高速公路ETC系统环境效益测算方法技术方案

本发明专利技术公开了高速公路ETC系统环境效益测算方法，调查现有办理ETC业务的各种类型的车辆的类型、油耗和排量；采用雷达测速和单点观测相结合的测速方法调查各个收费场站，掌握车辆经过不同类型收费车道时全程的速度变化；根据收费站广场视频检测数据统计人工收费车道各种排队情况比例；根据调查的结果进行实验，利用专业检测仪器获取不同车型、不同排队长度通过不同收费车道的油耗和污染物排放监测值，进而得到ETC系统交易所产生的环境效益测算值。本方法基于视频检测器数据实现动态统计人工收费车道的车辆各种排队长度情况所占的比例，构建ETC系统实施的能源环境效益测算模型，定量评估整个ETC系统所带来的环境效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高速公路ETC(电子不停车收费)环境效益测算方法，属于ETC数据应用和驾驶模拟实验领域。
技术介绍
电子不停车收费系统(ETC)能够明显地提高收费站区的车辆通行效率，减少汽车尾气排放，节省收费站用地，降低公路运营部门的管理成本。测算ETC系统的环境效益对于定量评估ETC的节能减排效果具有重要意义。机动车辆废气的排放主要有碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化合物和颗粒物质，CO、HC、NOX的排放量可作为环境影响的评价指标。目前计算经过ETC车道和人工收费车道不同类型的车辆的油耗与排放量多采用间接计算方法。间接计算方法一般先采用仿真模拟、现场观测试验、数学模型计算等方法模拟收费站交通流的变化，进而确定车辆的运行状态的有关参数；应用模拟车辆的运行状态与油耗的关系的相关模型，得到车辆在收费站的油耗，并根据车辆的运行状态，利用相应的排放因子的模拟模型，计算出相应的排放因子，进而再计算车辆在收费站区的排放量。间接计算方法大多基于仿真软件或单车实验，未能开展系统的实车试验定量评估整个ETC系统所带来的环境效益。另外，传统车辆排放模型无法准确评估经过收费站车辆的启动–停止这一过程真实排放情况；间接计算方法基于传统排队论模型，假设车辆到服从泊松分布，基于来车强度和服务时间估算排队概率，与实际车辆到达、排队情况有一定差距。本方法首先通过交通调查获得车辆经过ETC收费车道与人工收费车道的全程速度变化，基于视频检测器数据获得人工收费车道的车辆各种排队长度情况所占的比例，利用专用的精确仪器，直接测试不同车型车辆在不同排队情况下经过收费车道时发动机的燃油耗量与排放量，来估算ETC获得的效益，该方法测量车辆的油耗与排放量较间接计算法更加准确。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种高速公路ETC系统环境效益测算方法，通过开展不同车型实车驾驶实验，获取了ETC和人工收费车道两类不同收费模式下车辆的油耗和尾气排放值。为今后开展ETC系统的综合评价，节能减排效益的测算与预测、碳交易量计算，以及发展策略制定提供了支撑。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：高速公路ETC系统环境效益测算方法，车辆的油耗与排放指标计算主要分为五个步骤，首先根据各ETC卡办理中心的登记记录，确定现有办理ETC业务的各种类型的车辆比例。然后，通过各个收费场站的实地调查，掌握车辆经过不同类型收费车道时全程的速度变化。其次，根据收费站收费广场视频检测器数据，统计经过人工收费车道的车辆各种排队长度情况所占的比例。根据前面两个调查的结果进行实验，获取不同车型在不同排队长度通过不同收费车道的油耗和污染物(HC化合物，CO化合物和NOx化合物)排放监测值。最后，根据ETC节能减排综合计算模型确定ETC系统的综合环境效益。污染物为HC化合物、CO化合物、NOx化合物。其特征在于包括以下步骤：步骤1，确定试验车型；根据车辆登记时的车辆型号与排量信息调查，获得ETC系统登记用户车辆的品牌、型号和排量，并从中国工业和信息化部公布的《轻型汽车燃油消耗数据库》检索得到每一种登记车型的标准油耗推荐值。严格按照车辆的油耗与排放的分布情况，通过用“K-均值聚类”方法将测试车辆分类，根据类中心排量和类中心油耗选择代表性车辆展开油耗和排放模拟实验。步骤2，实地调查车辆经过ETC和人工收费车道全程的速度变化特性；在对ETC车道和人工收费车道实地调查过程中采用采用雷达测速和单点观测相结合的测速方法(该方法适用于低速测定)，采集距离收费口200米远范围内车辆的减速进入收费口与加速离开收费口的速度变化过程，以及车辆在MTC车道的服务时间；车辆在ETC车道的经过最低速度等。步骤3，视频数据处理获得实时的车道排队长度；由于车辆通过ETC车道时服务时间较短，其通行能力较高，因此在平峰时段，基本没有排队现象，高峰时段即使形成排队，其排队现象持续时间非常短，并不会形成拥堵。而人工收费车道在高峰时期和平峰时期会出现不同的排队长度，当排队长度为不同值时，车辆经过收费站ETC车道节约的能源和减少的排放量有所不同。利用收费站广场的视频检测器数据，根据公式(1)统计人工收费车道的车辆各种排队长度情况所占的比例，作为效益计算的权重值。排队系统中有j辆车排队的比例为： P ( j ) = Σ l = 1 n t l j n T - - - ( 1 ) ]]>式中，T为统计周期；n为人工收费车道数；l为人工收费车道的车道编号，l＝1,2,3.……n；tlj为统计周期内第l条人工收费车道排j辆车时的累计时间。视频检测器数据应采用来自收费站广场侧向安装的视频检测器，可有效避免车道之间遮挡。步骤4，排放模拟试验；测试不同类型的车辆经过ETC车道与人工收费车道过程中的油耗与排放量情况，选取不同类型的实验车辆，分别模拟其经过ETC与人工收费车道的时间-速度轨迹，既将不同车型在实验中，分别按照设定的时间-速度曲线模拟其经过ETC与人工收费车道的过程。根据实验获得的以秒为单位的时间序列的车辆油耗与排放量结果，截取所需实验区间段的数据结果，计算不同类型的车辆经过ETC收费站的油耗与排放量，以及不同排队长度下车辆经过人工收费车道的油耗与排放量。实验得到的结果包括：不同类型车辆经过ETC时的油耗与排放；不同类型车辆经过人工收费车道(包括拿票与缴费)时，在不同排队长度情况下的油耗与排放量。步骤5，ETC节能减排综合计算模型；对于整个ETC系统的环境效益评价，应该在不同车型、不同排队长度条件下，综合计算车辆通过收费车道的耗油减少值和尾气排放量减少值。根据式(2)和式(3)确定第m年的总油耗量的减少量Δom和总排放减少量Δgm： Δ o m = Σ i = 0 Σ j = 1 V E M · r i · r j Δ o i j - - - ( 2 ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
高速公路ETC系统环境效益测算方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，步骤1，确定试验车型；根据车辆登记时的车辆型号与排量信息调查，获得ETC系统登记用户车辆的品牌、型号和排量，并从中国工业和信息化部公布的《轻型汽车燃油消耗数据库》检索得到了每一种登记车型的标准油耗推荐值；严格按照车辆的油耗与排放的分布情况，通过用“K‑均值聚类”方法将测试车辆分类，根据类中心排量和类中心油耗选择代表性车辆展开油耗和排放模拟实验；步骤2，实地调查车辆经过ETC和人工收费车道全程的速度变化特性；在对ETC车道和MTC车道实地调查过程中采用采用雷达测速和单点观测相结合的测速方法(该方法适用于低速测定)，采集距离收费口200米远范围内车辆的减速进入收费口与加速离开收费口的速度变化过程，以及车辆在MTC车道的服务时间；车辆在ETC车道的经过最低速度；步骤3，视频数据处理获得实时的车道排队长度；由于车辆通过ETC车道时服务时间较短，其通行能力较高，因此在平峰时段，基本没有排队现象，高峰时段即使形成排队，其排队现象持续时间非常短，并不会形成拥堵；而人工收费车道在高峰时期和平峰时期会出现不同的排队长度，当排队长度为不同值时，车辆经过收费站ETC车道节约的能源和减少的排放量有所不同；利用收费站广场的视频检测器数据，根据公式(1)统计人工收费车道的车辆各种排队长度情况所占的比例，作为效益计算的权重值；排队系统中有j辆车排队的比例为：P(j)=Σl=1ntljnT---(1)]]>式中，T为统计周期；n为人工收费车道数；l为人工收费车道的车道编号，l＝1,2,3.……n；tlm为统计周期内第l条人工收费车道排j辆车时的累计时间；视频检测器数据应采用来自收费广场侧向安装的视频检测器，可有效避免车道之间遮挡；步骤4，排放模拟试验；为测试不同类型的车辆经过ETC收费车道与MTC车道过程中的油耗与排放量情况；选取不同类型的实验车辆，分别模拟其经过ETC与MTC的时间——速度轨迹，既将不同车型在实验中，分别按照设定的时间‑速度曲线模拟其经过ETC与人工收费车道的过程；根据实验获得的以秒为单位的车辆油耗与排放量结果，截取所需实验区间段的数据结果，计算不同类型的车辆经过ETC收费站的油耗与排放量，以及不同排队长度下车辆经过人工收费车道的油耗与排放量；实验得到的结果包括：不同类型车辆经过ETC时的油耗与排放；不同类型车辆经过人工收费车道时，在不同排队长度情况下的油耗与排放量；步骤5，ETC节能减排综合计算模型；对于整个ETC系统的环境效益评价，应该在不同车型、不同排队长度条件下，综合计算车辆通过收费车道的耗油减少值和尾气排放量减少值；根据式(2)和式(3)确定第m年的总油耗量的减少量Δom和总排放减少量Δgm：Δom=Σi=0Σj=1VEM·ri·rjΔoij---(2)]]>式中：VEM代表第m年ETC的总交易量；ri代表第i种车型在总车型中所占的比例；rj代表到达人工收费车道后后排队长度为j的车辆所占的比例；Δoij代表第i种车型，在到达人工收费车道时如果排队长度为j，比ETC车道要多耗费的油量；Δgm=Σi=0Σj=1VEM·ri·rjΔgij---(3)]]>式中：VEM代表第m年ETC的总交易量；ri代表第i种车型在总车型中所占的比例；rj代表到达人工收费车道后排队长度为j的车辆所占的比例；Δgij代表第i种车型，在到达人工收费车道时如果排队长度为j，比走ETC车道要多排放的某种废气物的排放量。...

【技术特征摘要】
1.高速公路ETC系统环境效益测算方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，步骤1，确定试验车型；根据车辆登记时的车辆型号与排量信息调查，获得ETC系统登记用户车辆的品牌、型号和排量，并从中国工业和信息化部公布的《轻型汽车燃油消耗数据库》检索得到了每一种登记车型的标准油耗推荐值；严格按照车辆的油耗与排放的分布情况，通过用“K-均值聚类”方法将测试车辆分类，根据类中心排量和类中心油耗选择代表性车辆展开油耗和排放模拟实验；步骤2，实地调查车辆经过ETC和人工收费车道全程的速度变化特性；在对ETC车道和MTC车道实地调查过程中采用采用雷达测速和单点观测相结合的测速方法(该方法适用于低速测定)，采集距离收费口200米远范围内车辆的减速进入收费口与加速离开收费口的速度变化过程，以及车辆在MTC车道的服务时间；车辆在ETC车道的经过最低速度；步骤3，视频数据处理获得实时的车道排队长度；由于车辆通过ETC车道时服务时间较短，其通行能力较高，因此在平峰时段，基本没有排队现象，高峰时段即使形成排队，其排队现象持续时间非常短，并不会形成拥堵；而人工收费车道在高峰时期和平峰时期会出现不同的排队长度，当排队长度为不同值时，车辆经过收费站ETC车道节约的能源和减少的排放量有所不同；利用收费站广场的视频检测器数据，根据公式(1)统计人工收费车道的车辆各种排队长度情况所占的比例，作为效益计算的权重值；排队系统中有j辆车排队的比例为： P ( j ) = Σ l = 1 n t l j n T - - - ( 1 ) ]]>式中，T为统计周期；n为人工收费车道数；l为人工收费车道的车道编号，l＝1,2,3.……n；tlm为统计周期内第l条人工收费车道排j辆车时的累计时间；视频检测器数据应采用来自收费广场侧向安装的视频检测器，可有效避免车道之间遮挡；步骤4，排放模拟试验；为测试不同类型的车辆经过ETC收费车道与MTC车道过程中的油耗与排放量情况；选取不同类型的实验车辆，分别模拟其经过ETC与MTC的时间——速度轨迹，既将不同车型在实验中，分别按照设定的时间-速度曲线模拟其经过ETC与人工收费车道的过程；根据实验获得的以秒为单位的车辆油耗与排放量结果，截取所需实验区间段的数据结果，计算不同类型的车辆经过ETC收费站的油耗与排放量，以及不同排队长度下车辆经过人工收费车道的油耗与排放量；实验得到的结果包括：不同类型车辆经过ETC时的油耗与排放；不同类型车辆经过人工收费车道时，在不同排队长度情况下的油耗与排放量；步骤5，ETC节能减排综合计算模型；对于整个ETC系统的环境效益评价，应该在不同车型、不同排队长度条件下，综合计算车辆通过收费车道的耗油减少值和尾气排放量减少值；根据式(2)和式(3)确定第m年的总油耗量的减少量Δom和总排放减少量Δgm： Δ o m ...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁剑成，林鹏飞，陈智宏，王茹，刘力力，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：京;11