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《武汉理工大学》 2011年
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城市公交客车尾气污染分析及优化控制研究

巩晶  
【摘要】:随着城市机动车保有量的迅速增加,机动车尾气已经成为我国城市大气环境的主要污染源之一,制约着城市的可持续发展。对车辆尾气排放进行有效控制已成为亟待研究解决的问题。公交客车作为我国各大中城市的主要公共交通工具,使用区域集中在城市中心区域,行驶时间长,并且由于公交车辆需要停靠站点,导致车辆频繁地进行启动、加减速操作,产生较为严重的尾气污染,在机动车尾气排放总量中占有比较大的份额。为了掌握城市公交客车运营对大气环境的影响,建立考虑环境因素的公交绿色运营策略,文中根据实验及调研数据运用排放模型分析了城市公交客车的排放状况,挑选出对公交车辆排放有显著影响且易于进行调控管理的因素,基于数学规划方法对公交车辆配置问题、公交车辆区域调度问题以及公交票价制定问题进行了研究,建立了相关的优化模型,并采用群智能算法对模型进行求解。主要研究工作总结如下: 1)以武汉市为研究对象,通过实验和调研收集了公交车辆的相关数据,分析了武汉市公交车辆的行驶特征。选取适合发展中国家的IVE模型作为评估公交车辆尾气排放的研究工具,根据车辆运行工况计算得到了武汉市公交车辆尾气污染的排放清单。对各种公交车型的尾气污染贡献率进行了研究,对影响公交车辆尾气排放的相关因素进行了分析归类,从中选取出易于进行调控管理的三个因素作为后续研究的对象。 2)分析计算了不同类型公交车辆的购买成本、使用成本、报废收入以及尾气排放情况。根据车辆相关成本以及排放污染的计算结果,建立了一个基于整数规划的公交车辆配置管理模型,可以在兼顾环境目标的条件下科学地做出公交车辆更新、报废决策。模型以规划期内系统总成本最小为优化目标,以尾气污染控制为主要约束条件,并综合考虑了预算资金、设施容量、乘客需求等因素。以武汉市某大型公交公司进行案例分析,结果表明车辆购置补贴和燃油价格是影响车队车辆配置的敏感因素,当补贴下降、柴油与天然气价格差距拉大时,天然气车以及传统柴油车的采购量会增多,车辆提前报废的现象也会明显增加。 3)将车辆运行的环境影响纳入到公交车辆调度的考虑范围中,根据公交运营的特征及其相关要求,建立了以公交网络中车辆固定成本,车辆运行成本和尾气污染成本最小化为目标的调度模型。模型可以确定公交车辆的停放车场,为所有车次任务分配最佳的执行车辆。引入变邻域算法,对传统蚁群算法进行了改进,提高了求解速度和效率。选取武汉市不同的公交线路组成区域调度网络进行案例分析,结果表明所建立的模型实现了车辆资源的合理利用。与各线路独立优化方案对比,区域调度方案所需车辆数目更少,系统综合成本和尾气污染成本也分别有不同程度的下降。 4)基于双层规划方法,建立了在拥挤收费条件下的公交票价优化模型。通过公交票价和拥挤收费的优化组合方案对出行者的出行方式和出行路径进行调控,实现最小化出行时间和尾气排放的目标,兼顾了经济效益和环境效益。根据Logit原理描述出行者对公共交通和私人交通的选择,基于用户均衡原理构建了双层规划模型的下层模型。基于出行时间和尾气排放的计算分析,建立了上层模型,并在上层模型中综合考虑了公交票价、拥挤收费以及其他因素。设计了改进的粒子群算法求解模型的上层问题,采用凸组合算法求解模型的下层问题。针对一个小型路网进行了算例研究,验证了模型的正确性和可行性。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X734.2

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