城市快速路上机动车比功率分布特性与模型

在交通油耗和排放模型的研究中,利用机动车比功率（VSP）分布刻画交通状态成为了最新研究需求. 然而,现有交通工程还缺乏对常见交通参数与VSP间关系的认识,更缺乏利用交通参数求解VSP分布的模型. 为了研究交通状态对VSP分布的影响,本文利用大量城市快速路上的浮动车数据,建立了其不同行程速度下对应的VSP分布. 经分析,发现了VSP分布与平均行程速度之间的规律性特征：当平均行程速度大于20 km／h时,VSP分布近似于正态分布;分布均值为以该速度匀速行驶时的VSP值;分布标准差可表达为平均行程速度的幂函数. 基于以上发现,提出了利用平均行程速度的VSP分布数学模型,并利用该模型进行机动车油耗测算. 通过与实测油耗的对比分析,VSP分布模型可以有效用于机动车油耗测算. 本研究指出了利用数学模型描述不同交通状态下VSP分布的可能性,该模型可有效地与交通数据或模型结合,实现油耗和排放的实时量化评价.     

轻型车与重型车高速公路比功率分布特征研究

在机动车油耗排放测算中,机动车比功率已经成为一个重要的参数.目前主要的油耗排放模型均采用比功率分布（VSP分布）结合油耗排放率的方法来进行微观油耗排放测算.为了将交通流状态与机动车油耗排放相结合,之前的研究已经对轻型车在城市道路上的行程速度与VSP分布之间的关系进行分析.本文将通过实例研究轻型车和重型车在高速公路上的VSP 分布特征.首先,采集轻型车和重型车在高速公路上实际运行的数据并以此建立轻型车和重型车的VSP分布;其次,对两种车型在高速公路上的VSP分布特征进行比较分析;最后,利用MOVES中提取到的油耗率,分析使用轻型车的VSP分布来进行重型车油耗测算所产生的误差.     

面向实际交通状态的混合动力汽车能耗和CO2排放模型

由于混合动力汽车与传统燃油车的能耗排放因子具有差异性，导致机动车交通路网能耗排放的量化评估存在不确定性。本文建立混合动力汽车在实际交通状态中的能耗和CO2排放因子测算模型，基于车辆比功率VSP(Vehicle Specific Power)作为车辆行驶状态与能耗排放之间耦合关系的表征参数。通过引入内燃机转速区分内燃机开启和关闭工作状态，并计算内燃机开启状态下VSP对应的平均能耗率，同时，建立能够解析混合动力汽车能耗排放产生机理的VSP分布。通过收集典型行驶工况下车辆测试油耗数据和北京市车辆实际行驶轨迹数据，验证了模型的准确性，并应用模型测算混合动力汽车不同速度区间下的油耗和CO2排放因子。研究结果表明：在城市行驶工况(UDDS)和高速行驶工况(HWY)中，模型测算能耗排放因子与真实值的平均相对误差分别为3.7%和-1.7%，与不考虑内燃机开启状态相比，测算误差减少5.6%和4.3%；在实际交通状态下，采用传统燃油车的测算方法会导致混合动力汽车行驶平均速度为高速区间时油耗和CO2排放量被低估，当行驶平均速度为低速区间时油耗和CO2排放量会被高估。     

分道路类型的不同速度行驶工况开发方法

针对传统行驶工况建立方法存在的问题,提出基于逐秒浮动车数据的分道路类型和速度的行驶工况的建立方法,并提出利用机动车功率分布选择短行程的方法。应用上述方法建立的行驶工况能够反映不同交通状态之下油耗和排放测算的机动车行为特征。     

基于比功率的山区公路弯道小型车油耗模型研究

为了研究山区公路弯道处小型车的油耗特性,以福州市森林公园至鼓岭山区道路弯道上的交通流为研究对象,利用无人机拍摄车辆上下行的视频资料,通过Tracker采集小型车的行驶特性数据,使用Matlab拟合出平均行程速度、断面位置和机动车比功率(VSP)的三维关系模型;根据关系模型和小型车的瞬时平均油耗率建立弯道油耗模型,并计算不同平均行程速度值下小型车在过弯过程的油耗。结果表明:平均行程速度与油耗满足三次多项式关系,弯道油耗模型可在一定程度上对该弯道小型车的过弯油耗进行预测,对实施节能减排策略具有一定的参考作用。     

考虑道路属性特征的中观排放模型研究

准确地对机动车排放污染进行量化评估是机动车排放控制策略制定的前提. 为提高模型计算精度,提出低速行驶比例的概念,用于描述车辆在路段上行驶时瞬时速度的分布特征. 在传统的VSP分布排放模型的基础上,纳入更多的中观影响因素,包括路段平均速度、路段长度、道路等级和低速行驶比例,采用多元回归方法构建一种新型的中观排放模型. 经比对,所建排放模型相对于传统VSP分布排放模型精度更高. 所建模型考虑的新增影响因素均较易获得,故可应用于城市大规模交通路网的排放计算,对提高城市路网排放计算精度,辅助机动车排放控制策略制定具有一定意义.     

考虑道路属性特征的中观排放模型研究

准确地对机动车排放污染进行量化评估是机动车排放控制策略制定的前提. 为提高模型计算精度，提出低速行驶比例的概念，用于描述车辆在路段上行驶时瞬时速度的分布特征. 在传统的VSP分布排放模型的基础上，纳入更多的中观影响因素，包括路段平均速度、路段长度、道路等级和低速行驶比例，采用多元回归方法构建一种新型的中观排放模型. 经比对，所建排放模型相对于传统VSP分布排放模型精度更高. 所建模型考虑的新增影响因素均较易获得，故可应用于城市大规模交通路网的排放计算，对提高城市路网排放计算精度，辅助机动车排放控制策略制定具有一定意义.     

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利用车载尾气检测系统（PEMS）进行北京市交通路网中重型柴油车实时油耗、排放和行驶数据收集,并从微观、中观和宏观三个层次对动态交通网络中的油耗和排放规律及其影响因素进行深入分析. 行驶特征分析表明：重型柴油车在低、中速状态下行驶时间最长;在中速状态下行驶里程最长;同时匀速工况下的行驶时间和里程所占比例最高. 油耗和排放分析表明：重型柴油车（国III）平均油耗水平为18.6L／100km,NOx和PM污染水平分别为4.63g／km和0.087g／km. 其中在微观层次,高速和高加速是引起车辆瞬时高油耗和排放的主要原因;在中观层次,怠速和低速行驶是造成单位距离高油耗和排放的主要原因;在宏观层次,行驶里程是总油耗和排放评估的一个重要影响参数.     

交通排放强度与道路特征关联分析

为了寻求更加精确的道路车辆排放模型的建立方法,对道路车辆排放关键因素受路段参数的影响进行探索。通过实验方法测算机动车排放因子,并获取路段平均速度、路段平均加速度、路段平均VSP三个动态特征参数,路段长度和道路等级两个路段静态特征参数,通过回归分析的方法量化不同因素与机动车排放因子的关联关系。结果表明:道路特征参数对机动车各类污染物的排放因子均有一定程度的影响,但单一因素对道路排放因子的影响程度有限。     

行车速度对北京市机动车排放因子的影响

为方便交通管理部门及时、准确地了解路网排放情况,采用MOBILE6.2排放模型对北京市机动车的综合排放因子进行了测算。根据北京市气象、地理数据,以及北京市机动车的种类分布、车龄分布、里程分布和累积里程等确定模型所需参数,应用模型计算不同速度下北京市机动车的HC、VOC、CO、NOx、PM综合排放因子。模拟北京市机动车高峰、平峰使用工况,采集单车道路实测排放因子数据,通过实测排放因子修正MOBILE6.2模型参数。修正后模型的排放因子与行车速度之间的关系更接近北京市的实际排放情况。     

混合交通流环境下单交叉口自动驾驶车辆轨迹优化

信号交叉口对城市道路的通行能力以及车辆的燃油消耗具有重要影响。本文提出一种在自动驾驶车辆和人工驾驶车辆混合交通流环境下的自动驾驶车辆的轨迹优化方法。基于交叉口信号灯的配时方案,构建车辆旅行时间估计模型,并以自动驾驶车辆燃油消耗最小以及通行效率最大为目标,构建自动驾驶车辆轨迹优化模型,对车辆进行动态轨迹规划和控制。车辆轨迹滚动优化模型采用高斯伪谱法进行离散化求解,并基于SUMO仿真平台对模型结果进行验证。仿真结果表明,自动驾驶车辆可以通过优化自身控制变量影响人工驾驶车辆的运行状态,减少交通流的排队以及时走时停现象。本文提出的车辆轨迹优化方法对于降低车队整体燃油消耗、提升车队平均速度、缩短平均行程时间具有重要作用。     

贝叶斯框架下快速公交的站间运行状态推断

站间行程车速是度量快速公交运营服务和乘客体验的重要指标.由于红绿灯、行人过街等影响,快速公交车速分布往往呈现多峰现象,很难利用单一分布描述.本文建立了贝叶斯框架下基于多相站间车速的高斯混合模型,利用可逆回跳马尔科夫链蒙特卡洛方法推断快速公交站间运行状态,包括状态个数和各状态权重、速度均值和方差.以广州市快速公交为例,展示了该模型可很好地拟合多相车速数据,合理划分快速公交运行状态.发现广州市快速公交在早晚高峰容易衍生出新的运行状态,对于车速低于25 km/h的走廊,其运行状态个数较多,且更容易随时段发生变化,符合实际调查结果.可见本文提出的模型能有效地分析快速公交的速度分布特征和演变规律,验证了该模型的有效性.     

车联网环境下信号交叉口车速控制策略

为了减轻城市道路上信号交叉口对交通流的阻断,针对车联网环境下个体车辆可 以与路侧设施及交叉口中心控制系统实时信息交互的特征,提出了信号交叉口车速控制策 略,在提高交叉口通行效率的基础上兼顾驾驶舒适性与环境友好性.为验证车速控制模型的有 效性,基于多智能体技术建立了车联网环境下信号交叉口车速控制仿真系统,以典型十字交 叉口为例,模拟对比分析了传统驾驶和车联网2 种环境下车辆通过交叉口的行程时间、燃料消 耗与污染物排放.结果表明,该速度控制策略下车辆通过交叉口的平均行程时间减少了约 60%,燃料消耗减少了约40%,污染物的排放也有显著减少.     

Analysis of Micro-cars' Influence on Traffic Network Using a Microscopic Simulator

The environmental effects and network performance of mixed traffic, consisting of micro-cars and conventional cars, on a small network are investigated using microscopic simulations. After calibrating the simulation model, the effects of three assumptions concerning micro-car speeds are investigated using the model. First, the parameters needed for network performance evaluation are determined iteratively. The power required to meet total travel demand is then computed to predict emissions. A higher ratio of micro-cars in the traffic reduces emissions, as does a lower micro-car speed. To investigate travel efficiency, the main parameters used are average speed, total travel time and total delay time. The results suggest that a higher ratio of micro-cars has a positive effect on the network when their speed is the same as or a slightly lower than that of conventional cars, while a higher ratio of micro-cars has a negative effect when their speed is close to the average traffic speed of the base model. To obtain a suitable balance between desired environmental effects and road network performance, we recommend that the desired speed of micro-cars be set to 40–45 km/h on a small urban traffic network.     

冰雪条件下路段交通拥堵状态识别模型研究

通过对冰雪条件下交通流的饱和流率、平均车头时距和平均行程车速等交通参数的调查,分析了冰雪条件对路段交通流特性的定量影响,在此基础上,采用综合分析法,选取平均行程速度和饱和度等指标,建立了冰雪条件下路段交通拥堵状态识别模型。并结合正常条件下的交通参数拥堵阈值和冰雪对交通流的定量影响,给出了确定冰雪条件下各状态指标的拥堵阈值的方法。最后利用哈尔滨市红旗大街实际调查数据对该模型进行了验证。     

信号交叉口绿色驾驶车速控制方法

信号交叉口是整个城市交通路网中的瓶颈区域.车流经常在路口停车等候造成怠速行驶,严重降低交叉口的通行效率,同时造成严重的汽车尾气排放污染.为了减轻交叉口对交通流的阻断,合理降低信号交叉口的车辆延误、燃油消耗和污染物排放,本文提出了一种基于多级可变速度限制的信号交叉口绿色驾驶控制方法.该方法以可变速度限制值为控制变量,并基于固定式检测器获取的交叉口附近道路交通状况信息对车辆进行速度限制值的实时发布,以实现在不增加旅行时间的基础上平滑车辆驶近交叉口过程中的时空轨迹.通过MATLAB对该方法进行仿真验证,结果表明,其能够有效地降低交叉口的车辆延误,并减少车辆的燃油消耗与污染物排放量.     

网络行程时间可靠性评价方法与影响因素

采用区域划分方法研究了网络行程时间率的概率分布, 提出了基于OD对的网络行程时间可靠性指标以评价城市交通可靠性; 选取影响行程时间可靠性指标的相关因素, 建立了多元线性回归模型, 用逐步回归法求解模型, 并进行了模型参数显著性检验; 根据杭州市和北京市的网约车数据计算了网络行程时间可靠性指标, 并与高峰拥堵延迟指数进行对比, 分析了网络行程时间可靠性指标的时间和空间分布规律。研究结果表明: 在多元线性回归模型中, 规划行程时间率与等待时间、费用、距离、行程时间和OD对间行程次数这5个自变量拟合得到的决定系数为0.772, 平均行程时间率与5个自变量拟合得到的决定系数为0.857, 2个模型拟合程度均较好, 回归模型显著; 规划行程时间率回归模型中等待时间、行程时间和实际行程距离的回归系数分别为0.386、0.399与-1.286, 平均行程时间率回归模型中等待时间、行程时间和实际行程距离的回归系数分别为0.162、0.177与-0.676, 2个交通可靠性指标都与等待时间和行程时间呈正相关, 和实际行程距离呈负相关; 提出的网络行程时间可靠性指标与高峰拥堵延迟指数变化趋势一致, 较好地符合现实交通状况, 从多角度反映了交通可靠性特征, 可以为路网规划提供决策支持, 帮助居民更好地进行出行路径选择。