近20年,持續(xù)增加的汽車排放污染物(CO和NOx)正在嚴(yán)重威脅道路出行者的健康,微尺度街區(qū)環(huán)境的優(yōu)劣直接關(guān)系每一位街區(qū)出行者的健康。隨著現(xiàn)代城市出行需求的增加,微尺度街區(qū)環(huán)境越來越成為關(guān)注的熱點。擴(kuò)散模型適用于比例均勻的峽谷型街區(qū)環(huán)境研究,基于流體力學(xué)的數(shù)值模擬方法可以模擬計算復(fù)雜街區(qū)內(nèi)的環(huán)境,兩類模型在微尺度街區(qū)環(huán)境的預(yù)測效果可驗證性不高。移動監(jiān)測兼顧了固定監(jiān)測采集數(shù)據(jù)真實可靠的特點,以其可多地循環(huán)監(jiān)測多維時空數(shù)據(jù)等優(yōu)勢,逐漸成為研究微尺度街區(qū)環(huán)境的新方法。本文考慮街區(qū)污染物濃度的8個影響因素:風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、車速、車流量、重車量、街道高寬比,利用移動監(jiān)測采集微尺度街區(qū)數(shù)據(jù)分析:1)移動監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性,2)假定街區(qū)內(nèi)的氣象、交通因素固定不變(理想態(tài)),在理想態(tài)下,研究移動車速與采樣污染物濃度的關(guān)系;分析同街區(qū)內(nèi),移動采樣與固定采樣的關(guān)系。3)假定街區(qū)內(nèi)環(huán)境受氣象、交通、地貌等因素共同作用(一般態(tài)),在一般態(tài)下,研究微尺度街區(qū)內(nèi)污染物濃度的參數(shù)、非參數(shù)預(yù)測模型。數(shù)據(jù)可靠性分析分為靜態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)校驗,動態(tài)數(shù)據(jù)校驗分析顯示不同移動車速下的采樣濃度可用于表征不同交通模式下人體的暴露水平。理想態(tài)下,當(dāng)移動車速為0v≤40km/h時,移動車速與采樣污染物濃度無線性關(guān)系。移動采樣速度為10v≤15km/h和0v≤5km/h時,移動采樣的CO和NOx的濃度對固定采樣CO和NOx的濃度變化水平解釋程度最好。一般態(tài)下,建立的污染物濃度參數(shù)預(yù)測模型有多項式回歸、冪函數(shù)回歸、對數(shù)回歸和雙曲線回歸,建模效果最好的是冪函數(shù)回歸(CO_R2=0.76,NOx_R2=0.44),高于其它三個參數(shù)模型。建立的污染物濃度非參數(shù)預(yù)測模型有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)和隨機(jī)森林模型回歸,建模效果最好的是隨機(jī)森林模型回歸(CO_R2=0.98,NOx_R2=0.92),優(yōu)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)回歸。一般態(tài)下,采樣新街區(qū)數(shù)據(jù)對兩個最優(yōu)模型進(jìn)行模型驗證,冪函數(shù)回歸的預(yù)測效果為:CO_R2=0.68,NOx_R2=0.5,隨機(jī)森林模型為:CO_R2=0.83,NOx_R2=0.53,模型驗證結(jié)果顯示微尺度街區(qū)濃度最優(yōu)預(yù)測模型為隨機(jī)森林模型。模型誤差分析表明車流量是影響微尺度街區(qū)濃度(CO,NOx)預(yù)測誤差大小的主要因素。微尺度街區(qū)內(nèi)的污染物濃度預(yù)測可用于交通環(huán)境調(diào)控,綠色、健康交通誘導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：X831
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 汽車保有量
    1.2 機(jī)動車排放量
    1.3 機(jī)動車排放的危害
    1.4 環(huán)境監(jiān)測站與街區(qū)環(huán)境
    1.5 研究意義
第2章 國內(nèi)外城市街區(qū)層面交通污染物濃度研究現(xiàn)狀
    2.1 模式模型法
        2.1.1 擴(kuò)散模型
        2.1.2 數(shù)值模擬法
        2.1.3 街區(qū)濃度分析軟件
    2.2 現(xiàn)場固定測量法
    2.3 現(xiàn)場移動測量法
    2.4 其它研究方法
        2.4.1 混合模型
        2.4.2 街區(qū)環(huán)境評價
        2.4.3 街區(qū)暴露研究
    2.5 國內(nèi)外街區(qū)層面污染物濃度研究存在的問題
第3章 研究思路
    3.1 研究目的
    3.2 街區(qū)交通污染物濃度的影響因素
    3.3 研究內(nèi)容
        3.3.1 移動監(jiān)測數(shù)據(jù)校驗
        3.3.2 理想狀態(tài)下微尺度街區(qū)交通污染物濃度的關(guān)系研究
        3.3.3 一般狀態(tài)下微尺度街區(qū)交通污染物濃度預(yù)測模型研究
    3.4 研究思路
第4章 移動監(jiān)測平臺
    4.1 移動監(jiān)測平臺設(shè)計思路
    4.2 移動監(jiān)測平臺總體構(gòu)架
    4.3 移動監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)
        4.3.1 數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
        4.3.2 數(shù)據(jù)采樣設(shè)備及數(shù)據(jù)采樣種類
第5章 移動監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)采樣
    5.1 移動監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)采樣步驟
    5.2 采樣設(shè)備數(shù)據(jù)校驗
        5.2.1 靜態(tài)采樣數(shù)據(jù)校驗
        5.2.2 動態(tài)采樣數(shù)據(jù)校驗
    5.3 理想狀態(tài)下微尺度街區(qū)交通污染物濃度采樣
        5.3.1 理想態(tài)數(shù)據(jù)采樣方案
        5.3.2 理想態(tài)數(shù)據(jù)采樣方法
    5.4 一般狀態(tài)下微尺度街區(qū)交通污染物濃度采樣
        5.4.1 一般態(tài)數(shù)據(jù)采樣方案
        5.4.2 一般態(tài)數(shù)據(jù)采樣方法
    5.5 一般態(tài)采樣數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)定義
第6章 數(shù)據(jù)分析和模型建立
    6.1 采樣設(shè)備數(shù)據(jù)校驗結(jié)果分析
        6.1.1 靜態(tài)采樣數(shù)據(jù)校驗結(jié)果分析
        6.1.2 動態(tài)采樣數(shù)據(jù)校驗結(jié)果分析
        6.1.3 利用動態(tài)校驗數(shù)據(jù)研究不同交通模式下人體暴露水平
    6.2 理想狀態(tài)下微尺度街區(qū)交通污染物濃度研究
        6.2.1 采樣設(shè)備響應(yīng)時間測試及標(biāo)定
        6.2.2 理想狀態(tài)各元數(shù)據(jù)的穩(wěn)態(tài)性分析
        6.2.3 理想狀態(tài)微尺度數(shù)據(jù)采樣結(jié)果分析
        6.2.4 理想態(tài)移動監(jiān)測車車速與采樣污染物濃度關(guān)系
        6.2.5 理想態(tài)移動觀測值與對應(yīng)固定觀測值的關(guān)系
    6.3 一般態(tài)微尺度街區(qū)交通污染物濃度數(shù)據(jù)分析
        6.3.1 一般態(tài)微尺度街區(qū)元數(shù)據(jù)采集結(jié)果
        6.3.2 一般態(tài)交通污染物濃度的元數(shù)據(jù)單因素分析
    6.4 一般態(tài)微尺度街區(qū)交通污染物濃度參數(shù)模型研究
        6.4.1 一般態(tài)四種非線性參數(shù)模型建模分析
        6.4.2 一般態(tài)考慮時間因素的冪函數(shù)回歸建模分析
        6.4.3 考慮時間、背景值后的冪函數(shù)回歸建模分析
    6.5 一般態(tài)下微尺度街區(qū)交通污染物濃度非參數(shù)模型研究
        6.5.1 微尺度街區(qū)交通污染物濃度的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
        6.5.2 微尺度街區(qū)交通污染物濃度的支持向量機(jī)模型
        6.5.3 微尺度街區(qū)交通污染物濃度的隨機(jī)森林模型
        6.5.4 非參數(shù)模型結(jié)果對比及與文獻(xiàn)模型分析
第7章 模型驗證
    7.1 微尺度交通污染物濃度模型驗證數(shù)據(jù)采集
        7.1.1 模型驗證方案
        7.1.2 實驗數(shù)據(jù)采樣方法
    7.2 微尺度街區(qū)交通污染物濃度模型驗證過程
        7.2.1 數(shù)據(jù)采樣結(jié)果
        7.2.2 冪函數(shù)回歸模型校驗及分析
        7.2.3 隨機(jī)森林模型校驗及分析
        7.2.4 微尺度街區(qū)交通污染物濃度模型驗證誤差分析
    7.3 微尺度街區(qū)克里金交通污染物濃度分布面
第8章 結(jié)論與展望
    8.1 主要研究結(jié)論
        8.1.1 C O和NOx測量設(shè)備數(shù)據(jù)校驗
        8.1.2 理想態(tài)下微尺度街區(qū)交通污染物濃度規(guī)律小結(jié)
        8.1.3 一般態(tài)下微尺度街區(qū)交通污染物濃度預(yù)測模型
    8.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄A 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源
附錄B 微尺度街區(qū)交通污染物濃度參數(shù)模型建模
附錄C 微尺度街區(qū)交通污染物濃度非參數(shù)模型建模
附錄D 微尺度街區(qū)交通污染物濃度冪函數(shù)回歸模型預(yù)測（CO和NOx）
附錄E 微尺度街區(qū)交通污染物濃度隨機(jī)森林模型預(yù)測(CO和NOx)
附錄F 微尺度街區(qū)交通污染物克里金濃度分布面(CO和NOx)
個人簡歷、在校期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2843785