本节介绍我们的研究结果,主要分为三个部分。首先,我们介绍模拟模型得出的预测结果,然后是空气质量方面的预测结果,最后是根据公式 4 将空气质量测量结果与模拟出行时间复合计算得出的 PM2.5 暴露量。
模拟结果
图 3 显示了按 UPZ 划分的波哥大市区地图,其中橙色标出了当前规划的 QC 路线。该路线分为 119 个路段,每个路段模拟自行车道的直线部分。作为记号,我们对各段进行连续编号,第 1 段是最南端的一段,第 119 段是最北端的一段。此外,我们还用 "North "和 "South "来标注骑车人的出行方向。对多次模拟运行进行汇总,计算出相关指标的平均值以及置信度为 95% 的置信区间。
图 4 显示了骑车人在路线各段所花费的模拟平均时间(等式 4 中的 EDi 因子),以小时为单位,适用于向北和向南的出行,以及所考虑的三个时间范围。这个平均时间取决于共用路段的骑车人数、速度和路段长度。
表 1:每个时间范围内所有自行车道段的平均时间(分钟)。
首先,我们在最南端的第一段始终观察到一个高峰。这是由于从质量控制中心最末端地区出发的出行次数非常多,其中大部分都是向南行驶,因此不在我们的研究范围内。在早高峰时段(时间范围 1,左图),预计会有更多的人前往城市北部(Secretar´ıa de Movilidad Alcald´ıa Mayor de Bogota TPD Ingenier ´ ´ıa 2016)。模拟结果表明,80 至 115 号路段的平均时间最长。在第二个时间范围内(中图),骑车人花费时间的峰值出现在南部路段。此外,各路段之间的时间差异也有所减小。最后一个时间段的模拟结果(右图)显示,在中心路段,人们花费的时间是其他路段的两倍之多。这可能是因为在这一时间范围内,大部分行程的起点在城市的南部和北部,终点在城市的另一侧,人们在快速公交线路的中部聚集。
在所有时间段内,南行的乘客在每个路段花费的时间都比其他方向的乘客多。这是因为往南方向的交通强度更高,骑自行车的人不得不放慢速度,在路段上停留的时间也更长。表 1 中报告了各时间段出行方向和时间范围的平均停留时间以及置信区间的半宽度,从统计学角度证实了这一差异的存在。
空气质量结果
根据克里金插值法得出的空气质量数据,我们估算出了质控区内各路段的 PM2.5 平均浓度(等式 4 中的 Ci 因子),如图 5 所示。早上和晚上是交通高峰期,街道上的车辆流量较大。因此,图 5 显示,这些时间段的 PM2.5 浓度高于中午时段。在质控区南部的一些路段(曲线左侧),时间范围 1 的浓度是时间范围 2 的 2.5 倍。
在时间范围 1 中,PM2.5 的浓度处于最高水平。我们注意到,质量控制中心最南端的区段估计的浓度最高,那里估计的预期停留时间也最大(见图 4)。尽管高污染区段集与拥堵区段集之间的交集极小,但仍应引起人们对高暴露量对健康影响的关注。相反,北部质量控制路段的 PM2.5 水平相对较低,在暴露评估中可以弥补时间范围 1 中骑车者较长的逗留时间(见图 4.a)。
在第二个时间范围内,PM2.5 的浓度处于最低水平,因为城市的交通强度比上午要低得多。这可以根据人们的正常工作时间来解释。因此,仅根据浓度变量,可以得出结论,第二个时间段是使用质量控制的最佳时机。
最后一个时间段报告的平均值比第一个时间段小。即使在时间范围 3 中发生了与时间范围 1 大致相同的出行次数,也有两个不同的因素决定了 PM2.5 浓度的平均值较低:第一个因素是出行开始时间的分布最大,第二个因素是污染物在一天中晚些时候在大气中的扩散效率更高。
暴露结果
根据公式 4 计算出的暴露量取决于骑车人的特征和路线。因此,只能参照特定用户的特定行程来计算结果。然后,为了评估暴露情况,我们随机生成了沿着质量控制路径行驶的自行车道使用者的概况。档案的随机生成是基于电磁调查的信息。
图 6)显示了随机生成的沿线自行车使用者组合的分段估计暴露量。不出所料,沿线的暴露行为与路段的平均时间非常相似。然而,不同特征之间存在明显差异,由于女性和年轻人的通风率较高(等式 4 中的 V R 因子),他们在沿线几乎每个路段的暴露量都较高。为了更准确地描述由骑车人特征决定的暴露量差异,我们在表 2 中报告了一组抽样特征的估计 AD,假设行程沿整个质量控制中心进行。
表 2 中报告的数值有助于了解骑车人沿线暴露量的大小。文献研究表明,小城市的 24 小时暴露量(Lee 等人,2017 年)约为 4.6 µgm-3d-1。根据波哥大的污染水平,在自行车道上骑行几个小时也会吸入类似数量的 PM2.5。
表 2:不同时间范围和方向的 QC 骑行者的 PM2.5 平均暴露量。
结论
在这项研究中,我们介绍了如何综合利用交通模拟模型和空气质量数据,对波哥大即将建成的 25 公里长的自行车道 Quinto Centenario 沿线的骑车人暴露于 PM2.5 的情况进行预测。
模拟模型的目的是对用户的出行时间进行估算,并将其细分为在组成模拟自行车道的不同路段所花费的时间。我们工作的一个重要部分是对模拟模型进行参数化,以确保自行车出行的需求、其出发地/目的地和速度方面的特征确实反映了城市中自行车使用者的真实行为。我们利用地方当局收集的综合调查官方数据来确定规划自行车道路线的影响区域、建立自行车出行到达过程模型、估算自行车出行的起点/终点和速度。
自行车道沿线的空气质量信息是通过对监测站网络收集的城市官方数据进行空间插值获得的。通过将 PM2.5 浓度的空间分布与骑车人在自行车道上花费的平均时间相结合,我们可以根据美国环保局建议的沿线吸入指标,估算出自行车道使用者的累积暴露量。
了解一个人的性别和年龄后,就可以计算出一个骑车人在沿着昆托-森特纳里奥自行车道骑车旅行时吸入的 PM2.5 的预测平均量。这些信息对路线设计人员和用户都很有价值。前者可以用它来比较不同路线方案对健康的影响,而后者则可以做出明智的决定,选择正确的物理屏障来保护自己免受长期暴露于污染物的影响。这项工作的初步结果已提交给波哥大的交通管理部门。我们目前正在开发一个改进的模拟模型,以便更好地描述高海拔城市的暴露特征,以及评估在污染环境中进行体育活动的总体成本效益。
作者简介
丹尼尔-阿祖门迪-贡戈拉(DANIELA AZUMENDI GONGORA)是安第斯大学的毕业助教,负责离散事件模拟课程。她于 2018 年完成了工业工程专业和机械工程专业的双学位课程,目前是该大学工业工程硕士课程的学生。她对运筹学在环境保护和社会福利方面的应用很感兴趣。她的电子邮箱是 d.azumendi10@uniandes.edu.co。
JUAN JOSE D´ ´IAZ BAQUERO 是安第斯大学(Universidad de los Andes)的工业工程硕士,拥有软件工程和工业工程双学位。热衷于运筹学、数学建模、模拟、编程、气候变化和公共卫生。他的电子邮件地址是 jj.diaz1067@uniandes.edu.co。
胡安-费利佩-弗兰科(JUAN FELIPE FRANCO)在哥伦比亚国立大学获得化学工程学位,在安第斯大学获得工程硕士学位,目前是该校工程专业的博士生。他曾在空气污染控制、减少温室气体排放、城市可持续发展管理和公共政策定义等领域担任教师、研究员和顾问。他的电子邮件地址是 jffranco@uniandes.edu.co。
伊万-穆拉(IVAN MURA)在意大利比萨大学获得计算机科学学士学位和计算机科学工程博士学位,并在乔治-华盛顿大学商学院获得信息技术项目管理理学硕士学位。他目前是安第斯大学工业工程系副教授。他的研究兴趣包括人工系统和生命系统的数学建模,以及基于连续确定性和离散随机状态的技术。他的电子邮件地址是 i.mura@uniandes.edu.co。
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