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November 2022 – Technischer Hinweis #75
Dimitris Triantafyllos
Senior Product Specialist at Aimsun
Geline Canayon
Product Specialist at Aimsun
Der Straßenverkehr ist für einen großen Teil der Luftschadstoffemissionen verantwortlich. Obwohl Überwachung und Vorschriften zu einem Abwärtstrend bei den gesamten Schadstoffemissionen geführt haben, ist ein erheblicher Teil der Bevölkerung immer noch Luftschadstoffkonzentrationen ausgesetzt, die über den von der EU und der Weltgesundheitsorganisation (WHO) festgelegten Luftqualitätsnormen liegen. Nach Angaben der Europäischen Umweltagentur (EUA) ist der Straßenverkehr für bis zu 9,9 % aller PM2,5-Emissionen in der Europäischen Union, 7,7 % der PM10-Emissionen, 28,1 % der NOX-, 7,6 % der NMVOC-Emissionen1 und 18 % der CO-Emissionen verantwortlich [1].
Dieser Effekt wird in städtischen Zentren noch verstärkt, wo ein höheres Verkehrsaufkommen und Staus eine Konzentration von Schadstoffen in kurzen Zeitspitzen verursachen. Umweltzonen (Low Emission Zones, LEZ) sind ein wichtiger Ansatz für Städte und Regierungen, um die Luftqualität zu verbessern und die EU-Luftqualitätsstandards zu erfüllen. durch die Festlegung von Betriebsbeschränkungen für schadstoffreichere, in der Regel ältere Fahrzeuge. Umweltzonen können die Emissionen von Feinstaub, Stickstoff und Kohlendioxid sowie (indirekt) von Ozon, den vier wichtigsten Luftschadstoffen in Europa, verringern.
Die Simulation ist ein wertvolles Instrument, um die Definition von LEZ-Politiken zu unterstützen, da sie den Vergleich der Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen und die Bewertung anderer damit verbundener Auswirkungen, wie z. B. die Veränderung von Reisezeiten und -strömen, ermöglicht.
Nehmen wir an, dass wir die folgende Politik bewerten müssen:
Auf der Grundlage aktueller Daten werden für diese Fallstudie der Fahrzeugbestand und die EURO-Kategorie für jeden Typ angegeben:
Das Londoner Emissionsmodell (LEM) ist in den mikroskopischen, mesoskopischen und hybriden Simulatoren von Aimsun Next enthalten. Dabei werden die CO2- und NOx-Emissionen eines Fahrzeugs anhand eines kalibrierten Emissionsmodells für Durchschnittsgeschwindigkeiten geschätzt, das 2017 in Zusammenarbeit mit Transport for London (TfL) entwickelt wurde.
Das LEM verwendet dann eine von zwei polynomischen Beziehungen, die durch Regressionsanalyse abgeleitet werden, um die CO2- und NOx-Emissionen zu schätzen, die von diesem Fahrzeug auf dieser Mikrofahrt erzeugt werden.
Dabei ist y die Emission (Gramm/km); a, b, c und z sind abgeleitete Konstanten, die für jedes Fahrzeug und jeden Euro-Typ definiert sind, x ist die Durchschnittsgeschwindigkeit auf der Mikrofahrt.
Weitere Informationen finden Sie unter Aimsun Next Benutzerhandbuch – London Emission Model (LEM))
Die Fahrzeugtypen im Modell werden anhand der bereitgestellten Flotteninformationen eingerichtet.
Zum Beispiel ist für den Fahrzeugtyp Auto der Emissions-Fahrzeugtyp Auto und die Euro-Norm-Emissionen sind für den Motortyp Benzin eingestellt.
Die geplante Umweltzone und die Pufferzone sind auf der Karte des Modells dargestellt. 100 % der Autos, Lieferwagen und Lastwagen ohne Umweltplakette dürfen nicht in die Umweltzone einfahren oder dort verkehren. Die Fahrer müssen nun andere Wege finden, um ein Ziel innerhalb der Umweltzone zu erreichen. Die folgende Abbildung zeigt das gesamte Netz, die LEZ und die Pufferzone.
Die Lage der Parkflächen an den Grenzen der LEZ ist in blau dargestellt. Dies sind neue Ziele im Modell, wo ein neuer Schwerpunkt platziert und mit Eingangsabschnitten der LEZ verbunden wurde. Die Geschwindigkeit der Schwerpunktverbindungen wurde auf 10 km/h festgelegt, um das Fahrverhalten der Fahrzeuge innerhalb des Parkplatzes besser zu modellieren.
Infolgedessen ist eine Verlagerung der Verkehrsnachfrage zu erwarten. Die von uns getroffenen Annahmen basierten auf früheren LEZ-Systemen:
A. Außen-LEZ zu LEZ
Handlungen:
B. LEZ zu Outside-LEZ
Handlungen:
C. LEZ zu LEZ
Handlungen:
D. Außen-LEZ zu Außen-LEZ
Keine Maßnahme
Die Änderungen an den Verkehrsnachfrage- und OD-Matrizen können in Aimsun Next durch Anwendung von Faktoren und Nutzung der in den OD-Matrizen verfügbaren Operationen vorgenommen werden. Um Fahrten zwischen den verschiedenen Zonen (LEZ, Pufferzone, Rest des Netzes) zu verarbeiten, haben wir verschiedene Gruppierungen erstellt, in denen die Mittelpunkte jeder Zone definiert wurden.
Im Zukunftsszenario werden die neuen Zentren als neue Ziele in Zieländerungs-Verkehrsmanagementaktionen verwendet. Die Zieländerung wird an jedem der Eingänge zur LEZ angewandt, die den Euro 0, I, II und III die Einfahrt verbietet. Eine Fahrzeugklasse, die Fahrzeuge enthält, die Euro 0, I, II und III sind, wird als Filter verwendet, so dass die Verkehrsmanagement-Aktion die in der Umweltzone zugelassenen Fahrzeuge nicht beeinflusst.
Für die LEZ und die Pufferzone werden Gruppierungen erstellt, so dass die Statistiken nur für diese Gebiete extrahiert werden können.
Wie erwartet, sind die Emissionen innerhalb der LEZ Bereich viel niedriger in der Zukunft Szenario, wenn die LEZ umgesetzt wird. Allerdings ist der Rückgang von CO2 und NOx innerhalb der Pufferzone und insgesamt etwas geringer.
Vergleich der CO2-Emissionen:
Vergleich der NOx-Emissionen
Neben dem LEM gibt es in Aimsun Next zwei weitere Emissionsmodelle, die in der Mikrosimulation verwendet werden können: das Panis et al Schadstoffemissionsmodell und das QUARTET Schadstoffemissionsmodell.
Bei Panis et al. werden die Emissionen für jeden Schadstoff in jedem Zeitschritt gemessen und die verschiedenen Faktoren je nach Fahrzeugtyp, Kraftstoffart und momentanen Beschleunigungs-/Verzögerungsmaßnahmen berücksichtigt. Das Modell liefert Ergebnisse für Abschnitte, Knotenpunkte, Kurven und die Replikation für CO2, NOx, VOC und PM in g und g/km.
Das QUARTET-Schadstoffemissionsmodell erfordert mehr Eingaben durch den Benutzer, insbesondere die Emissionsraten für beschleunigende, abbremsende und im Leerlauf befindliche Fahrzeuge, um nur einige zu nennen. Diese Werte werden in der Regel von einem instrumentierten Fahrzeug erfasst. Die Ergebnisse von QUARTET sind die Kilogramm jedes emittierten Schadstoffs und werden für das gesamte Netz, jeden Abschnitt und jede Kurve sowie für jede Strecke erstellt.
Weitere Details finden Sie im Abschnitt Umweltmodelle des Aimsun Next Benutzerhandbuchs.
Es ist auch möglich, die Emissionen auf der Grundlage verschiedener Modelle in einem Nachbearbeitungsprozess zu berechnen. Sie können zum Beispiel ein Python-Skript in Aimsun Next programmieren, um die Emissionen aus den Simulationsergebnissen einer makroskopischen Simulation zu berechnen (d. h. auf der Grundlage der Durchschnittsgeschwindigkeiten und -ströme für verschiedene Fahrzeugtypen). Sie können auch Aimsun Next API verwenden, um jeden Schadstoff pro Objekt für jedes Zeitintervall auf der Grundlage von Fahrverhaltensparametern (Beschleunigung, Verzögerung, Verzögerungszeit usw.) zu berechnen.
[1] Europäische Umweltagentur, „Emissionen und Luftschadstoffe aus dem Verkehr“, EUA, Kopenhagen, 2021.
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