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（东南大学学 交交通学院院 江江苏 南京）作品内容简简介随着世界各各国对环环境问题题的日益益重视，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，整整合了国国内外已已有的排排放理论论，构建建出合理理的排放放量计算算模型，同同时结合合TraansCCAD的的GISSDK二二次开发发平台，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，对对交通规

2、规划方案案或者现现有的城城市道路路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，评评估方案案的二氧氧化碳排排放及空空气污染染物对环环境影响响的大小小，使规规划方案案更好地地反映城城市“低碳”和“环保”发展的的诉求。最最后，将将所开发发的软件件用于南南京市江江心洲城城市交通通规划方方案，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。关键词：碳碳足迹；空气污污染物；TraansCCAD软软件；二二次开发发研究背景据奥斯陆气气候和环环境国际际研究中中心的研研究报告告称，汽汽车、轮轮船、飞飞机和火火车等交交通工

3、具具所使用用燃料释释放的温温室气体体是目前前造成全全球变暖暖的主要要原因之之一。报报告指出出，过去去10年年全球二二氧化碳碳排放总总量增加加了133%，而而源自交交通工具具的碳排排放增长长率却达达25%。欧盟盟大部分分工业领领域都做做到了成成功减排排，但交交通工具具碳排放放却在过过去100年增长长了211%。碳碳排放在在实质上上和污染染物存在在着关系系，碳排排放的增增加很大大程度上上将导致致污染物物的增加加。目前前交通产产生的污污染在很很多国家家尤其是是发达国国家已经经成为一一个重大大环境问问题。即即使在环环境优美美的欧洲洲，交通通污染也也是相当当严重的的。全欧欧洲由道道路交通通产生的的CO、

4、NNOx分分别占CCO、NNOx总总排放量量的800%及660%左左右，其其中，在在伦敦市市，路面面机动车车产生的的NOxx占总排排放量的的74%，烟尘尘(主要要是COO)占994%。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。现有的路网网规划方方案内容容仅仅涉涉及道路路的走向向、布局局、设计计车速、交交通量等等方面，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）发现现很多道道路设计计不合理理之处，使使规划方方案更具具有合理理性。通通过比较较不同的的设计方方案的碳碳排放量量，可以

5、以评价道道路网的的可达性性。往往往因为道道路间没没有很好好的衔接接，而产产生了多多余的二二氧化碳碳。（2）从环环保角度度合理配配置各种种交通方方式，使使规划方方案更具具有效率率性。对对各交通通方式进进行统一一的管理理，保证证道路的的畅通，也也是降低低碳排放放量的途途径之一一。同时时，确保保各交通通方式的的衔接，引引导人们们使用低低碳、清清洁的交交通工具具。（3）鼓励励规划工工作者考考虑新型型环保节节能交通通方式，使使规划方方案更具具前瞻性性。例如如可以通通过加大大轨道交交通的建建设力度度，保障障公交优优先政策策的实施施，以减减少小汽汽车的使使用率。因此，本文文通过对对交通运运输过程程中产生生的

6、二氧氧化碳及及空气污污染物排排放过程程进行研研究，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，对对交通规规划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，对对所得数数据进行行分析，评评估方案案的二氧氧化碳排排放及空空气污染染物对环环境影响响的大小小。研究流程3. 理论论基础碳足迹测度度模型就就是对碳碳排放量量进行计计算的模模型，对对于二氧氧化碳排排放模型型，我们们主要基基于车辆辆燃料消消耗进行行建模，对对于一氧氧化碳、碳碳氢化合合物和氮氮氧化物物等空气气污染物物排

7、放模模型，我我们主要要基于车车辆排放放因子进进行建模模。3.1基于于车辆燃燃料消耗耗的二氧氧化碳排排放模型型城市交通领领域的二二氧化碳碳排放来来自于车车辆燃料料消耗，我我们基于于碳守恒恒原理，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。3.1.11 基基本计算算公式车辆在行驶驶过程中中的二氧氧化碳排排放量为为M=vSDRM(CO2)M(C) （其中，M车辆辆行驶过过程中因因燃料消消耗所产产生的二二氧化碳碳排放量量，单位位是kgg；v车辆辆每公里里消耗燃燃料的平平均体积积，单位位是m3/kS车辆辆行驶的的距离，单单位是kkm，

8、D车辆辆所消耗耗的燃料料的密度度，单位位是kg/mR燃料料的含碳碳质量比比，单位位是1。M(CO22)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，数数值为112。3.1.22 变变量讨论论由上述讨论论得到的的公式M=vSDRM(CO2)M(C) （我们需要知知道四个个数据才才能计算算出车辆辆在行驶驶过程中中的二氧氧化碳排排放量，然然而对于于这四个个变量，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 基于评评价因子子的空气气污

9、染物物排放模模型机动车排放放污染物物的方式式有三种种：排气（尾气）、曲轴轴箱窜气气、燃油蒸蒸发。排排气尾气气成分有有CO、HHC、NNOx、SSO2、微粒粒（铅化化物、碳碳烟）、臭臭气；曲曲轴箱窜窜气主要要成分HHC（约约占255%）；燃油蒸蒸发HCC（约占占20%）。表表列出了了机动车车排放污污染物三三种方式式排放量量对比，从从中可以以看出，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，也也可以看看出CO

10、O、HCC和NOOx占了了排放物物的绝大大多数。同同时我国国也将这这三者列列为车辆辆主要空空气污染染排放物物。因此此，本文文研究选选择COO、HCC和NOOx作为为城市交交通机动动车排放放污染物物的评价价因子，应应用于城城市交通通规划。3.2.11 基基本计算算公式交通污染染物排放放量计算算公式为为QLip=mlij=1kV式中，QLip路段ii机动车车p类污污染物排排放量，gg/hmli路段ii里程（kkm）Eijp路段ii运行工工况下jj型车pp类污染染物排放放因子，gg/（vveh在交通规划划软件分分析过程程中，通通过交通通分配以以后可以以确定交交通网路路中各路路段的运运行状态态，排放放

11、因子可可以通过过拟合公公式计算算得到。3.2.22 南南京市机机动车污污染物排排放因子子通过MOBBILEE软件可可以得到到污染物物排放因因子，事事实上，机机动车污污染物排排放因子子不是一一成不变变的，对对在用车车来说，不不同程度度治理的的车辆之之间有着着很大的的差异。排排放因子子对不同同的地区区、不同同的城市市的具体体情况可可以取不不同的值值，特别别是公路路和城市市道路的的排放因因子的差差异比较较大。在在世界一一些国家家，由于于缺少足足够的有有效数据据，常常常使用MMOBIILE模模式计算算排放因因子。但但是MOOBILLE是基基于美国国道路情情况所确确定的模模型，应应用到我我国还需需要经过

12、过参数的的调整，这这里我们们不作详详细的介介绍了，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（王王炜、项项乔君、常常玉林、李李铁柱、李李修刚编编著）的的内容。4. 基于于TraansCCAD的的GISSDK平平台的软软件二次次开发本程序采用用GISSDK（地地理信息息开发工工具）下下的Caalipper Scrriptt编程语语言编写写，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，我我们设计计的程序序一级结结构图如如下：图4-1 一级结结构图（1）数据据层针对程序中中所需的的空气污污染物排排放因子子数

13、据文文件和速速度-油油耗关系系数据文文件进行行读取、存存储和修修改。（2）操作作层为程序的的主体部部分。利利用Caalipper Scrriptt语言，实实现如下下功能：a、获获取数据据层里数数据，并并进行查查看、修修改；bb、相关关参数的的录入；c、对对二氧化化碳和空空气污染染物排放放量计算算；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，程程序将从从已获资资源（处处理对象象）中提提取可能能信息，并并使用下下拉菜单单供用户户选择。（3）表现现层TrannsCAAD中的的GISSDK对对于程序序外观、布布局的编编写具有有比较大大的局限限性。虽虽然它所所提供的的对话框框项

14、目有有15种种，但程程序中所所有的框框架、项项目均要要输入确确切的位位置参数数，大小小参数，且且无法对对于其背背景、外外形、字字体进行行修改。为为了增强强用户体体验，我我们采取取选项卡卡列表形形式的程程序主框框架，配配合按钮钮（Puush butttonns）、复复选框（Checkboxes）、滚动列表（Scroll lists）、文本项（Text items）、下方弹出菜单（Popdown menus）、编辑项（Edit items）等对话框项目的布局，使程序整体简约而直观。选项卡列表分为3个：基础设置、污染物排放、二氧化碳排放，以区分计算对象（见图4-2）。从数据层所读取的数据，可选择性展

15、示在滚动列表中，双击列表中的一行，可弹出对该行部分数据的修改。图4-2 主体框框架图除此之外，我我们在数数据计算算结果的的显示上上，也下下了功夫夫：采用用渐进色色配合线线条粗细细的形式式，体现现结果数数值的递递增。5. 实例例分析在软件开发发完毕后后，我们们进一步步将软件件应用于于实例，主主要是对对南京市市江心洲洲城市交交通规划划设计方方案进行行二氧化化碳和空空气污染染物排放放的计算算，并比比较三种种规划方方案之间间在交通通排放领领域的差差异，并并给出规规划方案案调整建建议。针针对三种种不同的的规划方方案，我我们采用用所开发发的模块块对其未未来的二二氧化碳碳和空气气污染物物排放情情况进行行计算

16、，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，根根据评估估结果选选择比较较环保可可行的交交通规划划方案，具具体的实实例分析析过程和和结果请请见项目目研究报报告。6. 创新新特色（1）基于于TraansCCAD的的GISSDK平平台的二二次开发发功能的实实现完全全基于TTrannsCAAD的GGISDDK平台台，通过过结合TTrannsCAAD强大大的宏观观规划能能力和GGIS功功能，使使软件能能应用于于交通现现状评估估和交通通规划中中，提高高了软件件的普及及性。（2）软件件的集成成性所开发的的软件模模块集成成了排放放

17、量计算算、数据据分析和和数据展展示等功功能，不不仅不需需要借助助其他软软件，而而且减少少了用户户的操作作，增加加了计算算和操作作的便捷捷性，也也使对于于不同交交通规划划方案的的环境评评估变得得更加可可靠、直直观。（3）理论论的整合合和升华华由于当前前在道路路网规划划中，尚尚未将低低碳的理理念应用用其中。因因此我们们整合了了其他学学者对于于二氧化化碳和空空气污染染物排放放模型研究究成果，结结合规划划的特点点，提出出了合适适的模型型。（4）对于于南京市市江心洲洲城市交交通规划划方案的的应用将软件应应用于南南京市江江心洲规规划方案案，对三三个备选选规划方方案进行行评价，筛筛选出更更为符合合低碳生生态

18、要求求的规划划方案，实实现环保保理念。7. 研究究结论（1）本文文对于国国内外二二氧化碳碳和空气气污染物物排放方方面的模模型进行行了比较较系统的的研究，结结合国内内外相关关研究经经验，对对现有的的模型进进行筛选选、整合合，形成成了一套套比较完完善、系系统的排排放模型型。（2）在理理论研究究的基础础上，基基于TrranssCADD的GIISDKK平台进进行了软软件的二二次开发发，设计计了具有有二氧化化碳和空空气污染染物排放放量计算算和评价价的功能能模块，同同时对该该模块增增加一些些方便数数据处理理和数据据展示的的功能。（3）对南南京市江江心洲城城市交通通规划方方案进行行了实例例应用，针针对所提提

19、供的三三种不同同的方案案，分别别采用研研究开发发的计算算模块进进行了二二氧化碳碳和空气气污染物物排放量量的计算算，并对对于计算算结果进进行了横横向的评评估，最最后，对对于三种种规划方方案进行行了评价价。参考文献 Huaang Y，Birrd RR，Belll MMA commparratiive stuudy of thee emmisssionns bby rroadd maainttenaancee woorkss annd tthe dissrupptedd trrafffic usiing liffe ccyclle aasseessmmentt annd mmicrro-ssimuu

20、lattionn JJTraanspporttatiion Ressearrch Parrt DD，20009，114：1197-20442 王建昕昕，傅立立新，黎黎纬彬编编著汽汽车排气气污染治治理及催催化转化化器MM 北京：化学工工业出版版社，2200005.2-221，776-993.3 北北京市汽汽车研究究所，清清华大学学环境工工程系，广广州市环环境监测测中心站站，中国国环境科科学研究究院中中国典型型城市机机动车排排放污染染现状评评估.研研究报告告1999712：24 邓顺熙熙，陈洁洁李，白白川中中国城市市道路机机动车CCO、HHC和NNOx排排放因子子的测定定J中国国环境科科学，220

21、000，200(1)：822-8555 周泽兴兴，袁盈盈，刘希希玲等北京市市汽车行行驶工况况和污染染物排放放系数调调查研究究J环境境科学学学报，220000，200(1)：48-536 傅立新新MOOBILLE汽车车源排放放因子计计算模式式研究J环境科科学学报报，19997，117(44)：4474-47997 ZZhanng LL，Huuangg Z Liife cyccle stuudy of coaal-bbaseed ddimeethyyl eetheer aas vvehiiclee fuuel forr urrbann buus iin CChinnaJJ Eneergyy，200

22、06，332：118966-19904.8 李骞，张张天柱北京市市道路交交通活动动对环境境的压力力分析J 生态态经济，220044，200：355-411；Li Q，Zhaang T ZZThee envviroonmeentaal preessuure of roaad traanspporttatiion in Beiijinng JEcoologgicaal EEconnomyy，20004，20：35-41(in Chiinesse).9 叶祖达达碳排排放量评评估方法法在低碳碳城市规规划之应应用JJ现现代城市市研究，220099：200-2770 胡莹莹菲，王王润，余余运俊厦门城城市交通通系统碳碳足迹评评估研究究J上海海环境科科学，220100，299(3)：988-10001 陈飞飞，诸大大，建许许琨城城市低碳碳交