[发明专利]一种基于VSP分布的交通运行数据与排放数据耦合方法与系统

摘要

本发明提出了一种基于VSP分布的交通运行数据与机动车排放数据间的耦合方法与系统，通过对交通运行数据与机动车排放数据的特征进行挖掘与分析，以VSP分布为中介变量，建立了交通流量、平均速度、机动车行驶工况等交通运行参数与排放率、排放因子等机动车排放参数之间的动态映射关系。该发明简化了机动车尾气排放的物理意义，提高了交通排放量化评估的效率与准确性。

主权项

一种基于VSP分布的交通运行数据与排放数据耦合的方法，具体包括：第一步，处理交通运行数据；第二步，处理机动车排放数据；第三步，对交通运行数据和排放数据进行耦合；第四步，进行路段排放量估算；其中第一步进一步包括：步骤1.1，工况数据采集，利用车载GPS设备，采集机动车逐秒行驶工况数据，包括采集日期、时间、经度、纬度、速度、方向角、高程，将数据按照统一的格式进行整理，通过初步质量控制，标记不符合要求的记录，建立机动车行驶工况数据库；步骤1.2，进行车型划分，将机动车按车重进行分类，分为微型车、轻型车、中型车和重型车；步骤1.3，进行道路类型匹配，道路类型分为快速路、主干路、次干路、支路四种类型，道路类型的匹配工作在GIS系统中完成，每一条工况数据都包含经纬度字段，在已有的路网上创建点，通过判断该点所处的路段名得到其所属道路类型；步骤1.4，进行短行程划分，对于每一种车型与道路类型，所有数据被划分到时长为180秒的短行程，每一个短行程都需要计算其平均速度，以便进行下一步的速度聚类；步骤1.5，进行平均速度聚类，将上述过程得到的所有短行程依据平均速度进行聚类，得到其所属的速度区间，方法如下式所示：步骤1.6，进行VSP聚类，VSP由瞬时速度和加速度计算得到，VSP的计算如下式所示：VSP=Av+Bv2+Cv3+mvaf]]>其中，v为机动车速度，单位m/s；a为加速度，单位m/s2；A、B、C、m、f为常数；为了更好地反映VSP分布与平均速度之间的关系，以1kW/t为间隔对VSP进行划分并聚类，得到VSP bin，具体计算见下式：∀:VSP∈[n-0.5,n+0.5),VSPbin=n]]>步骤1.7，建立VSP分布数据库，以大量不同车型逐秒的行驶工况数据为基础，经过上述处理过程，最后对所有车型、道路类型、速度区间相同的VSP进行聚类，统计每一个速度区间对应的VSP个数占该类VSP总数的百分比，即VSP分布，如下式所示：Ri,k=Ni,kNk]]>其中，Ri,k为第k个平均速度区间第i个VSP bin的分布率；Nk为第k个平均速度区间的VSP总数；Ni,k为第k个平均速度区间VSP bin为i的VSP个数；其中第二步进一步包括：步骤2.1，采集排放测试数据，利用PEMS车载尾气测试设备采集机动车油耗和尾气排放数据，包括采集日期、时间、速度、CO2、NOX、HC、CO逐秒排放量、逐秒油耗量；步骤2.2，划分燃料类型，燃料类型包括：汽油、柴油、液化石油气、液化天然气、压缩天然气、混合动力、双燃料；步骤2.3，划分排放标准，按照车辆所执行的排放标准对车辆进行分类，根据测试车辆的生产年份，确定车辆的排放标准类型；步骤2.4，划分行驶里程，对同类车型的行驶里程进行划分；步骤2.5，计算平均排放率，计算每种车型、燃料类型、排放标准、行驶里程相应分类的每个VSP bin的平均排放率，如下式所示：ERi=1mΣj=1merj]]>其中，ERi为第i个VSP bin的平均排放率，单位g/s；erj是VSP bin为i的第j个VSP对应的排放率，单位为g/s；m是VSP bin为i的VSP个数；步骤2.6，建立排放率数据库，将不同车型、排放标准、行驶里程的上述计算结果整理、分类，建立各VSP bin排放率数据库；其中第三步进一步包括：步骤3.1，计算排放因子，各平均速度区间排放因子的计算方法如下式所示：EFk=(ΣiERi×VSPbini)/v×3600]]>其中，EFk为第k平均速度区间的排放因子，单位为g/km；ERi是第i个VSP bin的平均排放率，单位为g/s；VSP bini是第k平均速度区间第i个VSP bin的分布值；v是第k个速度区间的均值，单位为km/h；步骤3.2，计算油耗因子，油耗因子定义为机动车行驶单位距离消耗的燃油质量，计算方法如下式所示：EFFuel=1%C(1244EFCO2+1228EFCO+1213EFHC)]]>其中，EFFuel为油耗因子；EFCO2、EFCO、EFHC分别为CO2、CO、HC排放因子；％C为燃料中C的质量比例；其中第四步路段排放量计算方法如下式所示：ERsection=l·Σi,j,k,mEFijkmv·q(Vehiclei,Fuelj,Standardk,Mileagem)]]>其中，ERsection为测算路段排放率，l为测算路段长度，q(Vehiclei,Fuelj,Standardk,Mileagem)为第i种车型、第j种燃料类型、第k种排放标准、第m类行驶里程的交通量，为上述分类对应的速度区间为v的机动车排放因子。