Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние решения проблемы обеспечения экологической безопасности автотранспортного комплекса 11
1.1 Место автотранспортного комплекса в структуре экологического ущерба от всех техногенных источников 12
1.2 Автомобиль как источник загрязнения окружающей среды 14
1.3 Автотранспортный поток как источник загрязнения окружающей среды .19
1.4 Формирование выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных потоков в промышленных городах 24
1.5 Подходы к моделированию процесса функционирования автотранспортного потока 31
1.6 Выводы по первому разделу 36
2 Теоретические основы процесса функционирования автотранспортных потоков в условиях промышленного города 39
2.1 Система «автотранспортный поток-улица промышленного города» 40
2.2 Критерий состояния системы «автотранспортный поток-улица промышленного города» 43
2.3 Способ ограничения выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных потоков 48
2.4 Выводы по второму разделу 60
3 Методика экспериментальных исследований системы «автотранспортный поток-улица промышленного города» 62
3.1 Описание и функциональная схема расчётно-инструментальной
методики экологического мониторинга автотранспортных потоков 62
3.2 Процедура натурных обследований автотранспортных потоков 65
3.3 Процедура обследования стационарных источников загрязнения воздушного бассейна 66 3.4 Процедура инструментальной оценки степени загрязнения атмосферного воздуха в контрольных точках 67
3.5 Процедура анализа результатов экологического мониторинга автотранспортных потоков 71
3.6 Выводы по третьему разделу 71
4 Анализ результатов экологического мониторинга автотранспортных потоков г. набережные челны 74
4.1 Характеристика города Набережные Челны как промышленного города 74
4.2 Результаты натурных обследований автотранспортных потоков 77
4.3 Оценка вклада автотранспортных потоков и стационарных источников в загрязнение воздушного бассейна 78
4.4 Расчет рассеивания загрязняющих веществ в воздушном бассейне с учётом фона стационарных источников 81
4.5 Анализ результатов расчётно-инструментального экологического мониторинга автотранспортных потоков 87
4.6 Выводы по четвёртому разделу 96
5 Совершенстование организации движения автомобилей в промышленном городе (на примере г. набережные челны) с учетом введения квот на выбросы загрязняющих веществ 100
5.1 Формирование имитационной модели системы «автотранспортный поток-улица промышленного города» .101
5.2 Результаты компьютерного эксперимента на разработанной модели 104
5.3 Ранжирование мероприятий по организации движения автомобилей, направленных на достижения квот 108
5.4 Выводы по пятому разделу 113
Список использованных источников
- Автотранспортный поток как источник загрязнения окружающей среды
- Критерий состояния системы «автотранспортный поток-улица промышленного города»
- Процедура натурных обследований автотранспортных потоков
- Оценка вклада автотранспортных потоков и стационарных источников в загрязнение воздушного бассейна
Введение к работе
Актуальность темы и степень её разработанности. В городах с развитой
промышленностью (промышленные города) доля вклада загрязняющих веществ
(ЗВ) отработавших газов автомобилей составляет более 50 % от совокупных
вредных выбросов в воздушный бассейн при наличии достаточно высокого
загрязняющего фона стационарных источников (промышленных предприятий,
теплоэлектростанций, автомобильных стоянок и гаражей, автозаправочных
комплексов и т.п.). При этом, в отличие от стационарных источников, выбросы
которых подлежат нормированию, автотранспортные потоки (при
нерациональной организации движения и высоком загрязняющем фоне) создают приземные концентрации ЗВ, многократно превышающие их ПДК. В сложившейся ситуации высокую степень актуальности имеет ограничение выбросов ЗВ от автотранспортных потоков с учётом загрязнения воздушного бассейна стационарными источниками. При реализации мероприятий данного направления значимым является объективная текущая и прогнозная оценка качества воздушного бассейна на основе экологического мониторинга и имитационного моделирования автотранспортных потоков.
В связи с этим, исследования, направленные на выявление закономерностей формирования выбросов ЗВ от автотранспортных потоков в условиях промышленного города, ограничение выбросов и обеспечение экологической безопасности автотранспортного комплекса, являются актуальными.
Цель исследования – обеспечение экологической безопасности автотранспортного комплекса промышленного города за счёт совершенствования организации движения автомобилей на основе использования квот, установленных с учётом загрязнения воздушного бассейна стационарными источниками.
Задачи исследования:
-
обосновать способ ограничения выбросов ЗВ от автотранспортных потоков в промышленном городе;
-
разработать расчётно-инструментальную методику экологического мониторинга автотранспортных потоков;
-
разработать цифровую карту распределения ЗВ в промышленном городе (на примере г. Набережные Челны) и определить экологически неблагоприятные участки улично-дорожной сети;
4) разработать имитационную модель функционирования системы «авто
транспортный поток - улица промышленного города» и предложить мероприятия
по совершенствованию организации движения автомобилей в промышленном го
роде (на примере г. Набережные Челны) с целью ограничения выбросов ЗВ от ав
тотранспортных потоков.
Объект исследования – процесс организации движения автотранспортных потоков в условиях промышленного города.
Предмет исследования – закономерности формирования выбросов ЗВ от автотранспортных потоков в промышленных городах и нормирование ограничений на выбросы с учётом загрязнения воздушного бассейна стационарными источниками.
Методология и методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием теории систем и системного анализа, а также математического моделирования и программирования системы «автотранспортный поток - улица промышленного города».
Экспериментальные исследования проведены как на основе известных методик отбора проб воздуха, лабораторно-инструментального анализа и статистической обработки результатов эксперимента, так и на основе авторских методик расчётно-инструментального экологического мониторинга и имитационного моделирования автотранспортных потоков в условиях промышленного города.
Положения, выносимые на защиту, обладающие научной новизной:
1) графоаналитическая модель функционирования системы
«автотранспортный поток - улица промышленного города» с целевой функцией,
связывающей решение задачи обеспечения экологической безопасности
автотранспортного комплекса с оптимизацией параметров системы;
2) способ ограничения выбросов ЗВ от автотранспортных потоков путём
введения квот с учётом загрязнений воздушного бассейна стационарными
источниками, основанный на модельных представлениях о системе
«автотранспортный поток - улица промышленного города»;
3) расчётно-инструментальная методика экологического мониторинга
автотранспортных потоков, учитывающая эффекты совместного присутствия в
воздушном бассейне выбросов от автотранспортных потоков и стационарных
источников, используемая при определении квот;
4) математические модели изменения уровня загрязнения воздушного
бассейна в промышленном городе, учитывающие влияние состава и
интенсивности автотранспортных потоков при загрязняющем фоне стационарных
источников;
5) методика оценки экологической эффективности мероприятий по
организации движения автомобилей на основе имитационных моделей системы
«автотранспортный поток - улица промышленного города».
Достоверность полученных результатов обусловлена тем, что: экспериментальные данные получены в результате лабораторных и натурных испытаний с использованием стандартных и апробированных методов исследований и сертифицированного оборудования; теория построена на известных проверяемых данных, согласуется с опубликованными данными по теме диссертации и результатами ранее выполненных исследований; установлены сходимость результатов экспериментальных и теоретических исследований, совпадение с результатами, представленными в независимых источниках по теме диссертационного исследования; использованы современные методики сбора и обработки исходной информации, представительные выборочные совокупности с обоснованием подбора объектов (единиц) наблюдения и измерения.
Практическая значимость работы заключается в разработанных цифровых картах распределения приземных концентраций 143 ЗВ г. Набережные Челны; в объективной текущей и прогнозной оценке динамики экологической ситуации в городе при использовании квот на выбросы ЗВ для автотранспортных потоков; в использовании мероприятий по организации движения автомобилей в
Исполнительном комитете муниципального образования город Набережные Челны, и результатов работы - в учебном процессе НЧИ КФУ.
Область исследований соответствует требованиям паспорта научной специальности 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта:
- п. 2. «оптимизация планирования, организации и управления перевозками
пассажиров и грузов, … использования программно-целевых и логистических
принципов»;
- п. 5. «обеспечение экологической и дорожной безопасности
автотранспортного комплекса; совершенствование методов автодорожной и
экологической экспертизы, методов экологического мониторинга
автотранспортных потоков».
Апробация результатов. Основные результаты работы обсуждались и
получили одобрение на 1-ом экологическом форуме Прикамья (Набережные
Челны, 2007); научно-практическом семинаре «Современные проблемы экологии
и задачи природопользования» (Казань, 2009); международной научно-
технической и образовательной конференции «Образование и наука –
производству» (Набережные Челны, 2010); научно-практическом семинаре
«Методы расчетного и инструментального мониторинга атмосферного воздуха.
Промышленная и строительная климатология. Экология автотранспорта» (Санкт-
Петербург, 2010); 49-ой конференции «Математическое моделирование в
проблемах рационального природопользования» (Ростов-на-Дону, 2011);
международной научной конференции «Научное лето – 2011» (Киев, 2011); 8-ой
международной научно-практической конференции «Города России: проблемы
строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (Пенза,
2011); международной научно-практической конференции «Актуальные
проблемы науки» (Тамбов, 2011); международной молодежной конференции (Казань, 2012); 3-ей международной научно-практической конференции «Технологии, материалы, транспорт и логистика: перспективы развития» (Украина, 2013); научно-практических семинарах кафедр эксплуатации автомобильного транспорта и химии и экологии НЧИ КФУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 научных работ, в том числе 7 статей в изданиях, включенных в систему международного цитирования (библиографических баз) Scopus, 5 статей в журналах, входящих в «Перечень…» ВАК, 4 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ, глава в коллективной монографии.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка из 168 наименований, приложений, и содержит 148 страниц, в том числе 12 таблиц и 39 рисунков.
Автотранспортный поток как источник загрязнения окружающей среды
Перевод бензиновых ДВС на газ, во-первых, даёт снижение количества выбросов: NxOy – на 50…62 %; СО – на 85…92 %; CnHm – на 40…93 %; бензапирена – на 92…94 %; во-вторых позволяет снизить содержание сажи в отработавших газах до нулевого уровня [108, 139]. Причём компримированный природный газ (КПГ) в экологическом отношении предпочтительнее газа сжиженного нефтяного (ГСН), так как большие значения процентов в указанных диапазонах относятся именно к нему [108, 139].
Конечно перевод дизельных ДВС на газ (газодизель) даёт более скромные результаты: количество выбросов NxOy сокращается всего на 7 %; СО – на 2 %; CnHm – на 2 %; бензапирена – на 18 %; сажи – на 61 % [108].
Но дизельный ДВС, по сравнению с бензиновым, уже представляет меньшую экологическую опасность (по NxOy – на 35 %; по СО – на 90 %; по CnHm – на 90 %; по бензапирену – на 50 %), за исключением сажи (разница составляет 95 % не в пользу дизельного ДВС) [76,108].
Модифицирование бензина, дизельного топлива и присадки к ним также оказывают влияние на состав ОГ ДВС. Например, полный отказ от этилирования бензинов позволяет соответственно избавиться от выбросов свинца и повысить долговечность каталитических нейтрализаторов [46, 47].
Увеличение цетанового числа дизельного топлива на малых и средних нагрузках способствует уменьшению выброса NxOy и CnHm, а на больших в некоторых случаях – повышению дымности выхлопа. Увеличение доли лёгких фракций в дизельном топливе приводит к снижению дымности ОГ и концентрации в них NxOy [77, 78, 108].
Тип организации и совершенство рабочего процесса, от которых, также как и от вида топлива, зависит состав ОГ ДВС, относятся к конструктивным факторам [46, 47]. К ним относятся также: способ смесеобразования, степень сжатия, подача топлива, угол опережения впрыскивания или зажигания и др.
Вторая группа факторов, определяющих наряду с конструктивными факторами состав ОГ, - это эксплуатационные факторы, к которым относятся условия эксплуатации (режимы движения и природно-климатические факторы) и техническое состояние двигателя [46, 47].
У бензиновых АТС при разгоне существенно возрастают выбросы СО и NxOy, причём в меньшей степени с увеличением литража двигателя. Выбросы CnHm также возрастают (в 3,5…7,9 раза). У дизельных АТС растёт выброс сажи. При замедлении количество выбросов снижается в 3…10 раз [107, 110].
При низких температурах окружающей среды (минус 20 С и ниже) наблюдается рост выбросов СО и CnHm в 3…4 раза. Выбросы NxOy практически не меняются [107].
При выработке моторесурса из-за износа деталей двигателя выбросы СО, CnHm и сажи возрастают в 1,5…2 раза, а выбросы NxOy снижаются на 25% [107].
Учитывая всё многообразие факторов, характеризуя состав ОГ автомобильных двигателей, указывают обычно достаточно широкие пределы содержания компонентов. Тем не менее, ОГ ДВС на 99,0…99,9 % состоят из продуктов полного сгорания (диоксида углерода и паров воды), остаточного кислорода и азота воздуха. Но именно оставшаяся часть ОГ определяет степень их вредного воздействия на окружающую среду, то есть экологический уровень ДВС [46, 78].
Требования к экологической безопасности ДВС и АТС определяются системой нормативов, которая в общемировой практике имеет двухуровневую структуру [33, 40, 112]. Первый основной уровень составляют требования к экологической безопасности, которые закладываются и выполняются на этапах проектирования и производства АТС. На международном уровне эти требования регламентируются Правилами ЕЭК ООН в рамках Женевского соглашения 1958 г., которое является базовым и в России (рисунок 1.3) [33, 112].
Параллельно (в рамках Глобального Соглашения 1998 г.) разрабатываются глобальные технические предписания, которые в перспективе придут на смену региональным и национальным стандартам (в том числе Правилам ЕЭК ООН, Директивам ЕС, стандартам США и Японии), а в настоящее время используются при развитии Правил Женевского Соглашения 1958 г. [33, 40].
Второй уровень составляют требования, в которых учитывается изменение технического состояния АТС в процессе эксплуатации и ограничивается влияние этого изменения на уровень экологической опасности (рисунок 1.3). На международном уровне соответствующие требования регламентируются Венским соглашением 1997 г. и действующими в его рамках Предписаниями, а на национальном уровне – техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности колёсных транспортных средств» и действующими в его рамках государственными стандартами [40, 112].
В свою очередь, первичным источником требований первого и второго уровней являются Директивы Европейского Союза. Развитие нормативной базы, регламентирующей экологическую безопасность АТС, идёт в направлении глобализации, то есть создания наднациональных стандартов, целью которых является обеспечение требуемых экологических показателей, в том числе долговечности систем очистки и нейтрализации ОГ, на стадии проектирования и производства. Данная тенденция способствуют тому, что установленный при сертификационных испытаниях типа уровень экологической опасности АТС будет подтверждаться и сохраняться в течение всего жизненного цикла в реальных условиях эксплуатации. При условии надлежащего контроля технического состояния автомобильной техники в процессе эксплуатации, излишним представляется постоянное ужесточение и усложнение нормативов второго уровня. Однако важной остаётся роль периодических технических осмотров, базирующихся на нормативах второго уровня, в ограничении допуска в эксплуатацию АТС, имеющих неисправности, влияющие на экологическую безопасность [33, 40, 112].
Критерий состояния системы «автотранспортный поток-улица промышленного города»
Для веществ различных классов опасности Pi принимается по таблице 2.1 [4, 8, 25, 48]. Единичный ИЗА основан на предположении, что на уровне ПДК все ЗВ характеризуются одинаковым влиянием на человека, а при дальнейшем увеличении концентрации степень их вредности возрастает с различной скоростью, которая зависит от класса опасности вещества. Данный ИЗА используют для характеристики вклада отдельных ЗВ в общий уровень загрязнения атмосферы за данный период времени на данной территории, а также для сравнения степени загрязнения атмосферы различными веществами.
К комплексным индексам относятся следующие показатели. 1) Комплексный индекс загрязнения атмосферы города (/„ или КИЗАп) - это количественная характеристика уровня загрязнения атмосферы, создаваемого п ЗВ, присутствующими в атмосфере города: и In=SIi (2.6) 7=1 где /,- - единичный индекс загрязнения атмосферы г-ым веществом. 2) Комплексный индекс загрязнения атмосферы (15, или КИЗА5) приоритетными веществами - количественная характеристика уровня загряз нения атмосферы приоритетными ЗВ (обычно пятью ЗВ), определяющими загрязнение атмосферы города:
Приоритетность ЗВ оценивается с помощью уравнения (2.5). Чем больше значение 4 тем более опасным является ЗВ в атмосферном воздухе. В «Государственных докладах о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды РФ» [85] для оценки загрязнения атмосферы используются три показателя качества воздуха: ЗВ или за всеми ЗВ на всех постах (уравнение (2.4)). В соответствии с существующими методами оценки уровень загрязнения атмосферного воздуха оценивается согласно таблице 2.2. Таблица 2.2 – Уровни загрязнения атмосферного воздуха в зависимости от значений показателей качества
Назначению критерия состояния системы «автотранспортный поток-улица промышленного города» удовлетворяет РКИЗА (уравнение (2.1)). Данный критерий является комплексным и даёт объективное представление об экологической опасности как передвижных, так и стационарных источников выбросов ЗВ, включая их характеристики по количеству, токсичности и классу опасности. Кроме того, он, в отличие от других комплексных индексов загрязнения атмосферы, охватывает весь перечень ЗВ, концентрации которых устанавливаются расчётным методом [114, 118, 122, 165].
Классификация, разработанная на основе РКИЗА [114, 118, 122, 165], позволяет определять допустимый уровень экологической опасности в системе «автотранспортный поток-улица промышленного города». Предложены следующие степени опасности уровня загрязнения атмосферного воздуха: низкая (РКИЗА=0…4), повышенная (5…6), высокая (7…13), очень высокая (14). Таким образом, математическая модель (целевая функция) системы «автотранспортный поток-улица промышленного города» имеет следующий вид: РКИЗАх1,..,х„,уи...,у,„Мкв,-Мк в) (2.8) где М - квота на выброс /-го загрязняющего вещества для автотранспортного потока.
Квотой определяются предельные количества выбросов загрязняющих веществ от автотранспортного потока. То есть квотой вводятся ограничения для автотранспортного потока на количество выбросов загрязняющих веществ с учётом загрязнений атмосферы стационарными источниками. Формальное представление описываемого ограничения имеет следующий вид:
Способ ограничения выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных потоков На основе модельных представлений о системе «автотранспортный поток-улица промышленного города» разработан способ ограничения выбросов ЗВ от автотранспортных потоков путём введения квот, для реализации которого предложен алгоритм (рисунок 2.2).
В алгоритме используются специальные компьютерные программы: 1) блоки 2, 3 - УПРЗА «Эколог» вер. 3.0., вариант «Стандарт»; 2) блоки 5, 12 - «Определение расчетного комплексного индекса загрязнения атмосферы»; 3) блок 6 - «Расчет квот на выбросы загрязняющих веществ от промышленных предприятий и автотранспорта»; 4) блок 10 - «Программа для выработки управленческих решений в области оптимизации параметров участков улично-дорожной сети». На все программы, кроме действующей программы УПРЗА «Эколог», получены свидетельства о государственной регистрации (приложение А) [114-117].
Алгоритм ограничения выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных потоков Исходная информация об экологических характеристиках функционировании системы собирается на основе: 1) расчёта количества выбросов ЗВ от автотранспортных потоков; 2) инвентаризации источников выделения и определения предельно-допустимых выбросов (ПДВ) ЗВ от стационарных источников.
Процедура натурных обследований автотранспортных потоков
Выполнен сводный расчет рассеивания 143 загрязняющих веществ, образующих 28 групп суммации и составлена цифровая карта распределения приземных концентраций загрязняющих веществ г. Набережные Челны. Примеры карт рассеивания представлены на рис. В.1 и В.2 (Приложение В).
При выполнении расчетов учтены влияния метеоусловий и рельефа местности на характер распределения ЗВ. Проведенные расчеты позволили получить картину распределения уровня загрязнения атмосферного воздуха по всей территории г. Набережные Челны. Результаты получены совместно с Г.В. Мавриным и Д.А. Харлямовым [125-127, 129, 131].
Прогнозируется превышение концентрации оксида углерода, диоксида азота и образуемых данными веществами групп суммации в жилой зоне города. Для оксида углерода зоны со значениями максимальных приземных концентраций более 1 ПДК наблюдаются вдоль крупных автомобильных магистралей и развязок. Превышение ПДК диоксида азота ожидается более чем на 70% территории г. Набережные Челны.
Для ЗВ, содержащихся в выбросах стационарных источников, превышения ПДК на границе с селитебной зоной не предполагается. Наибольшие концентрации в долях ПДК прогнозируются по следующим веществам и группам суммаций: марганец и его соединения 0,66 ПДК; натр едкий 0,6 ПДК; углерод (сажа) 0,31 ПДК; диметилбензол (ксилол) 0,7 ПДК; бутан-1-ол 0,35 ПДК; фенол 0,26 ПДК; бутилацетат 0,6 ПДК; ацетон 0,2 ПДК; триэтаноламин 0,22 ПДК; масло минеральное нефтяное 0,8 ПДК; сольвент-нафта 0,6 ПДК; пыль абразивная 0,2 ПДК; группа суммации 6015 (ацетон, фурфурол, формальдегид и фенол) 0,55 ПДК; группа суммации 6017 (аэрозоли пятиокиси ванадия и окислов марганца) 0,65 ПДК; группа суммации 6038 (серы диоксид и фенол) 0,35 ПДК; группа суммации 6052 (уксусная кислота, фенол и этилацетат) 0,3 ПДК.
Для оценки доли вкладов стационарных источников в загрязнение селитебной зоны проведен расчет без учета автотранспортных потоков [119, 122]. Установлено, что расчетные выбросы оксида углерода и диоксида азота стационарными источниками в сравнении с передвижными не столь существенны и создают не более 0,1 ПДК. Это объясняется удаленностью от жилой зоны большинства крупных стационарных источников загрязнения атмосферного воздуха и меньшим совокупным выбросом данных ЗВ по сравнению с автотранспортом.
По 17 приоритетным ЗВ наблюдается уменьшение содержания в атмосферном воздухе по мере удаления от промышленной зоны. Для диоксида азота и оксида углерода зафиксировано увеличение расчетной концентрации в 2 точках, расположенных в центральной части города. Для СО и NOх фиксируется увеличение содержания при удалении от промышленной зоны в сторону центра города, где наблюдается максимальная интенсивность автотранспортных потоков (рисунок 4.5). Рисунок 4.5 – Закономерности изменения содержания СО и NO2 при удалении от промышленной зоны
Закономерности, установленные совместно с Г.В. Мавриным и Д.А. Харлямовым [119, 122], позволяют утверждать о преимущественно автотранспортном происхождении оксида углерода и диоксида азота. По результатам анализа, выполненного по разработанным цифровым картам для наиболее проблемных участков улично-дорожной сети г. Набережные Челны, выделено две группы загрязняющих веществ: 1) содержащиеся в выбросах автотранспортных потоков и стационарных источников; 2) содержащиеся только в выбросах стационарных источников. Последние при дальнейшем исследовании не рассматриваются, так как их максимальные приземные концентрации не превышают ПДК. Таким образом, упрощаются задачи инструментальной оценки и установления квот на выбросы для автотранспортных потоков, вследствие того, что решение лежит внутри первой группы загрязняющих веществ.
При анализе разработанных карт рассеивания ЗВ, а также характеристик автотранспортных потоков, установленных натурным обследованием, выбраны контрольные точки мониторинга: пять участков инструментальных измерений загрязнения атмосферного воздуха в пределах санитарного разрыва автомагистралей (таблица 4.2, рисунок 4.6) [119, 122, 146].
Челны Точка № 1. Орловское кольцо является пересечением федеральной трассы М-7 и городской автодороги №1. Функциональные задачи Орловского кольца, как транспортной развязки, распределение транспортных потоков с федеральной трассы М-7 в направлении автодороги №1 и федеральной трассы М-7 и наоборот. В этой связи, для данного участка характерна наибольшая интенсивность и разнообразие транспортных потоков, которая включает в себя и транзитный транспорт. Также на протяжении всей трассы, начиная с Нижнекамской ГЭС и до Орловского кольца, на прилегающей территории расположены АЗС, автомойки, СТО, стоянки для большегрузного транспорта, что создает дополнительную антропогенную нагрузку.
Точка № 2. Проспект Набережночелнинский (до пересечения с ул. Академика Королева) является основной транспортной артерией города, соединяющий старую часть города с Новым городом. Для данного проспекта характерна наиболее высокая интенсивность движения технических средств, в том числе пассажирского автотранспорта, также в часы «пик» для данного участка автомагистрали характерны заторы и пробки.
Точка № 3. Проспект Мира является автомагистралью с наибольшей интенсивностью движения легкового автотранспорта в Новом городе. В первую очередь это связано с проведенным в 2010 году капитальным ремонтом. Участок проспекта Мира до пересечения с проспектом Вахитова имеет два разворота, в связи с высокой интенсивностью движения автотранспорта в часы «пик» на данных разворотах создаются заторы.
Точка № 4. Улица Аделя Кутуя (микрорайон Яшьлек) характеризуется как участок автомагистрали с минимальной интенсивностью движения автотранспортных средств, которая в основном состоит из легкового автотранспорта.
Точка № 5. Набережная Г. Тукая (напротив дома 10/64) характеризуется как участок автомагистрали со средней интенсивностью движения автотранспортных средств, которая в основном состоит из легкового автотранспорта.
В каждой контрольной точке отобрано 2 параллельные пробы (всего отобрано 600 проб). Для анализа ЗВ на ионном хроматографе и фотометре приготовлено 600 исходных рабочих и 300 холостых растворов. При анализе проб на содержание оксида углерода получено и обработано более 300 хроматограмм. Результаты измерений содержания ЗВ приведены в 30 протоколах количественно химического анализа. Пример протокола представлен на рисунке Г.1 (Приложение Г).
Оценка вклада автотранспортных потоков и стационарных источников в загрязнение воздушного бассейна
Поскольку организация движения автомобилей в промышленном городе относится к такой области, где проведение натурного эксперимента затруднительно или невозможно, имитационное моделирование становится единственным инструментом эффективного принятия решений. Одним из основных достоинств этого метода является то, что в отличие от аналитического имитационное моделирование позволяет многократно воспроизводить систему «автотранспортный поток-улица промышленного города» и определять оптимальное ее состояние, характеризуемое критерием РКИЗА.
Таким образом, создание имитационной модели исследуемой системы, на основе научного анализа полученной статистической, расчётной и экспериментальной информации, позволит прогнозировать экологическую ситуацию на дорогах г. Набережные Челны с учётом введения квот на выбросы ЗВ для автотранспортных потоков.
Разработка имитационной модели системы «автотранспортный поток-улица промышленного города» и эксперимент на модели включают в себя три этапа: 1) формирование имитационной модели системы «автотранспортный поток-улица промышленного города»; 2) компьютерный эксперимент с моделью; 3) ранжирование мероприятий по организации движения автомобилей по экологической эффективности на основе анализа имитационной модели.
Формирование имитационной модели системы «автотранспортный поток-улица промышленного города» Предлагаемая модель имеет свои отличительные черты, обусловленные особенностями города Набережные Челны, среды моделирования, а также спецификой решаемой задачи ограничения выбросов загрязняющих веществ до уровня квот. Для разработки модели улично-дорожной сети г. Набережные Челны выбрана среда имитационного моделирования AnyLogic 6, поскольку в данной среде реализованы средства визуализации модели, существует возможность создания библиотеки объектов и есть средства для проведения оптимизационного эксперимента на модели с использованием гибридного (на основе дискретно-событийного и агентского подходов) подхода [1, 2, 36, 37, 39, 59]. Для построения модели использованы блоки, которые позволяют имитировать функционирование реальных объектов улично-дорожной сети с учётом параметров функционирования системы «автотранспортный поток-улица промышленного города» (рисунок 2.1). Для построения модели объявлены следующие классы для описания реальных объектов: RoadNetwork, CarSource, CarMoveTo, Queue, Delay, Hold, SelectOutput, CarDispose [61, 86]. 1) RoadNetwork – задает сеть автомагистралей, основываясь на нарисованной графике, проверяет правильность сети и отображает сеть автомагистралей на анимации во время выполнения модели. 2) CarSource – создает автомобили и помещает их на выбранном участке (является началом диаграммы процесса дорожного движения). 3) CarMoveTo – управляет движением автомобиля (для каждой машины-заявки объект CarMoveTo высчитывает маршрут от текущего местоположения автомобиля до заданной точки назначения и направляет автомобиль по этому маршруту). 4) Queue – моделирует очередь автомобилей на проезд перед светофорами и на разворотах. 102 5) Delay – задерживает общественный транспорт на остановке на время посадки-высадки пассажиров. 6) Hold – блокирует и разблокирует поток автомобилей (используется для созданий светофора или в случае моделирования разворота). 7) SelectOutput – направляет автомобили в один из выходных портов согласно вероятности. 8) CarDispose – удаляет автомобили (используется для обозначения точки в которой автомобили покидают модель).
Процесс моделирования улично-дорожной сети начинается с создания группы анимационных фигур. Данная группа задает топологию улично-дорожной сети. Чтобы была возможна симуляции в 3D, используется анимация из «палитры 3D». Прямые участки автомагистралей создаются при помощи элементов Line, повороты и развороты – при помощи Arc.
В блоке RoadNetwork задается максимальная скорость движения автомобилей, скорость на поворотах и разворотах, максимальная и минимальная дистанция до едущего впереди автомобиля, расстояние для предупреждения о перестроении и время перестроения. Так же остаётся возможность изменения скорости автотранспортного потока на различных участках дороги в блоке CarMoveTo.
Генерация автотранспортного потока осуществляется в блоке CarSource. Далее автомобили движутся согласно данным, заложенным в блоке CarMoveTo. Для распределения потока по различным направлениям используется блок SelectOutput. Блок Queue служит для моделирования очередей автомобилей на светофорах, перекрестках и разворотах. Блок Hold служит для моделирования работы светофора и регулировки движения автомобилей на поворотах и разворотах.
Для моделирования движения общественного транспорта используется так же блок Delay. Он позволяют задать время остановки общественного транспорта на остановках. По результатам расчётно-инструментального экологического мониторинга автотранспортных потоков для проведения имитационного эксперимента выбран наиболее проблемный участок улично-дорожной сети г. Набережные Челны – перекрёсток проспектов Мира и Дружбы Народов (рисунок 5.1).