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摘 要：减少货运中的温室气体排放在规划过程中需要使用适当的排放模型。本文回顾并比较了几种货运车辆排放模型，也考虑了它们输出领域的相关研究。
关键词：燃料消耗；排放模型；车辆路径；货运建模
1 引言
绿色物流，旨在最大限度减少运输对环境的有害影响，越来越受到重视。特别是，考虑通过更好的操作层面的规划减少二氧化碳的排放水平。测量和减少排放需要在规划中做出精确估算，反过来，估算模型也要被纳入规划方法当中。排放函数类型和性质的选择，对于规划运输活动至关重要。
如今，已经有各种各样的不同的分析排放的模型，但在估算油耗、排放、参数设置等方面都存在着或多或少的差异。在这里，我们比较了一些这样的模型，并指出它们各自的优缺点。
2 模型
2.1 模型1：瞬时油耗模型
又称瞬时模型，是由Bowyer等人提出的。它研究了车辆的特性，如重量、能量、效率参数和牵引力，以及与空气阻力和滚动阻力相关联的燃料消耗。该模型假定加速和减速的变化在1秒内发生，并且采用下列形式
[ft=α+β1Rtv+（β2Ma2v/1000）Rt>0αRt≤0] （1）
其中，[ft]（ml/s）是单位时间内的油耗，[Rt]（KN=千牛顿）是驱动车辆的牵引力，计算的是阻力、惯性力和坡度上力的总和[Rt=b1+b2v2+Ma/1000+gMω/100000]，[α]是恒定的怠速燃油率（ml/s），[β1]为单位能量的燃料消耗（ml /KJ），[β2]是加速时单位能量所需的燃油消耗（ml /（KJ.m/s2）），b1为滚动阻力，b2是空气阻力。[ω]是阶段百分比，[a]是瞬时加速度（m/s2），M是质量（kg），而[v]是速度（米/秒）。
持续时间为t0的旅程的油耗量Ft（ml/s）可以计算为：[Ft=0t0ftdt]（2）
瞬时模型对于微观层面很有效，也适合短途旅行油耗的估算。该模型没有充分利用宏观层面的数据，如停车次数，但能兼顾加速，减速，巡航和怠速阶段。
2.2 模型2：四阶段基本油耗模型
Bowyer等人描述了一个四阶段基本模型，改进了Ak?elik（1982）的估算怠速，巡航，加速和减速的燃油消耗的模型。该模型包括与模型1相同的参数，但引入了新的因子，如初始速度，最终速度和能源相关的参数。它需要涉及距离，巡航速度，空闲时间和平均公路等级等数据作为输入参数。定义怠速模式下的车辆，为发动机运转但速度低于5公里/小时。如果每个加速和减速周期的初始和最终速度都已知的话，就可以进行更精确的估算。
2.3 模型3：运行速度油耗模型
运行速度油耗模型是基本模型的一种聚合形式，由Bowyeret al. （1985）提出，计算车辆正在运行或者处于怠速期间的燃料消耗。该模型是：
[Fs=max{αti+（fi/vr+γ+Bv2r+kE1β1MEk+kE2β2ME2k++]
[0.0981kGβ1Mω）xs，αts}]（3）
其中Fs是油耗（ml），xs是总距离，vr平均运转速度（km/h），ts和ti是行驶时间和怠速时间。其中，[Ek+=max{0.35-][0.0025vr，0.15}]
该模型是瞬时模型的扩展，并且可以被看作是基本模型的聚合。加速度，减速度和怠速模式都在一个函数内结合起来考虑。它并没有考虑到车辆的巡航模式，但是它可以被用来估算各种交通情况的燃料消耗量，从短途到长途距离，但对长途更为有用。
2.4 模型4：综合排放模型
Barth et al. （2000） 和Boriboonsomsin （2008）改进了用于重型货车的综合排放模型。它是继Ross （1994）的模型之后提出的，包括三个模块：发动机功率，发动机转速和燃油消耗率。综合排放模型类似于瞬时燃料消耗模型，但对精度它需要详细的具体车辆相关的参数来估算，如发动机的摩擦系数，车辆的发动机转速等。
2.5 模型5：用于计算交通运输排放和能源消耗（MEET）的方法
Hickman et al. （1999） 研究了公路运输的排放因子，描述了一个叫做MEET的方法，用于计算重型货车的交通运输排放和能源消耗。这种方法包括各种评估函数，这主要依赖于重量介乎3.5至32吨车辆的速度和一些固定参数。车辆重量小于3.5吨，燃油消耗使用一个速度依赖函数进行估算[ε=0.0617v2-7.8227v+429.51]。对于其他类别的车辆，可以使用：
[ε=K+av+bv2+cv3+d/v+e/v2+f/v3] （4）
其中[ε]是行驶在平直公路上卸载货物车辆的排放率，v是车辆的平均速度。
3 结论
本文比较了一些道路货物运输相关的燃料消耗和温室气体排放的模型，为计算燃油消耗和温室气体排放提供了方法和依据。现实生活中可以根据相关情况采用相应的模型计算燃料消耗和温室气体排放，减少误差更加接近实际数值，达到事半功倍的效果。
参考文献：
[1]Ak?elik， R.， 1982. Progress in Fuel Consumption Modelling for Urban Traf?c Management. Australian Road Research Board Report 124， Canberra.
[2]Ardekani， S.， Hauer， E.， Jamei， B.， 1996. Traf?c impact models. In： Traf?c Flow Theory. US Federal Highway Administration， Washington， DC， pp. 1–7.
[3]Barth， M.， Boriboonsomsin， K.， 2008. Real-world CO2 impacts of traf?c congestion. Transportation Research Record 2058， 63–71.
[4]宋国华. 道路交通油耗与排放的微观测算模型综述. 汽车节能， 2010（1）： 28-31
[5]霍宏、贾克斌. 机动车污染排放模型研究综述. 环境污染与防治， 2006，7（28）： 526-530.
关键词：燃料消耗；排放模型；车辆路径；货运建模
1 引言
绿色物流，旨在最大限度减少运输对环境的有害影响，越来越受到重视。特别是，考虑通过更好的操作层面的规划减少二氧化碳的排放水平。测量和减少排放需要在规划中做出精确估算，反过来，估算模型也要被纳入规划方法当中。排放函数类型和性质的选择，对于规划运输活动至关重要。
如今，已经有各种各样的不同的分析排放的模型，但在估算油耗、排放、参数设置等方面都存在着或多或少的差异。在这里，我们比较了一些这样的模型，并指出它们各自的优缺点。
2 模型
2.1 模型1：瞬时油耗模型
又称瞬时模型，是由Bowyer等人提出的。它研究了车辆的特性，如重量、能量、效率参数和牵引力，以及与空气阻力和滚动阻力相关联的燃料消耗。该模型假定加速和减速的变化在1秒内发生，并且采用下列形式
[ft=α+β1Rtv+（β2Ma2v/1000）Rt>0αRt≤0] （1）
其中，[ft]（ml/s）是单位时间内的油耗，[Rt]（KN=千牛顿）是驱动车辆的牵引力，计算的是阻力、惯性力和坡度上力的总和[Rt=b1+b2v2+Ma/1000+gMω/100000]，[α]是恒定的怠速燃油率（ml/s），[β1]为单位能量的燃料消耗（ml /KJ），[β2]是加速时单位能量所需的燃油消耗（ml /（KJ.m/s2）），b1为滚动阻力，b2是空气阻力。[ω]是阶段百分比，[a]是瞬时加速度（m/s2），M是质量（kg），而[v]是速度（米/秒）。
持续时间为t0的旅程的油耗量Ft（ml/s）可以计算为：[Ft=0t0ftdt]（2）
瞬时模型对于微观层面很有效，也适合短途旅行油耗的估算。该模型没有充分利用宏观层面的数据，如停车次数，但能兼顾加速，减速，巡航和怠速阶段。
2.2 模型2：四阶段基本油耗模型
Bowyer等人描述了一个四阶段基本模型，改进了Ak?elik（1982）的估算怠速，巡航，加速和减速的燃油消耗的模型。该模型包括与模型1相同的参数，但引入了新的因子，如初始速度，最终速度和能源相关的参数。它需要涉及距离，巡航速度，空闲时间和平均公路等级等数据作为输入参数。定义怠速模式下的车辆，为发动机运转但速度低于5公里/小时。如果每个加速和减速周期的初始和最终速度都已知的话，就可以进行更精确的估算。
2.3 模型3：运行速度油耗模型
运行速度油耗模型是基本模型的一种聚合形式，由Bowyeret al. （1985）提出，计算车辆正在运行或者处于怠速期间的燃料消耗。该模型是：
[Fs=max{αti+（fi/vr+γ+Bv2r+kE1β1MEk+kE2β2ME2k++]
[0.0981kGβ1Mω）xs，αts}]（3）
其中Fs是油耗（ml），xs是总距离，vr平均运转速度（km/h），ts和ti是行驶时间和怠速时间。其中，[Ek+=max{0.35-][0.0025vr，0.15}]
该模型是瞬时模型的扩展，并且可以被看作是基本模型的聚合。加速度，减速度和怠速模式都在一个函数内结合起来考虑。它并没有考虑到车辆的巡航模式，但是它可以被用来估算各种交通情况的燃料消耗量，从短途到长途距离，但对长途更为有用。
2.4 模型4：综合排放模型
Barth et al. （2000） 和Boriboonsomsin （2008）改进了用于重型货车的综合排放模型。它是继Ross （1994）的模型之后提出的，包括三个模块：发动机功率，发动机转速和燃油消耗率。综合排放模型类似于瞬时燃料消耗模型，但对精度它需要详细的具体车辆相关的参数来估算，如发动机的摩擦系数，车辆的发动机转速等。
2.5 模型5：用于计算交通运输排放和能源消耗（MEET）的方法
Hickman et al. （1999） 研究了公路运输的排放因子，描述了一个叫做MEET的方法，用于计算重型货车的交通运输排放和能源消耗。这种方法包括各种评估函数，这主要依赖于重量介乎3.5至32吨车辆的速度和一些固定参数。车辆重量小于3.5吨，燃油消耗使用一个速度依赖函数进行估算[ε=0.0617v2-7.8227v+429.51]。对于其他类别的车辆，可以使用：
[ε=K+av+bv2+cv3+d/v+e/v2+f/v3] （4）
其中[ε]是行驶在平直公路上卸载货物车辆的排放率，v是车辆的平均速度。
3 结论
本文比较了一些道路货物运输相关的燃料消耗和温室气体排放的模型，为计算燃油消耗和温室气体排放提供了方法和依据。现实生活中可以根据相关情况采用相应的模型计算燃料消耗和温室气体排放，减少误差更加接近实际数值，达到事半功倍的效果。
参考文献：
[1]Ak?elik， R.， 1982. Progress in Fuel Consumption Modelling for Urban Traf?c Management. Australian Road Research Board Report 124， Canberra.
[2]Ardekani， S.， Hauer， E.， Jamei， B.， 1996. Traf?c impact models. In： Traf?c Flow Theory. US Federal Highway Administration， Washington， DC， pp. 1–7.
[3]Barth， M.， Boriboonsomsin， K.， 2008. Real-world CO2 impacts of traf?c congestion. Transportation Research Record 2058， 63–71.
[4]宋国华. 道路交通油耗与排放的微观测算模型综述. 汽车节能， 2010（1）： 28-31
[5]霍宏、贾克斌. 机动车污染排放模型研究综述. 环境污染与防治， 2006，7（28）： 526-530.