基于MOVES的高速公路客运交通排放特性研究_李菊.pdf

基金项目：云南省教育厅科学研究基金研究生项目（编号：2022Y578）收稿日期：20220926基于MOVES的高速公路客运交通排放特性研究*李菊1,2，何超1,2，柏洋洋1,2（1.西南林业大学 机械与交通学院，昆明650224；2.云南省高校高原山区机动车环保与安全重点实验室，昆明650224）摘要：研究了高速公路客车污染物排放时空分布特性，为政府相关部门制定合理的交通管制措施提供理论支持，从而减轻客车排放对高速公路及周围环境造成的危害。以2021年云南省高速公路通行客车收费数据为基础，结合云南省客车技术特征、环境条件及燃油特性等参数对MOVES模型进行本土化修正，从而计算高速公路客车排放因子，结合车流量及行驶里程建立2021年云南省排放清单，并采取自下而上的方法和ArcGIS技术对排放清单进行时空分布分析。结果表明，各项污染物主要来源于客一。在时间分布上，在工作日期间客车污染物排放量在8时及18时左右出现双高峰结构，而非工作日期间，在 14时到18时之间一直处于较高的排放水平；在空间分布上，污染物分布以昆明市为中心向四周扩散，离昆明市越远的地方，污染物排放分担率越小。关键词：高速公路；客车；排放清单；时空分布；MOVES模型中图分类号：U491文献标志码：A文章编号：10099492(2023)02010204Research on Characteristics of Emission Inventory of Passenger Vehicles on theExpressway Based on MOVESLi Ju1,2，He Chao1,2，Bai Yangyang1,2（1.Machinery and Transportation College,Southwest Forestry University,Kunming 650224,China;2.Key Lab of Vehicle Emission and Safety on Plateau Mountain,Yunnan Provincial department of Education,Kunming 650224,China）Abstract:The spatial and temporal distribution characteristics of pollutant emissions from passenger vehicles on expressways was researchedto provide theoretical support for relevant government departments to formulate reasonable traffic control measures,so as to reduce the harmcaused by passenger vehicle emissions to expressways and the surrounding environment.Based on the toll data of expressway passengervehicles in Yunnan Province in 2021,combined with the technical characteristics,environmental conditions and fuel characteristics ofpassenger vehicles in Yunnan Province,the MOVES model was modified locally,so as to calculate the emission factor of expressway passengervehicles.Mileage established the 2021 Yunnan Province emission inventory,and using a bottom-up approach and ArcGIS technology toanalyze the spatiotemporal distribution of emission inventories.The results show that the pollutants mainly come from Keyi.In terms of timedistribution,passenger vehicle pollutant emissions have a double-peak structure around 8:00 and 18:00 during working days,while duringnon-working days,they have been at a higher level between 14:00 and 18:00.In terms of distribution,the distribution of pollutants spreadsaround Kunming city as the center,the farther away from Kunming city,the smaller the share of pollutant emissions.Key words:expressway;passenger vehicles;emission inventory;spatial-temporal distribution;MOVES model2023年02月第52卷第02期Feb.2023Vol.52No.02机电工程技术MECHANICAL&ELECTRICAL ENGINEERING TECHNOLOGYDOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2023.02.024李菊，何超，柏洋洋.基于MOVES的高速公路客运交通排放特性研究 J.机电工程技术，2023，52（02）：102-105.0引言高速公路是现代化交通体系的重要组成部分，具有行车速度快、通行能力大的特点。随着高速公路网建设的不断完善，高速公路已成为人们出行的主要选择，然而在高速公路通行的客车大多是以汽油和柴油等传统燃料为主，在行驶过程排放大量的污染物，对高速公路及周边大气环境的影响日益突出，已成为高速公路及周边大气污染的主要来源1-2。因此，有必要建立高速公路客车污染物排放清单并对其进行时空特性分析，为政府相关部门制定合理的交通管制措施提供理论支持，从而减轻客车排放对环境造成的危害。目前，部分学者针对车辆排放清单特性开展了相应的研究。从研究道路类型层面，目前主要研究道路类型为城市道路，而针对高速公路车辆污染物排放特征的研究相对较少。王计广等3建立了唐山市城区内机动车排放清单并对其进行时空分配；吕改艳等4基于IVE模型建立重庆市主城区机动车不同时空分辨率的排放清单；沈聪等5建立了天津市南开区部分主要道路机动车排放清单。从研究的区域层面，机动车排放清单特性研究主要集中在经济发达省份6-7及城市群8-10，而针对欠发达的地区研究较少，但随着社会的发展，欠发达地区的生活水平也不断提高，客车需求量不断增加，因此客车保有量不断增加，导致客车排放污染物对环境造成了较大的影响。从车辆排放量估算方法来看，主要利用车辆排放102模型估算排放量的排放因子法，徐倩等11基于COPERT模型建立了中国机动车排放清单；朱庆功等12基于MOVES模型计算了北京市轻型汽油车蒸发排放总量；许庆江等13基于IVE模型建立了长春市载客汽车污染物排放因子库。相关研究表明14-15，在常用的车辆排放模型中，MOVES模型经历了多次的更新迭代，与 COPERT、MOBILE和IVE等机动车排放模型相比，MOVES模型计算精度更高，更能反映车辆排放特征。综上所述，目前车辆排放清单及时空分布特性研究主要集中在经济发达地区，且主要研究对象为城市道路，针对欠发达地区及高速公路车辆排放时空分布特性研究相对较少。针对目前存在的问题，考虑到客车尾气污染物对高速公路及周边大气环境的影响日益突出的现状，本文以云南省高速公路通行客车为主要研究对象，应用计算精度较高的MOVES模型建立排放清单，并采用自下而上的方法和 ArcGIS 技术对排放清单进行时空分布分析，为相关部门制定机动车污染物减排政策及区域污染物联防联控提供理论依据。1研究方法1.1估算排放因子MOVES 模型是由美国 EPA 根据美国本土情况开发的，由于中美在车辆排放限值、燃油标准、车辆技术特征等方面存在一定的差异，在使用MOVES模型计算排放因子时，需要根据研究区域的实际情况对MOVES模型进行本土化修正，其中主要修正参数为车辆类型、车用燃油标准、温度及相对湿度、平均速度、车龄分布等。车辆类型：本文使用的数据是来自于交通运输管理部门提供的高速公路收费数据，故选用交通运输管理部门的车辆分类方法与 MOVES模型车辆分类标准进行对应，结果如表1所示。车龄分布：一般情况下每年新车都有不同的存活概率，但在一定时间内如果车辆性能和报废法规等外界条件不发生变化，存活概率可以假定保持不变。因此，假设每年的新车存活概率保持不变，以云南省每年客车保有量和新车注册量估算车辆存活率，结合高速公路车流量计算2021年云南省高速公路通行客车的车龄分布，具体公式如下：Pi,j=Ri Sj-i（1）Pj=iPi,j（2）式中：Pi,j为目标年j中车龄为i的机动车保有量；Ri为车龄为i的车辆存活率；Sj-i为第j-i年新车注册量；Pj为j年机动车保有量。平均速度：根据2021年云南省高速公路收费流水数据，整理得到高速公路通行客车不同车型平均速度，客一、客二、客三、客四平均速度分别为 86.44 km/h、77.42 km/h、76.44 km/h、78.86 km/h。车用燃油：根据云南省 2021 年车用燃油的使用情况，依据国家燃油标准车用汽油（GB17930-2016）、车用柴油（GB 19147-2016）的参数对燃油信息进行本土化。气象信息：根据中国气象局历史天气得到2021年云南省各地区每月平均气温和相对湿度。1.2建立排放清单通过整理云南省高速公路收费流水数据获取2021年各车型年均行驶里程及车流量，从而建立2021年云南省高速公路网客车排放清单，计算公式如下：EQ=i=1nEFi Pi VKTi（3）式中：EQ为污染物年排放总量，g；EFi为i型车的排放因子，g/km；Pi为i型车的车流量，辆；VKTi为i型车的单车年均行驶里程，km。2结果与讨论2.1排放因子基于对MOVES模型本土化修正，估算了云南省高速公路通行客车不同车型的THC、CO、NOx及PM2.5等大气污染物排放因子，结果如表 2所示。从表中可以看出，客一在各项排放污染物中CO排放因子最高，与其他污染物相差较大，其主要原因是客一为乘坐人数小于或等于9位的小型客车，以汽油为主要燃料，尾气排放物主要为CO；客二及客三属于中型客车，以汽油为燃料和以柴油为燃料的车辆市场份额相差不大，因此CO和NOx的排放因子都较高；客四NOx排放因子是4种车型中NOx排放因子的最大值，且在各项排放污染物中也是最大值，其主要原因是客四为乘坐人数大于或等 40人的大型客车，其主要燃料为柴油，尾气排放物主要为NOx。ID21313241MOVESPassenger CarPassenger TruckLight Commercial TruckIntercity Bus高速公路收费站客一客二客三客四表1高速公路客车与MOVES模型客车的对应关系客一客二客三客四THC0.0140.3110.2060.586CO2.6112.6552.0361.576NOx0.0192.4351.4595.267NH30.0570.0710.0630.096SO20.0060.0100.0090.025VOC0.0100.1970.1130.320PM2