道路移动源非尾气管颗粒物排放清单建立方法 技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及一种道路移动源“非尾气管”颗粒物排放清单建立方法。
背景技术
汽车作为现代社会主要交通工具之一，在人们的生产、生活的各个领域大量使用，汽车的总量日益增加，随之带来的问题也越来越多。除了汽车尾气和噪声严重影响人们的生活环境，“非尾气管”颗粒物排放的环境影响也越来越受到人们重视。
“非尾气管”排放主要包括制动磨损、轮胎磨损、路面磨损和车辆扬尘，“非尾气管”排放是城市环境中微量金属的重要来源，也是大气环境中颗粒物的重要来源。
为了方便，对于道路移动源污染物排放量的计算，一般采用排放因子乘以活动水平的计算方法。排放因子即一辆车行驶一公里的排放量，单位为g/km·辆，活动水平即道路上车辆的行驶里程数。
基于宏观数据的排放清单是根据车辆保有量和排放系数相乘得到，基本计算公式为式（1）。
TE = Σ j N j × M j × EF s , j - - - ( 1 ) ]]>
式中，TE为特定时间周期和区域内的排放量，单位为：g；Nj特定区域内j类型车辆的数量；Mj为特定时间周期内j类型车辆单车行驶里程，单位为：km；EFs,j为j类型车辆的排放因子，单位为：g/km；j为车辆类型，s为污染物类型。该计算方法可以从宏观上得出污染物的总排放量，但是时空分辨率低。
在已有的非尾气管排放研究文献中，樊守彬根据文献报道的排放因子数值 和典型路段的车辆构成研究了排放特征[樊守彬.车辆非尾气管颗粒物排放特征研究[J].环境科学与技术,2011,34(5):124-127.]，在非尾气管排放清单方面，目前几乎所有的研究都是基于机动车保有量和平均单车行驶里程统计信息计算的，不能准确反映道路移动源非尾气管颗粒物排放的时间空间变化，时空分辨率或区域代表性都有所缺陷。
发明内容
本发明旨在提供一种能准确反映道路移动源非尾气管颗粒物排放的时间空间变化的道路移动源“非尾气管”颗粒物排放清单建立方法。
本发明的道路移动源“非尾气管”颗粒物排放清单建立方法，包括以下步骤：
S10、对待测路段的车流量及车速分车型进行测定；
S20、利用以下公式计算出车辆车速对车辆轮胎磨损的颗粒物排放因子修正系数ST(V)：
V<40km/h时，ST(V)=1.39，
40km/h≤V≤90km/h时，ST(V)=-0.00974×V+1.78，
V>90km/h时，ST(V)=0.902；
S30、利用以下公式计算出车辆车速对制动磨损颗粒物排放因子修正系数SB(V)：
V<40km/h时，SB(V)=1.67，
40km/h≤V≤90km/h时，SB(V)=-0.0270×V+2.75，
V>90km/h时，SB(V)=0.185；
S40、利用以下公式求出车速修正后的轮胎磨损颗粒物排放因子、车速修正后的制动磨损颗粒物排放因子和车速修正后的路面磨损颗粒物排放因子；
EF T , i * ( V ) = EF T , i ( TSP , b ) × S T ( V ) × k ]]>
式中为车速修正后的轮胎磨损颗粒物排放因子；EFT,i(TSP,b)为基础的轮胎磨损颗粒物TSP排放因子；ST(V)为车速对车辆轮胎磨损的颗粒物排放因子修正系数；i为车辆类型；k为轮胎磨损排放颗粒物的粒径系数；
EF B , i * ( V ) = EF B , i ( TSP , b ) × S B ( V ) × h ]]>
式中为车速修正后的制动磨损颗粒物排放因子；EFB,i(TSP,b)为基础的制动磨损颗粒物TSP排放因子；SB(V)为车速对制动磨损颗粒物排放因子修正系数；i为车辆类型；h为制动磨损排放颗粒物的粒径系数；
EF R , i * ( V ) = EF R , i ( TSP , b ) × m ]]>
式中为车速修正后的路面磨损颗粒物排放因子；EFR,i(TSP,b)为基础的路面磨损颗粒物TSP排放因子；i为车辆类型；m为路面磨损排放颗粒物的粒径系数；
S50、利用以下公式计算出待测路段的“非尾气管”颗粒物排放量：
QNP=QT+QB+QR
其中，
Q T = Σ i = 1 4 L × TV i × EF T , i * ( V ) ; ]]>
Q B = Σ i = 1 4 L × TV i × EF B , i * ( V ) ; ]]>
Q R = Σ i = 1 4 L × TV i × EF R , i * ( V ) ; ]]>
其中，QNP为待测路段“非尾气管”颗粒物排放量，单位为：g/h；QT为待测路段轮胎磨损颗粒物排放量，单位为：g/h；QB为待测路段制动磨损颗粒物排放量，单位为：g/h；QR为待测路段路面磨损颗粒物排放量，单位为：g/h；L为待测路段长度，单位为：km；TVi为不同的车辆类型的车流量，单位为：辆／h。
可选的，所述车辆类型包括二轮车辆、小客车、轻型货车和重型车辆。
可选的，计算TSP、PM10和PM2.5时，k分别取1.00、0.60和0.42。
可选的，计算TSP、PM10和PM2.5时，h分别取1.00、0.98和0.39。
可选的，计算TSP、PM10和PM2.5时，m分别取1.00、0.50和0.27。
本发明还提供了一种用于道路移动源“非尾气管”颗粒物排放清单建立系统，包括：
车流量车速检测系统，用于检测分车型的车流量和车速信息并上传至上位 机；
车流视频采集系统，用于采集车流的视频并进行发送；
GIS路网数据库，用于分析、统计和计算道路位置、长度和空间分布；
上位机，所述上位机与车流量车速检测系统、车流视频采集系统、GIS路网数据库分别连接，用于根据各系统采集的信息计算出道路移动源“非尾气管”颗粒物排放量。
通过本发明的道路移动源“非尾气管”颗粒物排放清单建立方法中，车流量车速检测系统通过视频采集和图像处理软件把道路上分车型的车流量和车速数据实时上传至上位机；根据车辆的空间位置（经纬度）把上传的数据分配给GIS路网数据库中对应的路段；根据路段上分车型的车流量和车速数据确定车速修正后的轮胎磨损颗粒物排放因子、车速修正后的制动磨损颗粒物排放因子和车速修正后的路面磨损颗粒物排放因子；并计算待测路段“非尾气管”颗粒物排放量。根据分车型车流量和车速的实时数据和时间变化特征分析“非尾气管”颗粒物排放的时间分布；应用路网数据库中道路的空间分布和不同路段上排放量数据分析“非尾气管”颗粒物排放的空间分布。从而建立具有统计、空间分布、时间分布分析功能的基于实时交通流信息的“非尾气管”颗粒物排放清单数据库，能够实时分析不同区域的排放量。该排放清单数据库因具有高分辨率的时间、空间分布特征，应用于空气质量模型时能够提高模型模拟结果的精确度；环境管理部门根据排放的时间和空间分布规律，可在特定空间和时间范围内采取特定的控制措施，有针对性的减少颗粒物排放量，能够有效减少空气污染。
附图说明
图1为本发明的待测路段“非尾气管”颗粒物PM10排放量随时间变化示意图。
图2为本发明的待测路段车辆轮胎磨损颗粒物PM10排放量空间分布示意图。
图3为本发明的待测路段车辆制动磨损颗粒物PM10排放量空间分布示意图。
图4为本发明的待测路段路面磨损颗粒物PM10排放量空间分布示意图。
图5为本发明的待测路段“非尾气管”颗粒物PM10排放量空间分布示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例的道路移动源“非尾气管”颗粒物排放清单建立方法，包括以下步骤：
S10、对待测路段的车流量及车速分车型进行测定；
S20、利用以下公式计算出车辆车速对车辆轮胎磨损的颗粒物排放因子修正系数ST(V)：
V<40km/h时，ST(V)=1.3904，
40km/h≤V≤90km/h时，ST(V)=-0.00974×V+1.78，
V>90km/h时，ST(V)=0.9034；
S30、利用以下公式计算出车辆车速对制动磨损颗粒物排放因子修正系数SB(V)：
V<40km/h时，SB(V)=1.67，
40km/h≤V≤95km/h时，SB(V)=-0.0270×V+2.75，
V>95km/h时，SB(V)=0.185；
S40、利用以下公式求出车速修正后的轮胎磨损颗粒物排放因子、车速修正后的制动磨损颗粒物排放因子和车速修正后的路面磨损颗粒物排放因子；
EF T , i * ( V ) = EF T , i ( TSP , b ) × S T ( V ) × k ]]>
式中为车速修正后的轮胎磨损颗粒物排放因子；EFT,i(TSP,b)为基础的轮胎磨损颗粒物TSP排放因子；ST(V)为车速对车辆轮胎磨损的颗粒物排放因子修正系数；i为车辆类型；k为轮胎磨损排放颗粒物的粒径系数；
EF B , i * ( V ) = EF B , i ( TSP , b ) × S B ( V ) × h ]]>
式中为车速修正后的制动磨损颗粒物排放因子；EFB,i(TSP,b)为基础的制动磨损颗粒物TSP排放因子；SB(V)为车速对制动磨损颗粒物排放因子修 正系数；i为车辆类型；h为制动磨损排放颗粒物的粒径系数；
EF R , i * ( V ) = EF R , i ( TSP , b ) × m ]]>
式中为车速修正后的路面磨损颗粒物排放因子；EFR,i(TSP,b)为基础的路面磨损颗粒物TSP排放因子；i为车辆类型；m为路面磨损排放颗粒物的粒径系数；
S50、利用以下公式计算出待测路段的“非尾气管”颗粒物排放量：
QNP=QT+QB+QR
其中，
Q T = Σ i = 1 4 L × TV i × EF T , i * ( V ) ; ]]>
Q B = Σ i = 1 4 L × TV i × EF B , i * ( V ) ; ]]>
Q R = Σ i = 1 4 L × TV i × EF R , i * ( V ) ; ]]>
其中，QNP为待测路段“非尾气管”颗粒物排放量，单位为：g/h；QT为待测路段轮胎磨损颗粒物排放量，单位为：g/h；QB为待测路段制动磨损颗粒物排放量，单位为：g/h；QR为待测路段路面磨损颗粒物排放量，单位为：g/h；L为待测路段长度，单位为：km；TVi为不同的车辆类型的车流量，单位为：辆／h。
通过本发明的道路移动源“非尾气管”颗粒物排放清单建立方法中，车流量车速检测系统通过视频采集和图像处理软件把道路上分车型的车流量和车速数据实时上传至上位机；根据车辆的空间位置（经纬度）把上传的数据分配给GIS路网数据库中对应的路段；根据路段上分车型的车流量和车速数据确定车速修正后的轮胎磨损颗粒物排放因子、车速修正后的制动磨损颗粒物排放因子和车速修正后的路面磨损颗粒物排放因子；并计算待测路段“非尾气管”颗粒物排放量。根据分车型车流量和车速的实时数据和时间变化特征分析“非尾气管”颗粒物排放的时间分布；应用路网数据库中道路的空间分布和不同路段上排放量数据分析“非尾气管”颗粒物排放的空间分布。
本实施例中，可选的，所述车辆类型包括二轮车辆、小客车、轻型货车和 重型车辆，以通过对不同车辆类型的区分，提高道路移动源“非尾气管”颗粒物排放清单的准确度。
本实施例中，可选的，计算TSP、PM10和PM2.5时，k分别取1.00、0.60和0.42；h分别取1.00、0.98和0.39；m分别取1.00、0.50和0.27，以通过对不同排放种类的系数的选择，更精确地建立道路移动源“非尾气管”颗粒物排放清单。
本实施例中，基础的轮胎磨损颗粒物TSP排放因子、基础的制动磨损颗粒物TSP排放因子和基础的路面磨损颗粒物TSP排放因子见表1。
表1基础的颗粒物TSP排放因子
实施例2
本实施例还提供了一种用于道路移动源“非尾气管”颗粒物排放清单建立系统，包括：
车流量车速检测系统，用于检测分车型的车流量和车速信息并上传至上位机；
车流视频采集系统，用于采集车流的视频并进行发送；
GIS路网数据库，用于分析、统计和计算道路位置、长度和空间分布；
上位机，所述上位机与车流量车速检测系统、车流视频采集系统、GIS路网数据库分别连接，用于根据各系统采集的信息计算出道路移动源“非尾气管”颗粒物排放量，以通过上述用于道路移动源“非尾气管”颗粒物排放清单建立系统建立所述“非尾气管”颗粒物排放清单。
实施例3
参考图1，本实施例示意出某主干道“非尾气管”颗粒物PM10排放量计算过程。其中表1为：待测路段车辆轮胎磨损颗粒物PM10排放量；表2为：待测路段车辆制动磨损颗粒物PM10排放量；表3为：待测路段路面磨损颗粒物PM10排放量；表4为：待测路段“非尾气管”颗粒物PM10排放量；
表1待测路段车辆轮胎磨损颗粒物PM10排放量计算表
表2待测路段车辆制动磨损颗粒物PM10排放量计算表
表3待测路段路面磨损颗粒物PM10排放量计算表
表4待测路段车辆“非尾气管”颗粒物PM10排放量计算表
实施例4
参考图2-5，以某城市城区车流高峰时段道路分车型车流量和车速数据建立了移动源“非尾气管”颗粒物排放的空间分布，对该城区建立了1km×1km网格，统计每个网格高峰小时的车流行驶里程数和平均车速。将基于GIS的机动车车流量、车型和平均行驶速度和排放因子结合在一起，建立得到了基于GIS的机动车非道路尾气管排放网格分布清单。该区域高峰时，待测路段车辆轮胎磨损颗粒物PM10排放量386.8kg/h，待测路段车辆制动磨损颗粒物PM10排放量176.2kg/h，待测路段路面磨损颗粒物PM10排放量103.2kg/h，待测路段“非尾气管”颗粒物PM10排放量666.2kg/h。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。