zhaang T ZZThee envviroonmeentaal preessuure of roaad traanspporttatiion in Beiijinng JEcoologgicaal EEconnomyy，20004，20：35-41(in Chiinesse).9 叶祖祖达碳碳排放量量评估方方法在低低碳城市市规划之之应用J现代城城市研究究，20009：20-270 胡胡莹菲，王润，余运俊俊厦门门城市交交通系统统碳足迹迹评估研研究JJ上上海环境境科学，20110，229(33)：998-11001 陈陈飞，诸诸大，建