Consiglio Nazionale delle Ricerche XIV riunione dell’ Expert Panel

Presentazione sul tema: "Consiglio Nazionale delle Ricerche XIV riunione dell’ Expert Panel"— Transcript della presentazione:

1 Consiglio Nazionale delle Ricerche XIV riunione dell’ Expert Panel
Istituto Motori Determinazione dei fattori di emissione medi di una tipologia di veicoli in funzione di alcuni parametri cinematici. Confronto con COPERT III e IV Livia Della Ragione, Giovanni Meccariello XIV riunione dell’ Expert Panel Venezia - 16 Ottobre 2008 In memoria e ricordo di Mario Rapone

2 XIV riunione dell’ Expert Panel
BACKGROUND La valutazione delle emissioni può essere realizzata in differenti scale spazio-temporali in relazione a differenti obiettivi I modelli per la definizione dei fattori di emissione possono essere categorizzati come macro-scale, meso-scale e micro-scale a seconda della finalità di utilizzo e della quantità di informazioni che essi richiedono sia in relazione al traffico, che alla composizione del parco circolante, che alla caratterizzazione del driving behaviour XIV riunione dell’ Expert Panel Venezia - 16 Ottobre 2008

3 XIV riunione dell’ Expert Panel
BACKGROUND Per lo sviluppo di piani di trasporto regionali o di una specifica città ci si può riferire ad un approccio modellistico meso Modelli su mesoscala richiedono una approfondita rappresentazione del traffico nell’area individuata e della rete di trasporto in links Per ciascun link le emissioni medie sono generalmente valutate per ciascun veicolo come funzioni del flusso di veicoli e della velocità media XIV riunione dell’ Expert Panel Venezia - 16 Ottobre 2008

4 XIV riunione dell’ Expert Panel
BACKGROUND Nell’ambito meso è stato sviluppato in Istituto Motori nel contesto del progetto Europeo ARTEMIS, il modello Kinematic Emission Model KEM Le emissioni predette sono calcolate su un micro-trip basandosi su una dettagliata descrizione del profilo di velocità, mediante parametri cinematici, ma utilizzando meno informazioni rispetto ai modelli istantanei Si basa sull’analisi di un grande database di emissioni provenienti dal progetto UE ARTEMIS. XIV riunione dell’ Expert Panel Venezia - 16 Ottobre 2008

5 XIV riunione dell’ Expert Panel
BACKGROUND L’obiettivo attuale è lo sviluppo di un tool che implementi il modello KEM in un approccio DSS e permetta di stimare le emissioni associate ad una condizione di traffico Le parti costituenti il DSS sono il datawarehouse delle emissioni, il model base e la GUI (grafical user interface ) Sarà implementato un emission module che accetti come input un certo numero di variabili cinematiche caratterizzanti i cicli di guida e fornisca in output CO, CO2, HC, NOX etc. in g/km XIV riunione dell’ Expert Panel Venezia - 16 Ottobre 2008

6 La struttura del sistema informativo
DSS Accesso ed estrazioni dal database ARTEMIS / UTENTE  Datawarehouse Metodi statistici/algoritmi/regole Modelli di emissione (predeterminati/elaborati) Module GUI Interfaccia utente e moduli: EASY GIS … Report Output Profili dei cicli / analisi cinematiche Fattori di emissione Mappa delle emissioni

7 XIV riunione dell’ Expert Panel
IL Model Base Nel Model Base sono implementati metodi statistici multivariati e regressione Partial Least Squares (PLS) per la determinazione dei valori predetti e dei coefficienti di calcolo delle emissioni Il modello di regressione ha come variabili di risposta Y le emissioni di CO, HC, NOx, CO2 in g/km, misurate in un ciclo di guida Le variabili X indipendenti sono relative a parametri cinematici atti a rappresentare il “real-world driving behavior of vehicles in any traffic situation” XIV riunione dell’ Expert Panel Venezia - 16 Ottobre 2008

8 IL Model Base Le variabili indipendenti sono relative all’equazione dinamica del veicolo, con l’aggiunta del tempo al minimo per tener conto delle emissioni prodotte durante questa fase MP(t)dtt (a+b*v(t)+c*v2(t)+d*Mv*a(t))*v(t) dt In cui M massa totale dei gas di scarico P(t) la potenza erogata dal motore, v(t) speed a(t) l’accelerazione Mv la massa del veicolo

9 Dss –Model Base Parametri Utente da GUI Output- Report
Time series v(t) del ciclo di guida Determinazione delle variabili cinematiche Parametri Utente da GUI Omologazione Tecnologia Cilindrata Determinazione dei fattori di emissione circolante Parco Fattori di emissione in g/km Output- Report Parametri selezione/output Utente Model Base - Easy

10 GUI Dss Model Base Data mart Datawarehouse Data base PM (mg/km) CO HC
NOx … 0,3 0,1 0,2 0,4 GUI PM (mg/km)

11 Valori osservati, KEM, Copert IV, Copert III
Caso Benzina Euro III Valori osservati, KEM, Copert IV, Copert III CO g/km cycle_name mvoverall CO Obs KEM CO Handbook.R4_II Artemis.urban_3 Artemis.urban_4 Artemis.urban_1 Artemis.urban Artemis.urban_5 Artemis.urban_2 Handbook.R3_III Handbook.R4_I Artemis.rural_3 WP321.TUG.Ries_r 48.296 Artemis.rural_1 Handbook.R3_II Handbook.R3_I 52.92 Artemis.rural Handbook.R2_III Artemis.rural_2 Handbook.R2_II Artemis.rural_4 Artemis.rural_5 Handbook.R2_I Handbook.R1_III Handbook.R1_II 107.66 Artemis.motorway g/km Vm (km/h)

12 Valori osservati, KEM, Copert IV, Copert III
Caso Benzina Euro III cycle_name mvoverall Nox Obs Kem NOx Handbook.R4_II Artemis.urban_3 Artemis.urban_4 Artemis.urban_1 Artemis.urban Artemis.urban_5 Artemis.urban_2 Handbook.R3_III Handbook.R4_I Artemis.rural_3 WP321.TUG.Ries_r 48.296 Artemis.rural_1 Handbook.R3_II 0.0097 Handbook.R3_I 52.92 Artemis.rural Handbook.R2_III Artemis.rural_2 Handbook.R2_II Artemis.rural_4 Artemis.rural_5 Handbook.R2_I Handbook.R1_III Handbook.R1_II 107.66 Artemis.motorway Valori osservati, KEM, Copert IV, Copert III NOx g/km g/km Vm (km/h)

13 Formule COPERT Fattore di riduzione E3 Benzina Euro III -76%
COPERT III emission factors - cilindrata < 1.4 cc EF Nox = 0, ,01047V+ 10,8E-05V² -76% EF CO = 9,846-0,2867V+0,0022V² -44% EF VOC o HC= 0, ,01377V + 8,52E-05V² -85% COPERT IV emission factors - tutte le cilindrate EF = ( a + c × V + e × V²)/(1 + b × V + d × V²) Coefficienti Copert IV a b c d e C.IV Nox E1 5.25E-01 -1.00E-02 9.36E-05 C.IV Nox E2 2.84E-01 -2.34E-02 -8.69E-03 4.43E-04 1.14E-04 C.IV Nox E3 9.29E-02 -1.22E-02 -1.49E-03 3.97E-05 6.53E-06 C.IV Nox E4 1.06E-01 -1.58E-03 7.10E-06 C.IV HC E1 1.35E+00 1.78E-01 -6.77E-03 -1.27E-03 C.IV HC E2 4.11E+06 1.66E+06 -1.45E+04 -1.03E+04 C.IV HC E3 5.57E-02 3.65E-02 -1.10E-03 -1.88E-04 1.25E-05 C.IV HC E4 1.18E-02 0.00E+00 -3.47E-05 8.84E-07 C.IV CO E1 1.12E+01 1.29E-01 -1.02E-01 -9.47E-04 6.77E-04 C.IV CO E2 6.05E+01 3.50E+00 1.52E-01 -2.52E-02 -1.68E-04 C.IV CO E3 7.17E+01 3.54E+01 1.14E+01 -2.48E-01 C.IV CO E4 1.36E-01 -1.41E-02 -8.91E-04 4.99E-05

14 Graphical User Interface (GUI)
EASY MODULE utilizza una metodologia statistica, sviluppata in Istituto Motori, per l’analisi delle emissioni inquinanti relazionate alle caratteristiche cinematiche dei cicli di guida. Per la determinazione dei fattori di emissione il modulo di calcolo determinerà i coefficienti per ottenere le stime di previsione di un determinato ciclo di guida data una combinazione di tecnologia/cilindrata/omologazione. Il tool si basa, in un modulo di calcolo nell’ambito del Model Base, di un insieme di modelli statistici basati sulla regressione PLS per l’individuazione dei coefficienti per la previsione dei fattori di emissione e per l’individuazione di indici statistici delle stime.

15 Sviluppo rappresentazione delle emissioni tramite GIS
classificazione del tipo di strada per ciascun arco del percorso le emissioni prodotte da diverse classi di veicoli per ciascuna tipologia di strada, utilizzando i moduli del sistema informatico IM CNR, per predefinite situazioni traffico/strada. le emissioni da correnti tipiche di traffico per la zona geografica considerata ricavate da dati ACI, per predefinite situazioni traffico/strada ed ipotizzate composizione veicolari della corrente (se non disponibili come dato di input). le emissioni dei veicoli valutate fanno riferimento ad una specifica strada (per esempio autostrada e/o tangenziale) per la quale sono disponibili dati di flusso e/o di densità veicolare e/o di velocità media. Deve essere ideato e sviluppato un modulo di elaborazione del sistema IM-CNR che valuta per ciascun arco della rete di traffico rappresentata dal GIS informazioni riguardanti:

16 Sviluppo e Conclusioni XIV riunione dell’ Expert Panel
Realizzare il disegno concettuale di KEM Integrare il Datawarehouse con nuovi dati provenienti da altre sperimentazioni o da terzi per migliorare la predittività dei modelli. Integrare il Datawarehouse con dati provenienti da sperimentazioni su altri tipi di veicoli (due ruote, track …) e sviluppare i relativi modelli predittivi Implementare tool fruibile … XIV riunione dell’ Expert Panel Venezia - 16 Ottobre 2008

17 XIV riunione dell’ Expert Panel
KEM Grazie per l’attenzione..… Riferimenti Istituto Motori dott. Livia Della Ragione dott. Giovanni Meccariello XIV riunione dell’ Expert Panel Venezia - 16 Ottobre 2008