
城市道路交通碳排放实时监测与精细化逐时模拟方法
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公司武汉市测绘研究院(湖北省自然资源武汉碳计量中心)
性质国有事业

全球气候变化已成为人类面临的严峻挑战,减少温室气体排放是国际社会达成的共识。在各行业的碳排放中,交通运输行业占据重要地位,其中城市道路交通碳排放更是不容忽视。据统计,2021年我国交通领域碳排放量约为969百万吨,占全国总排放量的9%左右,而道路交通碳排放量约占交通领域碳排放总量的84%。目前,城市中碳监测多为固定监测站网,覆盖范围有限,且多设于高塔之上,难以对道路交通温室气体变化特征进行持续精准的监测与追踪。而针对道路交通碳排放进行持续精准监测,明晰城市道路交通碳排放的时空变化特征及其主要影响因素,是有效控制和减少城市道路交通碳排放的重要前提。因此,为道路交通碳减排提供可靠的数据支撑,优化交通领域低碳规划方案的制定,实现我国交通领域的碳达峰、碳中和目标,亟需建立城市道路交通碳排放实时监测与精细化模拟的方法体系。
本项目旨在构建一套针对城市道路交通碳排放的实时监测与精细化模拟的方法。通过对城市移动碳排放源的实时监测与精细化模拟,构建全面的温室气体监测体系,全方位追踪城市温室气体的时空变化特征,支撑交通领域低碳发展政策制定,助力实现碳达峰碳中和目标的重要举措。具体目标包括:开展城市道路交通碳排放实时监测,准确评估城市交通碳排放影响因素与时空变化特征;构建道路交通碳排放精细化逐时模拟模型,模拟不同道路,不同交通流量等情景下的碳排放变化;构建碳排放数据可视化平台,直观展示碳排放时空分布特征,支撑低碳交通政策制定和效果评估。为实现上述目标,本项目需要完成以下工作:
1.城市道路交通碳排放实时监测:开展全市主要道路交通碳排放监测,构建道路碳排放监测数据集,明晰城市道路碳排放时空差异特征;结合交通流量、速度、周边环境影响、气象条件等参数,明晰城市交通碳排放变化的主要影响因素;
2.城市道路交通碳排放精细化逐时模拟:基于城市交通碳排放量影响因素,构建高时空分辨率道路交通碳排放模拟模型;建立交通碳排放情景分析模型,预测不同交通需求、车辆技术、管理政策情景下的碳排放变化。
3.碳排放监测模拟数据可视化平台:设计城市交通碳排放数据可视化架构,对接道路交通碳排放实时监测与精细化模拟系统;开发碳排放数据多维度可视分析模块,支持碳浓度,道路属性,交通状况等指标的时空可视分析;建立碳排放数据可视化交互式查询模块,支持自定义时空范围、指标类型等的灵活查询。
4.系统集成与示范应用:完成实时监测、精细化模拟、可视化平台等子系统的集成和联调测试;选取典型城市开展系统示范应用,完善系统功能,形成可复制可推广的解决方案;编制技术规范和用户手册,开展面向决策部门、研究机构的系统使用培训。
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需求详情
全球气候变化已成为人类面临的严峻挑战,减少温室气体排放是国际社会达成的共识。在各行业的碳排放中,交通运输行业占据重要地位,其中城市道路交通碳排放更是不容忽视。据统计,2021年我国交通领域碳排放量约为969百万吨,占全国总排放量的9%左右,而道路交通碳排放量约占交通领域碳排放总量的84%。目前,城市中碳监测多为固定监测站网,覆盖范围有限,且多设于高塔之上,难以对道路交通温室气体变化特征进行持续精准的监测与追踪。而针对道路交通碳排放进行持续精准监测,明晰城市道路交通碳排放的时空变化特征及其主要影响因素,是有效控制和减少城市道路交通碳排放的重要前提。因此,为道路交通碳减排提供可靠的数据支撑,优化交通领域低碳规划方案的制定,实现我国交通领域的碳达峰、碳中和目标,亟需建立城市道路交通碳排放实时监测与精细化模拟的方法体系。
本项目旨在构建一套针对城市道路交通碳排放的实时监测与精细化模拟的方法。通过对城市移动碳排放源的实时监测与精细化模拟,构建全面的温室气体监测体系,全方位追踪城市温室气体的时空变化特征,支撑交通领域低碳发展政策制定,助力实现碳达峰碳中和目标的重要举措。具体目标包括:开展城市道路交通碳排放实时监测,准确评估城市交通碳排放影响因素与时空变化特征;构建道路交通碳排放精细化逐时模拟模型,模拟不同道路,不同交通流量等情景下的碳排放变化;构建碳排放数据可视化平台,直观展示碳排放时空分布特征,支撑低碳交通政策制定和效果评估。为实现上述目标,本项目需要完成以下工作:
1.城市道路交通碳排放实时监测:开展全市主要道路交通碳排放监测,构建道路碳排放监测数据集,明晰城市道路碳排放时空差异特征;结合交通流量、速度、周边环境影响、气象条件等参数,明晰城市交通碳排放变化的主要影响因素;
2.城市道路交通碳排放精细化逐时模拟:基于城市交通碳排放量影响因素,构建高时空分辨率道路交通碳排放模拟模型;建立交通碳排放情景分析模型,预测不同交通需求、车辆技术、管理政策情景下的碳排放变化。
3.碳排放监测模拟数据可视化平台:设计城市交通碳排放数据可视化架构,对接道路交通碳排放实时监测与精细化模拟系统;开发碳排放数据多维度可视分析模块,支持碳浓度,道路属性,交通状况等指标的时空可视分析;建立碳排放数据可视化交互式查询模块,支持自定义时空范围、指标类型等的灵活查询。
4.系统集成与示范应用:完成实时监测、精细化模拟、可视化平台等子系统的集成和联调测试;选取典型城市开展系统示范应用,完善系统功能,形成可复制可推广的解决方案;编制技术规范和用户手册,开展面向决策部门、研究机构的系统使用培训。
技术要求
为确保城市道路交通碳排放实时监测与精细化逐时模拟方法项目能够准确、有效地进行,具体技术要求如下:
1.城市道路交通碳排放监测数据集构建:基于国内外城市道路碳排放监测技术手段进行初步调研,梳理目前的研究进展与技术手段;编制监测实施方案,包括拟采用的技术手段,监测区域,监测时间,所需监测仪器等,累计监测里程不少于1000公里;基于实测数据,完成数据预处理,包括数据时空匹配,缺失值处理,异常值处理等工作,构建城市交通碳排放监测数据集,包括时间、经纬度、CO2浓度、车速等字段,数据量不小于10000条;整合多源异构影响因子数据,建立与实测碳排放数据时空匹配的影响因子数据集。
2.高时空分辨率碳排放模拟模型构建:采用深度学习等数据驱动方法,以实测碳排放数据为因变量,以交通流量、车速、车型构成、道路属性、气象条件等为自变量,训练多种回归模型,如随机森林、支持向量机、神经网络等。通过交叉验证等方法评估不同模型的拟合效果,选择具有最优泛化性能的模型作为基础模型,并结合机理模型对其进行物理约束和校正。模型模拟时间分辨率不低于1h,空间分辨率不低于500米,模型解释度(R-square)不低于0.7,均方根误差(RMSE)不高于10%。
3.碳排放监测模拟数据可视化平台搭建:综合利用多维数据可视化等技术,实现碳排放数据与道路属性、交通状况等多源数据的关联展示和分析。开发灵活的时空查询、多指标组合查询等交互式功能,支持用户自定义查询条件和情景对比。
4.系统集成与示范应用:在1-2个典型城市开展示范应用;编写技术规范和用户操作手册,包括数据采集规范、指标体系规范、建模规范等,形成可复制、可推广的解决方案,指导后续的推广应用工作。