Оценка влияния динамических характеристик транспортного потока на выбросы загрязняющих веществ автомобилем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.10, кандидат технических наук Колесников, Сергей Павлович

• Колесников, Сергей Павлович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Колесников, Сергей Павлович

Введение.

1. Анализ состояния вопроса, цель и задачи исследования

1.1. Общее состояние экологической обстановки в мире и в России.

1.2. Аналитический обзор передвижных источников при оценке выбросов загрязняющих веществ и их токсичности.

1.3. Анализ подходов в моделировании при исследовании транспортных потоков.

1.4. Обзор программно-аппаратных средств для контроля и оценки уровня загрязнения атмосферы.

1.5. Цель и задачи исследования

2 Моделирование транспортных потоков и установление взаимосвязи с экологическими характеристиками.

2.1 Моделирование транспортных потоков.

2.2 Моделирование энергетических показателей транспортного потока.

2.3 Моделирование экологических показателей транспортного потока.

3. Экспериментальные исследования и оценка адекватности моделей.

3.1. Планирование экспериментальных исследований.

3.2. Измерительно-вычислительный комплекс ИВК-01.

3.3. Исследование динамики транспортных потоков.

3.4. Исследование энергетических характеристик транспортных потоков.

3.5. Исследование экологических характеристик транспортных потоков.

3.6. Оценка адекватности моделей.

4. Анализ практического применения результатов исследования.

I 4.1 Введение.

4.2 Методика расчета мгновенных выбросов токсических компонентов в отработавших газах легковых автомобилей на участках улично-дорожной сети.

4.3 Оценка экологической эффективности результатов исследования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка влияния динамических характеристик транспортного потока на выбросы загрязняющих веществ автомобилем»

Актуальность темы. Оценка техногенных выбросов в атмосферу и доли в них различных источников загрязнения является одним из важнейших этапов планирования мероприятий, направленных на снижение уровня выбросов в атмосферу загрязняющих веществ, управления качеством воздушной среды.

По данным Всемирной организации здравоохранения до 50% заболеваний человека в наше время связаны с ростом экологического напряжения. Главным источником загрязнения атмосферы являются транспорт и промышленные предприятия [6, 77, 80, 102,].

Стационарные источники загрязнения атмосферы - промышленные предприятия - располагаются, как правило, вне населенных пунктов, за пределами санитарно-защитных зон. Передвижные источники автотранспортные средства - концентрируются в населенных пунктах, что значительно увеличивает воздействие токсичных выбросов автотранспорта на загрязнение воздуха городов и, соответственно, на здоровье человека. Вклад передвижных источников в существующий уровень загрязнения приземного слоя атмосферы, в первую очередь, в больших городах, очень существенен. Выбросы токсичных веществ автомобилями на единицу использованного топлива больше, чем стационарными источниками. Кроме того, токсичные вещества в отработавших газах дизельного топлива значительно менее концентрированы, чем у бензиновых двигателей. Все это приводит к тому, что автотранспорт создает в городах обширные и устойчивые зоны, в пределах которых в несколько раз превышаются санитарно-гигиенические нормативы загрязнения воздуха [5, 10, 19, 20, 33, 38,40, 60,104, 116].

На основании вышеизложенного, а также исследований, проведенных рядом автодорожных и научно-исследовательских институтов, можно сделать следующий вывод: автомобильный транспорт с бензиновым двигателем — основной «загрязнитель» атмосферы в крупных городах.

Снижать выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта можно разными методами, одним из которых является экологически ориентированная организация дорожного движения. Традиционные методики по организации дорожного движения нацелены на увеличение пропускной способности определенных участков дорог, что вовсе не означает снижение выбросов загрязняющих веществ до приемлемого уровня [45, 49, 83]. В связи с этим актуальным является исследование динамических характеристик транспортного потока, как одного из факторов, влияющего, на выбросы загрязняющих веществ автомобилем в условиях «реального» движения.

Объектом исследования служит процесс изменения массовых выбросов загрязняющих веществ при изменении условий движения транспортного потока.

Предметом исследования является процесс формирования массовых выбросов загрязняющих веществ легкового автомобильного транспорта при движении на городских улицах.

Научная новизна. Разработаны закономерности изменения расхода топлива и токсичности отработавших газов автомобилями с бензиновыми двигателями внутреннего сгорания от изменения динамических характеристик транспортного потока. Разработана математическая модель формирования массовых выбросов автотранспорта в атмосферу.

Практическая ценность. Разработанные методические, программные и аппаратные средства для контроля и оценки уровня загрязнения воздуха автомобильным транспортом используются на практике при регулировании дорожного движения с целью снижения вредного воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду и человека. Разработаны рекомендации по управлению транспортными потоками с использованием информационных систем.

Реализация результатов работы. Полученные результаты, методики и разработанные программы используются в Тюменском областном департаменте по охране окружающей среды, Государственной инспекции безопасности дорожного движения г.Тюмени. Разработан мобильный измерительно-вычислительный комплекс (аппаратные и программные средства), позволяющий в реальном времени осуществлять наблюдения за энергетическими и экологическими характеристиками автотранспортного потока. Результаты исследований используются при подготовке учебно-методического материала для специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» ТюмГНГУ.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на областной межвузовской конференции «Информационные технологии в образовательном процессе», • (Тюмень, 2002г.), международной научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях» (Тюмень,2001г.), межвузовской научно-методической конференции «Единая образовательная среда. Проблемы и пути ее развития» (Томск, 2003г.), научных семинарах кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» ТюмГНГУ (2000 -2003г.)

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в шести статьях.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация автомобильного транспорта», Колесников, Сергей Павлович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель расхода топлива и выбросов ЗВ транспортного потока при движении на УДС города. Модель позволяет оценить мгновенные значения токсичности компонентов ЗВ в ОГ.

2. Сформулированы зависимости расхода топлива и выбросов ЗВ от скорости движения транспортного потока.

3. Выполнена структурная и параметрическая идентификация модели расхода топлива и выбросов ЗВ от динамических характеристик транспортного потока.

4. Разработаны программно-аппаратные средства, позволяющие провести экспериментальные исследования, в результате которых определены численные значения параметров математических моделей.

5. Доказана адекватность полученных моделей. Численные значения коэффициентов корреляции уравнения содержания ЗВ в ОГ составили для СО - 0,63, для СН — 0,72, что указывает на достаточную полноту учета факторов в моделях.

6. На основании проведенных исследований, предложена методика расчета мгновенных выбросов токсичных компонентов в ОГ легковых автомобилей на участках УДС. Методика рекомендована к применению Департаментом по охране окружающей среды Тюменской области.

7. Определена экологическая эффективность (предотвращенный экологический ущерб) от внедрения разработанной Методики. Ее применение позволяет снизить токсичность ОГ на отдельных участках УДС до 30%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Колесников, Сергей Павлович, 2003 год

1. Аксенов И.Я. Аксенов В.Н. Транспорт и охрана окружающей среды. — М.: Транспорт, 1986. — 176 с.

2. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учебное пособие для вузов /Отв. ред. В.Н.Луканин.- М.: Инфра-М, 1998.-408с.

3. Афлятонов Ф.С., Роднянский В.М. Использование альтернативных моторных топлив на транспорте США.- М.: ИРЦ Газпром, 1995. 71 с.

4. Бучин В.Н. Обезвреживание дизельного выхлопа с помощью каталитических нейтрализаторов. М.: Знание, 1969.- 247 с.

5. Богдаевский О.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания и пути ее снижения. М.: Энергия, 1966. - 450 с.

6. Берлянд. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 272 с.

7. Брайловский Н.О. Управление движением транспортных систем. М.: Транспорт, 1975. - 112 с.

8. Браунли К.А. Статистическая теория и методология в науке и технике. -М.: Наука, 1977.-407 с.

9. Беккер А.А., Волков Э.П. Исследование содержания оксидов азота в приземном слое воздуха г.Москвы //Теплоэнергетика.-1994. № 6.-С.28-31.

10. Ю.Бейкер Б.Г. Контроль состава выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.- М.: Химия, 1982. 672 с.11 .Васильковский В.Е. Жидкостные очистители отработавших газов карбюраторных двигателей // Караганда. 1971. №7. - С. 15-17

11. Вонг Д. Теория наземных транспортных средств. М.: Машиностроение, 1982.- 213 с.

12. З.Васильев А.П., Фримштейн М.И. Управление движением на автомобильных дорогах. М.: Транспорт, 1979. - 296 с.

13. Вагнер Т.О., Лоуренс Д.К., Плаутц Д.А. // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. 1981. №1. - С. 82-89.

14. Ваеиленко В.Е. Перспективы снижения загрязнения атмосферного воздуха Москвы автотранспортом // Экология и пром-сть России.-1997. №9.- С.21-26.

15. Гуреев А. А., Азев B.C. Автомобильные бензины. Свойства и применение. М.: Нефть и газ, 1996.- 444 с.

16. Гильмутдинов А.Т., Танатаров М.А. Перспективы и проблемы альтернативных моторных топлив. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1998. - 131 с.

17. Говорушенко Н.Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомобильном транспорте. М.: Транспорт, 1990. - 135 с.

18. Гутаревич Ю.Ф. Исследование токсичных выбросов автомобиля в эксплуатационных условиях // Проблемы машиностроения,-1983. №20. С.53-57.

19. Горбанев Р.В. Городские улицы и дороги с многополосной проезжей частью. М.: Стройиздат, 1984. - 168 с.

20. Гусейнов А.Н. Экология г.Тюмени: состояние, проблемы. Тюмень: Издательская фирма "Слово", 2001. - 176с.

21. ГОСТ 17.2.2.03-87 "Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерений содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Требования безопасности"

22. ГОСТ 21393-75 "Автомобили с дизелями. Дымность отработавших газов. Нормы расхода и измерений, требования безопасности"

23. ГОСТ 2084-77. «Бензины автомобильные. Технические условия».

24. ГОСТ Р 17.2.02.06-99 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах газобаллонных автомобилей».

25. Гаврилов А.А. Моделирование дорожного движения. М.: Транспорт, 1980.-189 с.

26. Голованов О.В., Дуванов С.Г., Смирнов В.Н. Моделирование сложных дискретных систем на ЭВМ третьего поколения: (Опыт применения GPSS). М.: Энергия, 1978. - 160 с.

27. Грабовой, А.Н. Бодров, С.В. Власов, Е.М. Чубов. Основы экологии автотранспортного комплекса. М.: Центр инноваций в педагогике, 1999.-240 с.

28. Дьяков А.Б., Игнатьев Ю.В. Экологическая безопасность транспортных потоков. М.: Транспорт, 1989. - 128 с.

29. Дрю Д.Р. Теория транспортных потоков. М.: Транспорт, 1972. - 424с.

30. Дудышев В.Д. Перспективные технические разработки и изобретения по экологическому усовершенствованию автотранспорта // Экология и пром-сть России. 1998. №12 - С. 4-9.

31. Демченко О.Н. Пути уменьшения вредности отработавших газов карбюраторных двигателей. М.: НИИНавтопром, 1966. - 235 с.

32. Давиденко Н.М. Проблемы экологии нефтегазоносных и горнодобывающих регионов севера России. Новосибирск: Наука, 1998.-224с.

33. Двоченко Н.Х. Теория двигателей внутреннего сгорания. JL: Машиностроение, 1974.-551 с.

34. Евтухов А.В. Расчетные методы определения массовых выбросов вредных веществ по расходу топлива автомобилей с бензиновымидвигателями в эксплуатационных условиях: Дисс. канд. техн. раук. Тюмень. 1999.-238с.

35. Евгеньев И.Е., Каримов Б.Б. Автомобильные дороги в окружающей среде. М.: Трансдорнаука, 1997. - 286 с.

36. Проектирование сетей и систем передачи дискретных сообщений: Учеб. пособие для вузов / Зелигер Н.Б., Чугреев О.С., Яновский Г.Г. -М.: Радио и связь, 1984. -176 с.

37. Иносэ X., Хакамада Т. Управление дорожным движением. М.: Транспорт, 1983. - 248 с.

38. Игнатович Н.И., Рыбальский Н.Г. Чем опасен транспорт для людей, животных и растений? М.: РЭФИА, 1996. - 82 с.

39. Красников А.Н. Закономерности движения на многополосных автомобильных дорогах. М.: Транспорт, 1988. - 112 с.

40. Клинковштейн Г.И. Организация дорожного движения. М.: Транспорт, 1975. - 190 с.

41. Киселева JI.B. Охрана окружающей среды на железнодорожном транспорте. М.: Экология, 1996. - 45 с

42. Клименко С.И., Орлова Е.Р. Экология и автомобильные дороги // Проблемы окружающей среды и природ, ресурсов. 1998. № 6. - С. 112-121.

43. Кутенев В.Ф., Звонов В.А., Корнилов Г.С. Экологические проблемы автотранспорта в России // Стандарты и качество. 1998. № 5. - С. 96101.

44. Технические средства регулирования дорожного движения: Учебник / Кременец Ю.А., Печерский М.П. М.: Транспорт, 1981. - 252 с.

45. Колесов Г.В., Колесников С.П. Программный анализатор транспортных потоков. //Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях: Материалы международной научно-практической конференции 22-23 ноября 2001. Тюмень

46. Колесов В.И., Колесников С.П., Колесов Г.В. Динамические характеристики однородного транспортного потока. //Транспортные проблемы Западно-Сибирского нефтегазодобывающего комплекса. Межвузовский сборник научных трудов. Тюмень: Вектор Бук, 2002. — 260с.

47. Корчагин В.Г., Кравцов Л.Я. Измерение вероятностных характеристик случайных процессов с применением стохастических вычислительных устройств. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 128 с.

48. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1973. - 343с.

49. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология. М.: Высшая школа, 2001. - 273с.

50. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Снижение экологических нагрузок на окружающую среду при работе автомобильного транспорта. М.: ВИНИТИ, 1996. - 340 с.

51. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Экологические воздействия автомобильных двигателей на окружающую среду. М.: ВИНИТИ, 1993.- 136 с.

52. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В., Буслаев А.П., Яшина М.В. Оценка влияния транспорта на загрязнение атмосферного воздуха в крупных городах //Транспорт. 1997. №6. - С.34-44.

53. Литвак Б.Г. Экспертная информация: Методы получения и анализа. -М.: Радио и связь, 1982. 184 с.

54. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учебное пособие / Луканин В.Н., Буслаев А.П., Трофименко Ю.В., Яшина М.В. / Под ред. В.Н.Луканина. М.: Инфра-М, 1998. - 408с.

55. Автотранспортные потоки и окружающая среда 2: Учебное пособие / Луканин В.Н., Буслаев А.П., Яшина М.В./ Под ред. В.Н.Луканина. - М.: Инфра-М, 2001. - 646с.

56. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. М.: Высш. школа, 1982. - 224 с.

57. Методика расчетов выбросов в атмосферу загрязняющих веществ автотранспортом на городских магистралях. — М.: Министерство транспорта РФ и Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ, 1997. -54с.

58. Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология. -М.: Высш. школа, 1996. 637 с.

59. Бондаренко Е.В., Коротков М.В. Оценка влияния пробега на экологическую безопастность автомобиля ВА321102. //Вестник ОГУ.-2003. №1.- С.70-73.

60. Магарил Е.Р. Эксплуатационные и экологические свойства топлив для автомобильных двигателей. Пути улучшения. Екатеринбург: Уралнаука, 1999. - 175 с.

61. Мак-Ивен М., Филипс JI. Химия атмосферы. М.: Мир, 1978. - 143с.

62. Магарил Р.З. Образование углерода при термических превращениях индивидуальных углеводородов и нефтепродуктов. М.: Химия, 1973. -144с.

63. Магарил Е.Р. Экологические свойства моторных топлив. Тюмень: ТюмГНГУ, 2000. - 171 с.

64. Методика расчетов выбросов в атмосферу загрязняющих веществ автотранспортом на городских магистралях. М.: Минтранс. РФ, 1997. -54с.

65. Мэтсон Т.М. Организация движения. М.: Автотрансиздат, 1960. - 463 с.

66. Масленникова И.С. Экологический менеджмент на транспортных коммуникациях. — СПб.: Недра, 1997. 135 с.

67. Маслов Н.Н., Коробов Ю.И. Охрана окружающей среды на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт, 1997. -238 с.

68. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. -320 с.

69. Маняшин А.В. Автоматизация экспериментальных исследований эксплуатационных параметров автомобилей с использованием современных информационных технологий Транспортные проблемы Западно-Сибирского нефтегазодобывающего комплекса:

70. Межвузовский сборник научных трудов. Тюмень: Вектор Бук, 2002. -С. 130-136.

71. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. М.: Финансы и статистика, 1999. - 672 с.

72. Папок К.К., Рагозин Н.А. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям. М.: Химия, 1975. - 392 с.

73. Пшенин В.Н. Автомобильный транспорт и загрязнение приземной атмосферы озоном //Транспорт: наука, техника, управление. 1998. № 12.- С. 16-27

74. Печерский М.П. Автоматизированные системы управления дорожным движением в городах. М.: Транспорт, 1979.- 197с.

75. Проблемы экологии Москвы. Сеть наземных измерений. Учебное пособие / Отв ред. Пупырев Е.И. М.: Гидрометеоиздат, 1992. -198 с.

76. Петрухин В.А., Виженский В.А., Донченко В.В. Загрязнение городской атмосферы автотранспортом и экологический риск здоровью населения. М.:НИИАТ, 1998. -56с.

77. Плескунин В.И., Воронина Е.Д. Теоретические основы организации и анализа выборочных данных в эксперименте. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1979. - 232 с.

78. Потапов В.Д., Яризов А.Д. Имитационное моделирование производственных процессов в горной промышленности. М.: Высшая школа, 1981.-191 с.

79. Подольский В.П., Артюхов В.Г., Турбин B.C., Канищев А.Н. Автотранспортное загрязнение придорожных территорий. Воронеж: Изд-во Воронеж, гос. ун-та, 1999. -261 с.

80. Рейцен Е.А., Х.Каддах X. Моделирование транспортных потоков в городах //Безопасность дорожного движения. 2000. №1- С. 15 - 21с.

81. Рид Р., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. JL: Химия, 1971. - 704 с.

82. Румянцева Н.А. Некоторые особенности влияния автотранспорта на почвенно-растительный покров в крупных городах // Науч. и техн. аспекты охраны окружающей среды: Обзор, информ. 1996. № 4. - С. 39-50.

83. Руководство по оценке пропускной способности автомобильных дорог. М.: Высшая школа, 2001. - 273с.

84. Саблина З.А., Гуреев А.А. Присадки к моторным топливам. М.: Химия, 1977.-256 с.

85. Сильянов В.В. Теория транспортных потоков в проектировании дорог и организация движения. М.: Транспорт, 1977. - 304 с.

86. Самойлов Н.П., Игонин Е.И., Кашеваров О.А., Самойлов Д.Н. Токсичность автотранспортных двигателей и способы ее снижения. -Казань: Изд-во Казан, ун-та, 1997. 169 с.

87. Стенбрик П.А. Оптимизация транспортных сетей. М.: Транспорт, 1981.-320 с.

88. Селиванов М.Н., Фридман А.Э., Кудряшова Ж.Ф. Качество измерений: Метрологическая справочная книга. Л.: Лениздат, 1987. -295 с.

89. Сильянов В.В. Расчеты скоростей движения на автодорогах.- М.: Транспорт, 1977. 304с.

90. Соболев В.И. Основы измерений в многомерных системах.- М.: Энергия, 1975. 128 с.

91. Тюрин Ю.Н., Тюрин А.Ю. Термодинамический расчет состава выхлопных газов//Вестн.КузГТУ. 1999. №1.- С. 15-17.

92. Трофименко Ю.В. Виноградов Б.А., Шелмаков С.В., Семутникова Е.Г. Мониторинг автотранспортного загрязнения атмосферного воздуха в крупном городе //Вестн.КузГТУ. 1999. №1. -С.35-40

93. Теснер П.А. Образование углерода из углеводородов газовой фазы. М.: Химия, 1972. -136 с.

94. Трофименко Ю.В. Теория экологических характеристик автомобильных энергоустановок: Автореф. дисс. д.т.н. Москва. 1996. -32 с.

95. Защита окружающей среды в автотранспортном комплексе: Учебное пособие / Отв. ред. Фролов Ю.Н. -М.: Транспорт, 1997. 71 с.

96. Финогенов К.Г. Проектирование измерительных систем реального времени. М.: Энергоатомиздат, 1990. -256 с.

97. Хейт Ф. Математическая теория транспортных потоков. М.: Мир, 1966. -48с.

98. Ховах М.С. Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение, 1977.-591 с.

99. Цховребов Э.С. Охрана окружающей среды на железнодорожном транспорте. М.: Космосинформ, 1996. - 527 с

100. Штраус В., Мейнуоринг С. Контроль загрязнения воздушного бассейна. М.: Стройиздат, 1989. -140 с.

101. Экология автотранспортного комплекса: Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. М.:МАДИ-ТУ, 1996. -120 с.

102. Hassel D. Abgas-Emissionsfaktoren von Pkw in der Bundesrepublik Deutschland (Fahrzeuge der Baujahre 1986 bis 1990). - Koln, 1993. - 76S

103. Douaud A., Girard C.- Which are the engine and fuel technologies for the sustainable development of road transport? // WEC Journal. 1997. -July.-P. 10—21.

104. Reed L.H. California low-emission vehicle program: Forcing technology and dealing effictively with the uncertainties // Boston Coll. Environ. Aff. Law rev. - 1997. - Vol. 24. - № 4. - P. 695-793.

105. Greenberg H. An analysis of traffic flow: Opns. res., 1959. 79-85 p.

106. Tanaka. Measuring of time headway in traffic flow // Bulletin of transportation technique laboratory in Japan. 1963. - Vol. 56. - P. 32-49

107. Greenshields B.D. A study of traffic capacity // Proc. (US) highway research board. 1934. - Vol. 14. - P. 448-494.