【摘要】： 近年來,隨著城市機(jī)動(dòng)化進(jìn)程的不斷發(fā)展,城市交通擁堵狀況日益加劇,由此帶來的機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染問題,嚴(yán)重的困擾著城市居民的工作和生活,惡化著城市生態(tài)環(huán)境,嚴(yán)重危害著人們的健康,環(huán)境污染問題已成為世界各國(guó)現(xiàn)代城市交通發(fā)展中面臨的首要問題。步行是城市居民的主要出行方式之一,城市道路環(huán)境是行人步行的重要場(chǎng)所,由于城市道路環(huán)境兩側(cè)建筑密集,機(jī)動(dòng)車流量較大,因此該區(qū)域污染擴(kuò)散條件較差,污染源排放集中,使得城市道路環(huán)境空氣污染比區(qū)域性空氣污染更為嚴(yán)重,步行于其中的出行者沒有任何遮蔽完全暴露于空氣污染物中,而具有較大的健康風(fēng)險(xiǎn)。 本研究以城市道路環(huán)境空氣中3種影響人體健康的主要污染物(NO_x、CO、O_3)為研究對(duì)象,分析了城市道路環(huán)境污染物暴露特征以及行人步行速度相關(guān)影響因素;通過車載尾氣測(cè)試系統(tǒng)得到機(jī)動(dòng)車排放實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),分析評(píng)價(jià)了不同機(jī)動(dòng)車污染物排放模型的模擬精度;在全面采集交通、污染物、氣象等各類數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,開展了城市道路環(huán)境污染物擴(kuò)散模擬研究;在整合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與各類模型的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了城市道路環(huán)境行人污染物暴露模擬平臺(tái)。 本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論包括: (1)本研究比較分析了3種典型機(jī)動(dòng)車尾氣排放模型(MOBILE模型、IVE模型、CMEM模型)的原理、車型分類、適用范圍等因素,通過車載尾氣采集分析系統(tǒng)進(jìn)行車輛行駛工況、尾氣排放、油耗數(shù)據(jù)的采集,比較分析了3種模型的模擬結(jié)果。此外,本研究分別選取機(jī)動(dòng)車在冷啟動(dòng)(Cold Start)、熱啟動(dòng)(HotStart)與熱穩(wěn)定(Stabilized)3種狀態(tài)下的運(yùn)行工況片段,輸入到CMEM模型中,分析比較了不同工況條件下的CMEM模型的模擬精度。研究結(jié)果表明,與宏觀排放模型MOBILE模型、IVE模型相比,微觀排放模型CMEM模型在準(zhǔn)確獲取機(jī)動(dòng)車行駛工況數(shù)據(jù)的前提下,模擬精度較高。 (2)本研究通過分析實(shí)測(cè)得到機(jī)動(dòng)車尾氣中NO_x(NO_2+NO)的構(gòu)成比例,并利用空氣污染物檢測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建了城市道路環(huán)境NO_x與NO_2關(guān)系模型,從而改進(jìn)了污染物擴(kuò)散模型CALINE4,使其可以應(yīng)用于城市道路環(huán)境NO_x濃度的模擬計(jì)算。通過對(duì)NO_x與CO兩種污染物濃度模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn),環(huán)境風(fēng)速小于3.0m/s時(shí),模擬結(jié)果較為準(zhǔn)確;當(dāng)風(fēng)速大于4.0m/s時(shí),模擬值比實(shí)測(cè)值偏低。 (3)本研究分析了O_3濃度與太陽輻射、NO_x濃度、溫度、機(jī)動(dòng)車流量、風(fēng)速的相關(guān)性,分析結(jié)果表明,城市道路微觀環(huán)境下O_3濃度與風(fēng)速呈正相關(guān)特性,其原因在于風(fēng)速的升高加大了污染物的擾動(dòng)與混合程度,促進(jìn)了O_3的生成反應(yīng)。本文分別選取不同位置O_3濃度的相關(guān)影響因素,構(gòu)建了可用于計(jì)算路側(cè)檢測(cè)點(diǎn)與背景檢測(cè)點(diǎn)O_3濃度的多元回歸模型。模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果比較發(fā)現(xiàn),路側(cè)檢測(cè)點(diǎn)模型計(jì)算值平均相對(duì)誤差為7.71%,背景檢測(cè)點(diǎn)模型計(jì)算值平均相對(duì)誤差為4.08%。 (4)本文構(gòu)建了城市道路環(huán)境行人污染物暴露模擬平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了對(duì)于城市道路環(huán)境下不同信號(hào)控制條件、不同走行線路行人的空氣污染物暴露情況的模擬分析。模擬平臺(tái)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集模塊、交通仿真模塊(VISSIM)、機(jī)動(dòng)車排放模塊(CMEM)、污染物擴(kuò)散濃度計(jì)算模塊(CALINE4、回歸模型)和行人污染物暴露計(jì)算模塊5部分組成。針對(duì)各模塊不同的車型分類方法,建立了各模塊之間的車型映射關(guān)系。 (5)應(yīng)用城市道路環(huán)境行人污染物暴露模擬平臺(tái),分析了測(cè)試交叉口采取固定信號(hào)與感應(yīng)信號(hào)兩種信號(hào)控制方法的交通運(yùn)行狀況、污染物濃度分布狀況、行人暴露量與行人污染物吸入劑量的變化情況。仿真結(jié)果表明,采用感應(yīng)信號(hào)控制方法,交叉口機(jī)動(dòng)車運(yùn)行狀況得到明顯改善,主要污染物濃度顯著降低,行人暴露量與污染物吸入劑量明顯減少。以CO為例,感應(yīng)信號(hào)控制條件下,行人污染物暴露量均值下降26.2%,通過該交叉口行人的平均CO吸入劑量減少3.1ml。
【圖文】：

選取英國(guó)萊斯特市2001年全年的路側(cè)空氣污染物檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)分析空氣污染物的時(shí)空變化情況。萊斯特市共計(jì)設(shè)有13個(gè)路側(cè)空氣質(zhì)量檢測(cè)點(diǎn)，其中9個(gè)路側(cè)空氣質(zhì)量檢測(cè)點(diǎn)位于市區(qū)，如圖2一1一2，檢測(cè)器以分鐘間隔記錄路側(cè)空氣中CO與NO:濃度情況，通過數(shù)據(jù)處理得到各檢測(cè)點(diǎn)CO與NOZ的年平均日變化曲線如圖2一1一3、2一1一4所示。圖2一1一2英國(guó)萊斯特市路側(cè)污染物檢測(cè)站分布情況FigureZ小 2LoeationofRoadsidePollutionMonitorsinLeieester， UK分析路側(cè)污染物濃度時(shí)空變化對(duì)于確定污染物與交通條件之間關(guān)系具有重要意義(Chen，2008)。如圖2一1一3所示，CO濃度日變化曲線呈現(xiàn)出與交通流量變化極為相關(guān)的特性，體現(xiàn)出明顯的早高峰(WO625)及晚高峰(w0158)，其他檢測(cè)點(diǎn)伴隨交通量早晚高峰而出現(xiàn)的污染物峰值特性也較為顯著。CO濃度的日變化曲線

北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文動(dòng)車流量較為均衡，而污染物濃度早晚高峰也較為接近。NO:年均日變化曲線與CO略有不同，總體來看全天峰值出現(xiàn)在傍晚(16:00一17:00)，不同檢測(cè)點(diǎn)位置的濃度差異也較為顯著。通過上述分析可知，當(dāng)交通特性不同時(shí)，城市道路環(huán)境污染物濃度存在很大差異，但總體來看，隨著機(jī)動(dòng)車流量早晚高峰的出現(xiàn)，，污染物濃度也達(dá)到峰值，該時(shí)段也正是行人出行較為密集的時(shí)段，行人受到機(jī)動(dòng)車尾氣污染物的影響也最為嚴(yán)重。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：X831

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2632392