Διαμόρφωση υποδειγμάτων συσχέτισης ταχύτητας - φόρτου σε συνθήκες διακοπτόμενης κυκλοφοριακής ροής για τη δυναμική εκτίμηση της αέριας ρύπανσης
Authors: Τσακαλίδης Αναστάσιος 
Published: September 2021

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η διερεύνηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων σε σχέση με τα χαρακτηριστικά μεγέθη της κυκλοφορίας και στόχος της η διαμόρφωση υποδειγμάτων συσχέτισης ταχύτητας - φόρτου σε συνθήκες διακοπτόμενης κυκλοφοριακής ροής για τη δυναμική εκτίμηση της αέριας ρύπανσης. Αναπτύσσονται υποδείγματα συσχέτισης μεταξύ ταχύτητας – φόρτου κυκλοφορίας βάσει εμπειρικών δεδομένων από συνθήκες διακοπτόμενης κυκλοφοριακής ροής, μια κατάσταση που αποτελεί σχεδόν τον κανόνα της αστικής οδικής κυκλοφορίας. Επίσης, για τους σκοπούς της έρευνας αναπτύσσεται μια μεθοδολογία συλλογής κυκλοφοριακών δεδομένων με δυναμικό χαρακτήρα που δεν περιορίζεται τοπικά. Σε αυτό το πλαίσιο, αναλύονται οι εξωτερικότητες του κλάδου των μεταφορών και οι επιπτώσεις της οδικής κυκλοφορίας στο φυσικό περιβάλλον, με έμφαση στην παραγωγή αερίων εκπομπών. Παρουσιάζονται τα βιώσιμα συστήματα μεταφορών και η Ευρωπαϊκή πραγματικότητα, γίνεται ανασκόπηση των θεσπισμένων Ευρωπαϊκών πολιτικών για τις μεταφορές, την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής και την τεχνολογία οχημάτων και καυσίμων, ενώ παρουσιάζονται οι σχετικοί στόχοι για τη βιωσιμότητα των συστημάτων μεταφορών με ορίζοντα το 2050. Συγχρόνως, αναπτύσσεται το θεωρητικό υπόβαθρο της έρευνας, και ειδικότερα η θεωρία της κυκλοφοριακής ροής. Γίνεται εισαγωγή στη διαδικασία υπολογισμού αερίων εκπομπών από την κυκλοφορία στην ατμόσφαιρα και τονίζεται η σημασία των σχετικών υποδειγμάτων πρόβλεψης. Παράλληλα, γίνεται αναλυτική περιγραφή του Ευρωπαϊκού εργαλείου για τον υπολογισμό αερίων ρύπων από το σύστημα οδικών μεταφορών COPERT4, το οποίο χρησιμοποιείται και στην παρούσα διατριβή. Στη συνέχεια, αναπτύσσεται η έννοια των υποδειγμάτων κυκλοφοριακής ροής, βάσει των συσχετίσεων ανά δύο μεταξύ των χαρακτηριστικών μεγεθών της κυκλοφορίας: του κυκλοφοριακού φόρτου, της ταχύτητας και της πυκνότητας της κυκλοφορίας. Παρουσιάζονται οι σχετικές ερευνητικές προσπάθειες που πραγματοποιήθηκαν σε θεωρητικό και πειραματικό επίπεδο διαχρονικά από τις αρχές του 20ου αιώνα έως σήμερα και πραγματοποιείται ανασκόπηση της σχετικής βιβλιογραφίας διεθνώς. Για τους σκοπούς της έρευνας αναπτύσσεται η μεθοδολογία για την εκτίμηση εκπομπών αερίων ρύπων από την κυκλοφορία, που διαθέτει το χαρακτήρα ενός δυναμικού εργαλείου και είναι δυνατό να χρησιμοποιείται σε πραγματικό χρόνο για την εκτίμηση των ατμοσφαιρικών επιβαρύνσεων από την οδική κυκλοφορία εντός αστικού περιβάλλοντος. Συσχετίζονται τα χαρακτηριστικά μεγέθη της κυκλοφορίας με την παραγωγή αερίων εκπομπών σε συνθήκες διακοπτόμενης κυκλοφοριακής ροής και δημιουργείται μια δυναμική εφαρμογή για τον υπολογισμό αερίων εκπομπών από την κυκλοφορία σε πραγματικό χρόνο. Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε εφαρμόζεται στην περιοχή μελέτης, που είναι το πολεοδομικό συγκρότημα της Θεσσαλονίκης. Ορίζεται επακριβώς η περιοχή εφαρμογής, καταγράφονται τα χαρακτηριστικά της και οι κυκλοφοριακές συνθήκες που επικρατούν και γίνεται λειτουργική ιεράρχηση και χαρτογραφική απεικόνιση του οδικού δικτύου. Επιλέγονται τα οδικά τμήματα μελέτης και περιγράφονται οι διαδικασίες συλλογής και ανάλυσης των απαραίτητων στοιχείων για την έρευνα, η οποία περιλαμβάνει μεταξύ άλλων τη χρήση ενός στόλου ταξί για τη συλλογή δυναμικών κυκλοφοριακών δεδομένων πραγματικού χρόνου. Η παραπάνω διαδικασία οδηγεί στην ανάπτυξη μαθηματικών σχέσεων μεταξύ της ταχύτητας και του φόρτου κυκλοφορίας και μέσω της αξιολόγησής τους επιλέγονται αντιπροσωπευτικά οδικά τμήματα από το σύνολο του οδικού δικτύου. Ταυτόχρονα, παρουσιάζονται οι διαδικασίες λήψης πρωτογενών δεδομένων για τη βελτίωση του στατιστικού δείγματος, εξάγονται οι οριστικές καμπύλες συσχέτισης ταχύτητας-φόρτου κυκλοφορίας, αναπτύσσεται μια δυναμική εφαρμογή υπολογισμού αερίων εκπομπών από την κυκλοφορία μέσω του λογισμικού COPERT4 και τελικά γίνεται εξαγωγή των αποτελεσμάτων της εφαρμογής.