Traffic data sampling for air pollution estimation at different urban scales
Échantillonnage des données de trafic pour l’estimation de la pollution atmosphérique aux différentes échelles urbaines
Résumé
Road traffic is a major source of air pollution in urban areas. Policy makers are pushing for different solutions including new traffic management strategies that can directly lower pollutants emissions. To assess the performances of such strategies, the calculation of pollution emission should consider spatial and temporal dynamic of the traffic. The use of traditional on-road sensors (e.g. inductive sensors) for collecting real-time data is necessary but not sufficient because of their expensive cost of implementation. It is also a disadvantage that such technologies, for practical reasons, only provide local information. Some methods should then be applied to expand this local information to large spatial extent. These methods currently suffer from the following limitations: (i) the relationship between missing data and the estimation accuracy, both cannot be easily determined and (ii) the calculations on large area is computationally expensive in particular when time evolution is considered. Given a dynamic traffic simulation coupled with an emission model, a novel approach to this problem is taken by applying selection techniques that can identify the most relevant locations to estimate the network vehicle emissions in various spatial and temporal scales. This work explores the use of different statistical methods both naïve and smart, as tools for selecting the most relevant traffic and emission information on a network to determine the total values at any scale. This work also highlights some cautions when such traffic-emission coupled method is used to quantify emissions due the traffic. Using the COPERT IV emission functions at various spatial-temporal scales induces a bias depending on traffic conditions, in comparison to the original scale (driving cycles). This bias observed in our simulations, has been quantified in function of traffic indicators (mean speed). It also has been demonstrated to have a double origin: the emission functions’ convexity and the traffic variables covariance.
La circulation routière est une source majeure de pollution atmosphérique dans les zones urbaines. Les décideurs insistent pour qu’on leur propose de nouvelles solutions, y compris de nouvelles stratégies de management qui pourraient directement faire baisser les émissions de polluants. Pour évaluer les performances de ces stratégies, le calcul des émissions de pollution devrait tenir compte de la dynamique spatiale et temporelle du trafic. L’utilisation de capteurs traditionnels sur route (par exemple, capteurs inductifs ou boucles de comptage) pour collecter des données en temps réel est nécessaire mais pas suffisante en raison de leur coût de mise en oeuvre très élevé. Le fait que de telles technologies, pour des raisons pratiques, ne fournissent que des informations locales est un inconvénient. Certaines méthodes devraient ensuite être appliquées pour étendre cette information locale à une grande échelle. Ces méthodes souffrent actuellement des limites suivantes : (i) la relation entre les données manquantes et la précision de l’estimation ne peut être facilement déterminée et (ii) les calculs à grande échelle sont énormément coûteux, principalement lorsque les phénomènes de congestion sont considérés. Compte tenu d’une simulation microscopique du trafic couplée à un modèle d’émission, une approche innovante de ce problème est mise en oeuvre. Elle consiste à appliquer des techniques de sélection statistique qui permettent d’identifier les emplacements les plus pertinents pour estimer les émissions des véhicules du réseau à différentes échelles spatiales et temporelles. Ce travail explore l’utilisation de méthodes statistiques intelligentes et naïves, comme outil pour sélectionner l’information la plus pertinente sur le trafic et les émissions sur un réseau afin de déterminer les valeurs totales à plusieurs échelles. Ce travail met également en évidence quelques précautions à prendre en compte quand on calcul les émissions à large échelle à partir des données trafic et d’un modèle d’émission. L’utilisation des facteurs d’émission COPERT IV à différentes échelles spatio-temporelles induit un biais en fonction des conditions de circulation par rapport à l’échelle d’origine (cycles de conduite). Ce biais observé sur nos simulations a été quantifié en fonction des indicateurs de trafic (vitesse moyenne). Il a également été démontré qu’il avait une double origine : la convexité des fonctions d’émission et la covariance des variables de trafic.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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