小区街道交通环卫负荷探析范文

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1引言

研究城市道路交通环境负荷的发生源分布，是实现城市与环境共同可持续发展的重要组成部分，其关系到能否有效地识别影响道路交通环境负荷的关键区域和实施有针对性的区域规划、改造和布局调整等措施来降低道路交通环境负荷。

当前，大部分针对城市道路交通环境负荷的研究是以整个城市为研究对象，将路段分配流量与路段长度以及该路段的尾气排放系数相乘表示为道路交通环境负荷。此方法可计算出城市全路网和各路段的道路交通环境负荷，但很难估计这些环境负荷的发生源情况。本文以交通小区为研究对象，基于交通规划四阶段理论，提出了交通小区的道路交通环境负荷的计算方法，并据此分析了全路网道路交通环境负荷的发生源分布情况。交通小区的道路交通环境负荷计算流程如图1所示。

图1的基本输入是根据居民调查得到的各小区发生量和吸引量及在此基础上展开的小区OD估计。

已知基本输入，本文采用增量分配法在已知的全路网拓扑上进行路段交通流分配，得到路网各路段的交通流量。

此外，通过路段排放因子估计模型可得到各路段冬季和夏季的尾气排放因子。该尾气排放因子表示单位周转量，如车公里的气体排放量。故通过系列计算可估计出路网各路段、各交通小区和整个城市路网的各种尾气排放。

2路段交通流分配

进行路段交通流分配之前，首先需要对交通路网进行拓扑，得到路段编号与路段端点编号，之后计算以行驶时间为阻抗的路阻函数，最后再进行交通流分配。

2.1路阻函数

BPR函数是交通界广泛使用的路阻函数，它是美国公路局对大量路段进行交通调查后，通过回归分析得到的函数。该函数反映了路段行驶时间和路段流量的关系。具体的函数形式如下[1]：

式中，tk为路段k的旅行时间，即阻抗值；Qk为路段k的交通量；ck为路段k的通行能力；α和β均为阻抗参数，美国公路局一般推荐使用α=0.15和β=4这两个值；t0k为交通量为零时的路段行驶时间，即畅通运行时间：(2)式中，lk为路段k长度；vf为自由流速度。

2.2增量分配法

增量分配法[2]是一种近似的均衡分配方法。该方法是在全有全无分配方法的基础上，考虑了路段流量对阻抗的影响，进而根据道路阻抗的变化来调整路网交通量的分配，是一种“变化路阻”的交通量分配方法。增量分配法有容量限制-增量分配和容量限制-迭代平衡分配两种形式。本文主要采用前者，即容量-限制增量分配法，首先需要将交通小区间的OD表均匀分解成N个分表（N个分层），然后分N次使用最短路分配方法，每次分配一个OD分表，并且每分配一次，路阻就根据路阻函数修正一次，直到把N个OD分表全部分配到路网上为止。计算步骤如下：

（1）初始化。将交通小区i到小区j的OD交通量pij均匀分割为N等份，每一等份的交通量为，n={1,…,N},式中n表示等分额序号。令n=1,qk0=0,式中qk0表示路段k的初始交通量。

（2）更新各路段的路阻。根据BPR函数，路段k经过n次分配后的阻抗为：(3)(4)

（3）全有全无分配：用全有全无分配法将第n个分割OD交通量Pnij分配给小区i到小区j的最短路径SPath(i,j,n)。如果路段k包含于该最短路径中，则分配相应的流量g(i,j,n,k)，反之不分配流量。在整个分配过程中，对于路段k有可能存在多个小区间的OD对经过该路段，故最终的路段流量应是所有小区间OD对配流产生的流量g(i,j,n,k)的加和，即：

（4）终止判断。如果n=N，则计算结束，反之，令n=n+1并返回步骤2。

3路段尾气排放因子计算

路段尾气排放因子是指路段上行驶的机动车每行驶单位公里的平均道路交通环境负荷排放量，单位为克（/辆公里）。目前国内的研究多采用美国的尾气排放模型MOBILE或MOVES[3]来计算此指标，但是，这两个模型对输入参数要求非常高，有很多数据无法获得。因此，本文采用已有研究中提出的基于速度的尾气排放因子拟合模型，即通过路段速度来计算该路段的尾气排放因子。李铁柱[4]对南京市的汽油轿车、微型车、中型车、吉普车、重型汽油车、重型柴油车以及摩托车在夏季和冬季的CO、HC和NOx三种尾气的排放因子与速度进行了拟合，得到这些车型的排放因子计算公式。本文主要采用汽油轿车的三种尾气排放因子拟合模型来计算，具体公式如下：上式中，V表示路段平均速度，由于缺乏路段平均速度的实际观测值，所以本文通过拥挤程度来选取对应的平均速度值。于跃和唐夕茹[5]研究了不同交通拥堵等级下vc比和平均速度对应表，见表2。本文将引用该表的结果来估计路段的平均速度。

4道路交通环境负荷计算

在获取上文计算的数据后，需要先计算各交通小区的道路交通环境负荷，再将所有小区的道路交通环境负荷加和，最终得到全路网城市的道路交通环境负荷，具体计算步骤如下：

（1）计算路网上每个路段的总流量，计算公式为：(9)其中，Qk表示路段k上交通总流量，Qkn表示第n次分割分配在路段k上的交通量；

（2）计算路段k的vc比，具体公式为：(10)

（3）根据路段k的vc比，确定路段的平均速度，对应公

（4）根据步骤（3）所求得的路段平均速度，可通过式（7）或式（8）计算路段k的CO、HC和NOx三种尾气的排放因子αkCO、αkHC和αkNOx。

（5）计算路段三种尾气排放量，具体公式如下：其中，EijkCO、EijkHC和EijkNOx分别表示小区i到小区j交通分布量中分配在路段k上的交通量产生的CO、HC和NOx三种尾气排放量，lk表示路段长度。

（6）计算各交通小区的三种尾气排放量，具体公式如下：其中，EiCO、EiHC、EiNOx分别表示小区i的CO、HC和NOx三种尾气排放量。

（7）计算城市全路网的道路交通环境负荷，具体公式如其中，ECO、EHC和ENOx分别表示CO、HC和NOx三种尾气排放总量，E代表城市全路网道路交通环境负荷。

5实例

以大连市2004年的交通出行调查数据为基础进行实例分析。整个大连市有4个主城区，中山区、沙河口区、甘井子区和西岗区,这些城区可进一步划分为170个交通小区。其交通路网拓扑结构如图2所示。

5.1交通流分配

首先应用双约束重力模型估计出各小区间的OD矩阵对，并通过路网拓扑，可得到该路网中所有的路段编号、路段长度以及路段端点编号。根据BPR函数计算公式，可计算出任意路段k尚未分配时的初始阻抗值，即零流量阻抗t0k。将交通分布量平均分成30份，即N=30，利用容量限制-增量分配法依次更新路阻函数，将30份小区OD量分配到路网上，得到路网中各路段最终的交通流分配结果，即各路段上的总交通量。

5.2路段尾气排放因子计算

考虑路网各路段的差异性，本文将路网中的所有路段分成四种类型，并赋予了不同的通行能力，具体见表3。通过路段总交通量与对应路段通行能力的比值，可计算各路段的拥挤程度，再根据表2的对应关系，可估计出各路段的平均速度，并进一步利用尾气排放因子公式计算尾气排放因子。

由于实例中交通调查是在11、12月进行，因此，路段尾气排放因子的计算时采用冬季的CO、HC和NOx三种尾气的排放因子公式，即式（8）。

5.3道路交通环境负荷计算

首先，根据式（12）计算小区i到小区j交通量分配中在路段k上的交通量产生的CO、HC和NOx三种尾气排放量。

其次，依次根据式（13）和式（14），分别对应加和得出小区i和小区j在高峰小时的三种气体排放量和城市整体的三种气体排放总量。此处计算量大，主要通过VBA程序完成。

最终，得到各小区高峰小时的道路交通环境负荷和城市全路网的道路交通环境负荷，据此可在网络拓扑上标注出城市全路网的道路交通环境负荷的发生源分布情况，如图3所示大连市各交通小区的道路交通环境负荷相对比较分散，其中有几个交通小区排放比较大，如泡崖街道，桂林街道和甘井子街道等。这些高负荷的街道区多半是有较多的居住小区和人口，交通需求量较大。

进一步将相应的交通小区的总排放加和，得到各行政区域的总排放，如图4所示。甘井子区的尾气排放最大，主要是由于该城区占地面积大，包含了约33%的交通小区，内部的运输空间幅度比较大。造成了较大的尾气排放；西岗区和沙河口区属于中心城区，但沙河口区的人口密度和土地面积比西岗区大，所以尾气排放更大；中山区内有大连港和大连火车站这些重要交通枢纽，还是旅游、观光、度假和疗养胜地，其交通活动频繁，车辆行驶距离远，也产生较高的尾气排放；西岗区的人口密度和土地面积较沙河口区小，故其尾气排放较小。

6结论

本文提出了一种新的基于交通规划四阶段理论的，以交通小区为基本单元的，以尾气排放因子为核心的道路交通环境负荷估计框架。该估计框架可清晰地输出城市道路交通环境负荷的发生源。大连市的实例验证了本文提出方法的有效性和在识别道路交通环境负荷的发生源分布中的重要意义。在后续的研究中将进一步研究发生源分布与土地利用特征的关系。