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基于相關(guān)分析的公交站顆粒物濃度研究（環(huán)保）

                             李嘩，胡時(shí)杰*，包磊

                      (同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海201804)）

【摘要】現(xiàn)行的公交車站設(shè)計(jì)并未考慮交通排放污染物的大小程度，這導(dǎo)致公交出行者在候車過(guò)程中的健康受到威脅。通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，用顆粒物濃度測(cè)定儀、手持式氣象站和攝像機(jī)對(duì)代表性公交車站的PM2.5濃度和可能影響污染物濃度的各種因素進(jìn)行了高峰時(shí)段實(shí)地測(cè)定。結(jié)果表明，開(kāi)口朝向道路的半封閉式公交站污染物濃度高于站外，而開(kāi)口背向道路的污染物濃度則低于站外。分析結(jié)果顯示：與污染物濃度呈正相關(guān)的變量有氣壓、大車流量、車流量和濕度，呈負(fù)相關(guān)的變量有氣溫、風(fēng)速。車流量與PM2.5濃度的呈現(xiàn)較弱相關(guān)性，大車流量則呈現(xiàn)出較強(qiáng)相關(guān)性。這些結(jié)論為減少公交出行者所受的顆粒物危害提供了理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】公交站；顆粒物；相關(guān)性分析；交通影響

【中圖分類號(hào)】TP393.08  【文章編號(hào)】1000-713X (2016) 06-0064-05

引言

    大氣細(xì)粒子(Fine Particulate matter,又稱PM)的潛在健康影響是當(dāng)前最重要的空氣質(zhì)量議題之一。針對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)與空氣污染的關(guān)系，美國(guó)針對(duì)都市區(qū)約五十萬(wàn)成人進(jìn)行的一項(xiàng)長(zhǎng)期研究表明，空氣中細(xì)粒子濃度每升高10g/m³，全部疾病死亡率、心血管疾病死亡率和肺癌死亡率分別升高4%、6%和8%。已有大量可靠研究揭示了PM對(duì)暴露在外部環(huán)境下人體的危害性，會(huì)導(dǎo)致心臟和呼吸系統(tǒng)疾病，如哮喘、慢性支氣管炎、肺功能損害等。車輛排放是污染物的重要來(lái)源之一，出行者在日常的出行過(guò)程中近距離暴露在道路環(huán)境中，隨著暴露時(shí)間的增長(zhǎng)所受到的危害則越大。公交出行者在候車過(guò)程中面臨比常人更高的污染物危害。已有的在公交車站的規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，但是可以采取多種多樣的設(shè)計(jì)方法盡可能減少公交出行者所受到的來(lái)自交通排放所造成的危害。

    公交車每次靠站都重復(fù)“減速進(jìn)站怠速（乘客上下車）啟動(dòng)／加速出站”這一非穩(wěn)態(tài)工況，而在起動(dòng)、加速、減速等轉(zhuǎn)速和負(fù)荷急劇變化的工況下，或在怠速時(shí)，汽車排出廢氣比正常速度穩(wěn)定行駛時(shí)要高得多。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的研究主要是運(yùn)用模型仿真法來(lái)研究道路環(huán)境的機(jī)動(dòng)車尾氣排放，如平均速度模型（MOBILE模型、IVE模型等）和行駛工況模型（CMEM模型等）。近年來(lái)國(guó)內(nèi)也有一些學(xué)者將排放仿真模型、擴(kuò)散模型和污染物擴(kuò)散濃度計(jì)算模型相

結(jié)合開(kāi)展研究，如郭謹(jǐn)一將VISSIM模型、CMEM模型和污染物擴(kuò)散模型CALINE4相結(jié)合，研究了感應(yīng)信號(hào)控制的交叉口交通污染物排放狀況。但是目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于顆粒物實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的研究還十分滯后，缺乏對(duì)顆粒物和影響因子之間關(guān)聯(lián)性的深入研究。本文旨在通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究不同公交車站形式（開(kāi)放與半開(kāi)放式）、距離交叉口距離以及氣象和交通因素對(duì)公交車站PM2.5濃度的影響，為公交車站的健康化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1材料和方法

1.1  采樣地點(diǎn)與采樣時(shí)間

    本次選取的公交車站采樣地點(diǎn)位于上海市嘉定區(qū)安亭墨玉路。安亭是上海市嘉定區(qū)重要的衛(wèi)星城，南部有軌道交通有11號(hào)線安亭站，對(duì)中心城區(qū)有曹安公路、京滬高速公路等主要道路連接。同時(shí)，安亭也是上海西部連接蘇州城鎮(zhèn)群的重要據(jù)點(diǎn)，一方面安亭鎮(zhèn)內(nèi)部具有較多的就業(yè)崗位，一方面也有很多往返通勤于市區(qū)的居民。城區(qū)內(nèi)部交通已呈現(xiàn)明顯的都市區(qū)通勤交通特性，工作日道路交通具有明顯的早晚高峰趨勢(shì)。數(shù)據(jù)的采集工作在工作日的早高峰(7:30-9:00)和晚高峰(17:00-18:30)進(jìn)行。每組數(shù)據(jù)采集點(diǎn)都進(jìn)行多次測(cè)定，測(cè)定均選取非降雨日進(jìn)行。

1.2  采樣儀器與采樣方法

    為了研究不同的影響公交車站污染物濃度的因素，本次數(shù)據(jù)采集共分為三組。第一、二組均采用對(duì)照實(shí)驗(yàn)法，研究公交車站半封閉開(kāi)放形式和車站距離交叉口距離對(duì)車站污染物濃度的影響。采用自制半開(kāi)放式的紙箱模擬半開(kāi)放的公交站臺(tái)（三面開(kāi)口，長(zhǎng)1.5米、寬1.2米、深度0.8米）作為對(duì)照組。第一組實(shí)驗(yàn)中（圖1），公交站點(diǎn)位于墨玉路曹安公路交叉口

的墨玉路南進(jìn)口道上，將一個(gè)污染物檢測(cè)儀置于公交站內(nèi)離地面1.7米高處，另一個(gè)置于自制的半開(kāi)放紙箱內(nèi)．在紙箱下部放置物體抬高紙箱高度，將污染物濃度檢測(cè)儀同樣置于離地面1.7米高處，紙箱開(kāi)口朝向道路，測(cè)定時(shí)間分別為2015年5月13日、8月12日、2016年1月8日和1月13日；第二組實(shí)驗(yàn)中，公交站點(diǎn)位于墨玉路曹安公路交叉口的墨玉路南進(jìn)口道上，采用同樣的方法，但紙箱開(kāi)口背對(duì)道路，測(cè)定時(shí)間為2015年5月7日、8月13日、2016年1月14日和3月2日；第三組實(shí)驗(yàn)中（圖2），公交站點(diǎn)位于曹安公路澤普路交叉口的澤普路西出口道上，將一個(gè)污染物檢測(cè)儀置于公交站內(nèi)（距交叉口50米）里地面1.7米高處，另一個(gè)污染物監(jiān)測(cè)儀置于距離交叉口90米的出口道下游1.7米高處，PM檢測(cè)儀均開(kāi)放式放置，測(cè)定時(shí)間為2015年5月12日、2016年1月12日和3月3日。

    三個(gè)公交站點(diǎn)的周邊環(huán)境，建筑物高度、布局，用地類型，交通流量和構(gòu)成等情況均基本相同。第一組和第二組測(cè)試中，進(jìn)口道均為四車道，包括一個(gè)左轉(zhuǎn)車道、兩個(gè)直行車道和一個(gè)右轉(zhuǎn)車道，所經(jīng)過(guò)的公交車有安亭4路、安亭6路、安亭7路；第三組測(cè)試中，出口道為雙車道，所經(jīng)過(guò)的公交車有安亭4路、安亭6路。

    車輛尾氣排放是道路環(huán)境中顆粒物的主要來(lái)源，顆粒物(PM2.5)數(shù)據(jù)用Dust Trak TM Model 8532顆粒物測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，它是手持氣溶膠顆粒物濃度測(cè)定儀，可以通過(guò)設(shè)定測(cè)定直徑從0.1um到10um的大氣顆粒物。分辨率為±0.1%，精確值為0.001mg/m³。該儀器可以用于干凈的辦公室，也適用于道路環(huán)境、建筑工地、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及其它戶外環(huán)境。一共兩臺(tái)儀器，在測(cè)定前均進(jìn)行校零。測(cè)量時(shí)每1min讀數(shù)1次，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在測(cè)定儀中回實(shí)驗(yàn)室后下載在電腦中進(jìn)行分析處理。在每一組實(shí)驗(yàn)中，PM污染物濃度檢測(cè)儀被兩位實(shí)驗(yàn)人員在A和B處同時(shí)開(kāi)啟并開(kāi)始檢測(cè)。兩臺(tái)設(shè)備在使用前均通過(guò)了校零處理，并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了校準(zhǔn)，確保在同一環(huán)境中兩臺(tái)設(shè)備所測(cè)得數(shù)據(jù)是高度相關(guān)的( R=0.995)。

  氣象數(shù)據(jù)對(duì)微觀環(huán)境中的污染物擴(kuò)散和聚集具有十分重要的影響，為了將這些影響因素考慮在內(nèi)，本次研究中采用手持式氣象站(FR-HWS)進(jìn)行測(cè)定。在測(cè)定時(shí)將其與電腦連接，每1min記錄一次氣溫、氣壓、風(fēng)速和相對(duì)濕度，并實(shí)時(shí)下載入電腦。

    交通數(shù)據(jù)則采用DV拍攝的方法，采集視頻后在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行人工數(shù)據(jù)處理，整理出每1min計(jì)數(shù)間隔內(nèi)通過(guò)公交車站橫斷面的車流量（所有車型）、大型車（公交車、大客車、貨車）流量。

2  采樣結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

2.1  變量分類與采樣結(jié)果

    所有的數(shù)據(jù)都分為自變量和因變量?jī)深悾ū?/font>1），數(shù)據(jù)的計(jì)數(shù)間隔均為1分鐘。其中自變量主要有交通因子（交通流量、大型車流量）、車站因子（距交叉口距離、站內(nèi)站外、封閉與半封閉）、天氣因子（風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度）。因變量主要為PM2.5的濃度。