城市道路交叉口处颗粒物空间分布规律

第45卷第5期

2019年5月

北京工业大学学报

JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Vol.45No.5

May 2019

城市道路交叉口处颗粒物空间分布规律

于　泉,梁　锐,郭增增,朱小飞

(北京工业大学城市交通学院,北京　100124)

摘　要:为了在宏观上掌握交叉口处颗粒物的分布规律,通过采集北京市多个交叉口处的颗粒物质量浓度,并进一步分析颗粒物质量浓度与交通特性之间的相关关系以及数据之间的拟合估计,建立交叉口处颗粒物的空间扩散模型,最终得出颗粒物在城市道路交叉口处的分布规律,即:颗粒物质量浓度在交叉口处横向断面上的分布基本呈现中央较高,随后向两侧递减的趋势;颗粒物在交叉口处50m 范围内纵断面上的扩散规律为越靠近交叉口停车线的点位颗粒物质量浓度越高,波动越大,且人行道上的纵向分布波动性高于机动车道的波动性;颗粒物PM 2.5与颗粒物PM 10规律一致.

关键词:交叉口;颗粒物;空间分布;扩散模型中图分类号:U 121

文献标志码:A

文章编号:0254-0037(2019)05-0485-08

doi :10.11936/bjutxb2017120033

收稿日期:2017⁃12⁃20

基金项目:北京市交通委员会重点资助项目(40106001201622)

作者简介:于　泉(1976 ),男,副教授,主要从事智能交通㊁交通控制方面的研究,E⁃mail:yuquan@

Law of Spatial Distribution of Particles at

the Intersection of Urban Roads

YU Quan,LIANG Rui,GUO Zengzeng,ZHU Xiaofei

(College of Metropolitan Transportation,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)

Abstract :To grasp the distribution law of particulate matter at an intersection,by collecting the

concentrations of particulate matter at many intersections in Beijing and further analyzing the correlation between particle concentration and traffic characteristics and fitting estimation of data,a spatial diffusion model of particulates at the intersection was established.Finally,the distribution of particles at the intersection of urban roads was obtained.Results show that the distribution of particulate matter on the cross section of the intersection is higher in the center and then decreases to the two sides.The higher the concentration of particulate matter at the point near the intersection parking line is,the greater the fluctuation is.The fluctuation of the particle concentration on the sidewalk is higher than that on the driveway.The regularity of PM 2.5in particulate matter is consistent with that of PM 10in particulate matter.

Key words :intersections;particles;spatial distribution;diffusion model 交叉口作为城市道路中的重要节点,车辆在交叉口处频繁地加减速运动,使得城市道路交叉口成为环境质量较差的区域.在宏观上掌握交叉口处污染物的分布规律,可以为交叉口处污染物分布的预测提供

科学依据.通过对污染物在交叉口处扩散的研究,确定影响污染物分布的各个因素,进一步为环境保护部门制定降低各种污染物浓度的措施提供依据.

国外学者自20世纪60年代末开始对机动车尾

北　京　工　业　大　学　学　报2019年

气扩散模型进行了多方面研究.机动车尾气扩散模型主要分为街道峡谷式模式和道路扩散模式.本课题的主要研究对象城市道路交叉口属于道路扩散模式,道路扩散模式的主要代表模型有HIWAY⁃2和

CALINE等[1⁃2],较新的模型有英国剑桥环境研究公司的ADMS模型和美国环保局的RLINE模型[3⁃4]. HIWAY⁃2模型将大气稳定度分为不稳定㊁中性和稳定3个稳定度等级,并在扩散过程中考虑车辆行驶的机械湍流对其产生的影响.国内的陈璐等[5]对我国不同地区㊁不同时间的PM2.5质量浓度监测值进行了汇总,发现由于功能区㊁污染物来源㊁气象条件等的不同,PM2.5的质量浓度分布存在着时间㊁空间上的相应差异.湖南科技大学的杨文涛等[6]借助于空间聚类分析技术,对北京市2014年PM2.5浓度的聚集结构进行探测.

从国内外研究现状来看,大部分研究主要侧重对道路上或者大区域如城市或国家的大面积污染物方面的研究,污染物也主要集中在CO和氮氧化物这一类.本文针对城市道路交叉口以及颗粒物进行单独研究,并在研究空间分布规律的基础上建立空间分布模型,是对颗粒物浓度分布研究的创新和补充.

1　监测方案及数据分析

为探索城市道路交叉口处颗粒物的多方位空间分布规律,选择横向㊁纵向以及高度3个维度进行监测,监测点位主要分布在交叉口处的不同功能区,如机动车道㊁非机动车道㊁人行道等.针对颗粒物的监测仪器为手持式PM2.5高精度速测仪和可移动式痕量气体分析仪,手持式PM2.5高精度速测仪是用于测量空气中PM2.5(可吸入肺颗粒物)以及PM10(可吸入颗粒物)数值的专用监测仪器,具有操作简单方便㊁性能稳定等特点,方便工作人手持便携式监测仪在多个监测点位流动式走动,短时间多频次监测,该仪器的记录频率为每秒记录1次,即每分钟60组数据,适用于安全性低㊁大型仪器无法长时间放置的点位.而可移动式痕量气体分析仪是采用美国环境传感器技术公司生产的电化学ppb级气体传感器.经过多年验证,可以测定环境级气体,其灵敏度可低达

1×10-9,激光散射单元分析环境中的粉尘.该仪器的记录频率为每分钟记录1次.所有监测仪器在正式监测前均进行仪器校准,保持与环保局公布的环境质量数据一致.

1.1　交叉口处横向点位监测方案

本次调研选择3种不同等级的道路与主干道相交的交叉口进行实地监测,分别是主干道与主干道相交交叉口(主主相交)㊁主干道与次干道相交交叉口(主次相交)以及主干道与支路相交交叉口(主支相交).监测指标为颗粒物PM2.5和PM10,PM2.5和PM10作为悬浮在空气中的可吸入细颗粒物,会受到风力影响,因此选择在晴朗㊁无风或者微风(风速小于4m/s)情况下进行观测,并记录交通参数例如交通流量以及车速情况,同时用录像机记录整个监测过程中交叉口的车辆运行情况.

因主干路上各个点位监测位置宽度满足大型仪器放置,主干路选择 固定点位式”监测,即放置可移动式痕量气体分析仪进行长时间监测,其余类型的道路的监测点位宽度有限,无法长时间放置大型仪器,因此采用 移动走位式”的监测方法,即手持便携式监测仪在各个点位走动式监测,数据结果以多条多色折线进行表示.各个地点的监测时间均为7:00 19:00,各个监测地点的具体情况如表1所示,监测点位分布如图1~3所示.

表1　交叉口环境监测情况表

Table1　Overview of environmental monitoring at intersections

交叉口类型监测地点

监测断面

位置

监测断面

车道数

监测断面中央

隔离情况

监测仪器

主主相交西大望路与双龙路交

叉口

双龙路双向八车道中央绿化带隔离多组分仪㊁录像机

主次相交松榆南路与武圣东路

交叉口

武圣东路双向四车道中央护栏隔离

手持式PM2.5高精度速测

仪㊁录像机

主支相交左安门内大街与龙潭

路交叉口

龙潭路双向两车道无中央隔离

手持式PM2.5高精度速测

仪㊁录像机

1.2　颗粒物的横向空间分布

从图4~6可以看出,在主干路与支路相交的交叉口处,支路横截面处颗粒物的质量浓度分布基本呈现凸行波的空间分布趋势,支路无中央隔离带,多

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