基于synchro的交叉口污染物排放与信号配时集成优化研究.pdf

2011年第1期SCIENCE＆TECHNOLOGYINFORMATIONOIT论坛O科技信息

基于synchro的交叉口污染物排放与
信号配时集成优化研究

唐静’吕磊z
(1．上海理工大学中国上海200000；2．南京交通职业技术学院江苏南京210000)

【摘要】在传统的信号配时方法中，多数都是以车辆在交叉口的总延误最小为目标来优化信号配时的，很少考虑交通环境的因素，尤其是
对机动车尾气排放的控制。本文建立了以交叉口延误最小与污染物排放最小的多目标规划模型，并运用Synchro交通仿真软件对实际案例进
行模拟，在模拟求解过程中发现，延误最小和排放最小往往不能同时达到最优，在多组非劣解中，应考虑土地利用性质和行人分布等因素，为相
关部门做决策提供了理论依据和参考方案。
【关键词】交叉口；污染物排放；信号配时；synchro

随着社会经济和城市交通的日益发展，机动车的保有量不断创下Ei=∑(EL』)+∑(删砌(3)
新高，城市机动化程度的提高既方便了居民出行．也造成了严重的交
通拥挤和大气污染。由机动车尾气排放引起的城市大气污染问题已越其中，E为i种污染物排放量，g／h；n为车道组数；gJ为第条车道
来越受到人们的关注，特别是在交通密度大、行驶状况复杂的交叉口组的标准小汽车交通量，pcu／h；三，为第条车道组被定义的长度，km；
处，车辆反复地加速、减速及怠速，所产生的污染物浓度是路段上的为第f条车道组每辆车的平均信号控制延误，s／pcu。
1O倍以上【jI，这必然对交叉口过往的行人和附近的居民带来更加严重所以总排放量E的计算公式为：
的危害。E=∑E(4)
如何在发展经济的同时，建立一个人、车、路、环境和谐发展的交
3交叉口延误计算
通体系，这个问题已经被认为是全球最严重也是最具挑战性的课题之

一
。在传统的信号配时方法中．多数都是以车辆在交叉口的总延误最交叉口延误是15min分析期间的平均每车信号控制延误【4】，交叉
小为目标来优化信号配时的，很少考虑交通环境的因素，尤其是对机口延误须对各进口道分别估算各车道的每车平均信控延误。各车道延
动车尾气排放的控制。建立一个同时兼顾交通流特性和机动车尾气排误包括均匀延误、随机附加延误和初始排队延误三部分，即：d-d。+d2+
放情况的交通信号控制模型具有重要的理论意义和实用价值。以(5)
其中：d为各车道每车平均信控延误(s／pc~)；d。为均匀延误，即车
1交叉口污染物特性
辆均匀到达所产生的延误cu)；如为随机附加延误，即车辆随机到达
机动车排出的污染物是燃料在发动机气缸内燃烧后的产物，汽油并引起超饱和周期所产生的附加延误(c；如为初始排队附加延误，
发动机由于预混合燃烧，未燃混合气的温度和压力不断升高，燃烧逐即在延误分析期初停有上一时段留下积余车辆的初始排队始后续车
渐加速，生成的主要污染物是CO、HC和N。柴油发动机由于以扩散辆经受的附加延误cu)。
燃烧为主混合气的浓度和燃烧温度分布不均匀，易生成碳烟。这些污d：0．5C—1盟2矗_(6)
染物对人体的危害很大，C0易和血液中的血红蛋白结合，能阻止血红一min(x．1U
蛋白向人体组织输送氧气，使体内缺氧，使人窒息；HC对人的口鼻黏
膜有刺激性，对人的神经系统有害，有一定的致癌作用；NO是氮养化d~=900T[(x-1)+、／_1)2t8ex](7)
物的总称，易和HC形成化学反应生成“光化学烟雾”．这种氧化性很
强的二次污染物，对生态系统危害很大。I36o0尊咖_m㈣‘’
行驶在道路上的机动车污染物排放是一种流动性的污染源，与固1800
定污染源相比，它还具有以下特点：①与交通流的运行状态有关，机动
其中：c为周期时长(s)；A为所计算车道的绿信比；为所计算车
车流量大的路段．大气中污染物的浓度明显高于流量小的路段，交叉
道的饱和度：CAP为所计算车道的通行能力pcWh；T为分析时段的持
口的污染比路段上严重。②具有时间上的不均衡性，高峰时段的污染
续时间(}1)，取O．25h；e为单个交叉口信号控制类型校正系数，定时信
要比其他时间更严重目。③受气象条件影响，大气中污染物的扩散与气
号取0．5；Q为分析期初始积余车辆(辆)；t为在T中积余车辆的持续
象条件如气压、气温、风向、风速以及风向与道路之间的夹角等因素有
时间fh)。
着密切的关系。④路旁建筑物形态、布局对污染扩散有较大的影响。
整个交叉口的平均信控延误，按该交叉1：3中各进I=1道延误的加权
2交叉口污染物排放量的计算数估算：

交叉口污染物排放量包括两部分【3】：一部分是车辆在交叉口区域肚
内行驶时的尾气排放量；另一部分是车辆在所有进口道怠速时的尾气其中，D为整个交叉口中每辆车的平均信控延误，c；出为进
排放量。口A的平均信控延误，(c¨)；为进