Nghiên cứu xác định đặc trưng phát thải của xe buýt tại hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Yến Liên

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG PHÁT THẢI
CỦA XE BUÝT TẠI HÀ NỘI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Hà Nội – 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Yến Liên

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG PHÁT THẢI
CỦA XE BUÝT TẠI HÀ NỘI

Ngành:

Kỹ thuật môi trường

Mã số:

9520320

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. Nghiêm Trung Dũng

Hà Nội – 2019


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong
luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác.

Hà Nội, tháng 04 năm 2019

i


GIÁ
O
VIÊN
HƯỚ
NG
DẪN

N
g
h
i
ê
n
c

ứ
u

PGS.
TS.
Nghi
êm
Trun
g
Dũn
g

s
i
n
h

Ng
uyễ
n
Thị
Yến
Liê
n

i


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã cho phép tôi thực hiện
luận án này. Cảm ơn Viện Đào tạo sau đại học, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Viện
Cơ khí Động lực đã luôn hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình
tôi thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn PGS.TS. Nghiêm Trung Dũng đã luôn
hỗ trợ, động viên và hướng dẫn về mặt chuyên môn trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án.
Xin chân thành cảm ơn GS. TS. Lê Anh Tuấn, PGS.TS Phạm Hữu Tuyến, Viện Cơ khí Động
lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã tận tình giúp đỡ về mặt chuyên môn để tôi có thể
hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Ngọc Dũng, Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại
học Giao thông vận tải; cảm ơn TS. Emil Torp, Khoa Kỹ thuật điện, Trường Đại học
Linköpings, Thụy Điển, đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình xây dựng mã lệnh để đạt được
mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
Chân thành cảm ơn Bộ Môi trường Nhật Bản đã cung cấp thuật toán chuyển đổi từ chu
trình lái của phương tiện sang chu trình chuyển tiếp của động cơ.
Xin chân thành cảm ơn Tổng công ty vận tải Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
trong quá trình thu thập thông tin và dữ liệu hành trình của hệ thống xe buýt tại Hà Nội.
Chân thành cảm ơn Trường Đại học Giao thông vận tải, Khoa Môi trường và An toàn
Giao thông đã tạo điều kiện cho tôi được tham gia chương trình đào tạo này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng
chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận
án này và định hướng nghiên cứu trong lai.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè đã luôn ở bên động viên, giúp đỡ
trong suốt quá trình tôi tham gia chương trình đào tạo này.

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Thị Yến Liên

ii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................................... vi
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ........................................................................ viii DANH
MỤC BẢNG ..................................................................................................... ix DANH
MỤC HÌNH ...................................................................................................... xi MỞ ĐẦU
...........................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................6
1.1. Ô nhiễm không khí từ hoạt động của phương tiện cơ giới đường bộ ......................6
1.1.1. Các dạng phát thải từ hoạt động của phương tiện cơ giới đường bộ
......................... 6
1.1.2. Tác động của các chất ô nhiễm không khí từ phương tiện cơ giới đường
bộ........... 7
1.1.3. Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn về khí xả đối với phương tiện cơ giới đường
bộ.......... 8
1.2. Hệ số phát thải của phương tiện cơ giới đường bộ và phương pháp xác định .........9
1.2.1. Khái niệm......................................................................................................................... 9
1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số phát thải ..................................................................
10
1.2.3. Các phương pháp xác định hệ số phát thải của phương tiện cơ giới đường
bộ...... 13
1.2.4. Tình hình nghiên cứu xây dựng bộ hệ số phát thải đặc trưng ..................................
14
1.3. Chu trình lái và các phương pháp xây dựng...........................................................17
1.3.1. Khái niệm....................................................................................................................... 17
1.3.2. Tầm quan trọng của chu trình lái.................................................................................

18
1.3.3. Các phương pháp xây dựng chu trình lái....................................................................
19
1.3.4. Các thông số đặc trưng của chu trình lái.....................................................................
21
3


1.4.
Phương
pháp
thu
thập
tế......................................................23

dữ

liệu

lái

ngoài

thực

1.5. Kỹ thuật xử lý sai số trong dữ liệu GPS .................................................................25
1.6. Dữ liệu chuỗi thời
...........................................30

gian

và

quá

trình

ngẫu

nhiên

dừng

1.6.1. Chuỗi thời gian.............................................................................................................. 30
1.6.2. Quá trình ngẫu nhiên dừng...........................................................................................
31
1.7.
Thuật
toán
phân
cụm
........................................................................31

4

phân

cấp

gộp

1.8. Quá trình Markov ...................................................................................................33
1.8.1. Tính Markov.................................................................................................................. 33
1.8.2. Ma trận xác suất chuyển dịch trạng thái .....................................................................
33
1.8.3. Tính chất Markov của dữ liệu lái ngoài thực tế .........................................................
34
1.9. Giới thiệu chung về hệ thống xe buýt tại Hà Nội ...................................................35
1.10. Kết luận chương 1 ................................................................................................36
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................................................38
2.1. Quy trình thực hiện nghiên cứu ..............................................................................38
2.2. Xác định loại chu trình lái ......................................................................................38
2.3. Lựa chọn tuyến .......................................................................................................38
2.4. Thu thập dữ liệu......................................................................................................40
2.5. Phân tích dữ liệu .....................................................................................................41
2.5.1. Kiểm định tnh dừng..................................................................................................... 41
2.5.2. Tiền xử lý dữ liệu GPS ................................................................................................. 42
2.5.3. Xử lý dữ liệu.................................................................................................................. 42
2.5.4. Trích chọn các thông số đặc trưng ..............................................................................
43
2.6. Xây dựng chu trình lái đặc trưng cho xe buýt tại Hà Nội ......................................44
2.6.1. Quy trình xây dựng chu trình lái .................................................................................
45
2.6.2. Xây dựng ma trận xác suất chuyển trạng thái (TPM) ...............................................
45
2.6.3. Tổng hợp chu trình lái dựa trên lý thuyết chuỗi Markov ..........................................
47
2.6.4. Đánh giá sự phù hợp.....................................................................................................
48

2.6.5. Lựa chọn và đánh giá chu trình lái đặc trưng.............................................................
49
2.7. Xây dựng chu trình thử cho động cơ xe buýt .........................................................50
2.7.1. Xây dựng chu trình thử dạng chuyển tiếp đối với động cơ ......................................
50
5


2.7.2. Xây dựng chu trình thử tĩnh đối với động cơ .............................................................
57
2.8. Thử nghiệm phát thải trên động cơ xe buýt............................................................58
2.8.1. Đối tượng thử nghiệm .................................................................................................. 58
2.8.2. Thiết bị thử nghiệm....................................................................................................... 59
2.8.3. Điều kiện thử nghiệm ...................................................................................................
62
2.9. Xử lý kết quả thử nghiệm .......................................................................................63
2.9.1. Tính suất phát thải của động cơ ...................................................................................
63

6


2.9.2. Tính hệ số phát thải theo lượng nhiên liệu tiêu thụ ...................................................
67
2.9.3. Tính hệ số phát thải theo quãng đường di chuyển .....................................................
68
2.10. Kết luận chương 2 ................................................................................................69
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................71
3.1. Kết quả phân tích dữ liệu........................................................................................71
3.1.1. Kết quả kiểm định tính dừng .......................................................................................

71
3.1.2. Kết quả xử lý dữ liệu GPS ........................................................................................... 72
3.1.3. Kết quả trích chọn các thông số đặc trưng .................................................................
86
3.2. Chu trình lái đặc trưng cho xe buýt tại Hà Nội ......................................................94
3.3. Chu trình thử cho động cơ xe buýt .......................................................................103
3.3.1. Chu trình thử dạng chuyển tiếp đối với động cơ .....................................................
103
3.3.2. Chu trình thử tnh đối với động cơ xe buýt Hà Nội (HBSC)..................................
108
3.3.3. Phi chuẩn hóa các điểm thử .......................................................................................
112
3.4. Đặc trưng phát thải của xe buýt tại Hà Nội ..........................................................114
3.4.1. Nồng độ các chất ô nhiễm..........................................................................................
114
3.4.2. Suất phát thải của động cơ .........................................................................................
116
3.4.3. Hệ số phát theo lượng nhiên liệu tiêu thụ .................................................................
117
3.4.4. Hệ số phát thải theo quãng đường di chuyển ...........................................................
119
3.5. Kết luận chương 3 ................................................................................................122
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................124
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ......................127
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................129
PHỤ LỤC

.......................................................................................................138
7

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Tiếng Việt

Tiếng Anh

A/F

Tỷ lệ không khí/nhiên liệu

Air - fuel ratio

AQI

Chỉ số chất lượng không khí

Air quality index

BSEF

Suất phát thải của động cơ

Brake-specific emission factor

BSFC

Suất tiêu hao nhiên nhiệu

Brake-specific fuel
consumption

CSEF

Hệ số phát thải đặc trưng quốc gia

Country-specific emission
factor

DBEF

Hệ số phát thải theo khoảng cách

EF

Hệ số phát thải

Distance based emission
factor
Emission factor

ESC

Chu trình thử tĩnh của châu Âu

European sationary cycle

ETC

Chu trình chuyển tiếp của châu Âu

European transient cycle

FBEF

Hệ số phát thải theo nhiên liệu

Fuel based emission factor

GPS

Hệ thống định vị toàn cầu

Global position system

GTVT

Giao thông vận tải

HBDC

Chu trình lái đặc trưng cho xe buýt tại
Hà Nội

HBSC

Chu trình thử tĩnh cho động cơ xe buýt
Hà Nội

HBTC

Chu trình thử chuyển tiếp cho động cơ xe
buýt Hà Nội

HDV

Xe hạng nặng

Heavy duty vehicle

IPCC

Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí
hậu

Intergovernmental Panel on
Climate Change

OECD

Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế

Organization for economic cooperation and development

PM

Bụi

Particulate Matter

PTCGĐB

Phương tiện cơ giới đường bộ

PTVT

Phương tiện vận tải

8


TPM

Ma trận xác suất chuyển dịch

TRANSERCO

Tổng công ty vận tải Hà Nội

VOC

Hợp chất hữu cơ bay hơi

Volatile organic compound

VSP

Công suất riêng của xe

Vehicle specific power

WHO

Tổ chức Y tế Thế giới

World Health Organization

WHTC

Chu trình chuyển tiếp đặc trưng toàn thế
giới

World Harmonized Transient
Cycle

WF

Hệ số trọng số

Weight factor

vii

Transition Probability Matrix


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ
Ký hiệu

Đơn vị

Thuật ngữ



-

Hệ số dư không khí

ai

m/s

2

Gia tốc tức thời tại thời điểm i

ares

m/s

2

Độ phân giải của gia tốc

C

ppm

Nồng độ chất ô nhiễm

FSN

-

Độ khói

Gair

kg/h

Lưu lượng không khí nạp vào

Gexh

kg/h

Lưu lượng khí xả

Gfuel

kg/h

Lưu lượng nhiên liệu tiêu thụ

n

Vòng/phút

Tốc độ động cơ

nhi

Vòng/phút

Tốc độ động cơ mà tại đó công suất bằng
70% công suất định mức

nidle

Vòng/phút

Tốc độ của động cơ ở chế độ không tải

nlo

Vòng/phút

Tốc độ động cơ mà tại đó công suất bằng 50%
công suất định mức

nrated

Vòng/phút

Tốc độ danh định

n_norm

%

Tốc độ động cơ đã được chuẩn hóa

P

kW

Công suất của động cơ

SAFDdiff

%

t

s

Độ lệch trong phân bố tần suất gia tốc – vận
tốc
Thời gian đo

T_norm

%

Mô men động cơ đã được chuẩn hóa

Te

Nm

Mô men của động cơ

Temax

Nm

Mô men cực đại của động cơ

Ts

s

Bước thời gian

V

km/h

Vận tốc xe

vi

km/h

Vận tốc tức thời của xe ở thời điểm i

vres

km/h

Độ phân giải của vận tốc

WF

%

Hệ số trọng số
8


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Giới hạn hàm lượng các chất ô nhiễm trong khí xả PTCGĐB hạng nặng theo
tiêu chuẩn châu Âu
........................................................................................9
Bảng 1.2. Ảnh hưởng của lưu huỳnh và các hợp chất vòng thơm tới sự phát thải của
động cơ xăng ...............................................................................................10
Bảng 1.3. Ảnh hưởng của đặc tnh nhiên liệu tới sự phát thải của động cơ diesel ......11
Bảng 1.4. Ảnh hưởng của chế độ hoạt động đến tốc độ phát thải ................................12
Bảng 1.5. Các tiêu chí sử dụng trong phân loại chu trình lái .......................................18
Bảng 1.6. So sánh tiêu hao nhiên liệu và phát thải từ xe ôtô tại Thái Lan theo các chu
trình lái khác nhau
.......................................................................................19
Bảng 1.7. Các thông số động học thường sử dụng xác định đặc trưng chu trình lái ...22
Bảng 2.1. Thông tin về các tuyến xe buýt sử dụng trong nghiên cứu ...........................39
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của động cơ diesel D1146TI ...........................................58
Bảng 2.3. Các thông số sử dụng trong tnh toán hệ số phát thải ...................................63

Bảng 2.4. Giá trị u đối với từng chất khí trong không khí thô ......................................64
Bảng 3.1. Kết quả lọc dữ liệu GPS................................................................................82
Bảng 3.2. Một số thông số thống kê mô tả của dữ liệu trước và sau khi qua bộ lọc
Kalman .........................................................................................................83
Bảng 3.3. So sánh dữ liệu thô và dữ liệu đã qua xử lý thông qua một số thông số đặc
trưng của chu trình lái ..................................................................................85
Bảng 3.4. Biểu đồ tch tụ các biến vào trong các cụm ..................................................86
Bảng 3.5. Kết quả phân cụm trên không gian các biến ứng với trường hợp 1..............89
Bảng 3.6. Các biến đại diện cho các cụm ứng với trường hợp 1 ..................................89
Bảng 3.7. Kết quả phân cụm trên không gian các biến ứng với trường hợp 2..............90
Bảng 3.8. Các biến đại diện cho các cụm ứng với trường hợp 2 ..................................91
Bảng 3.9. Các thông số đặc trưng của chu trình lái.......................................................92
Bảng 3.10. So sánh kết quả trích chọn thông số đặc trưng ...........................................93
Bảng 3.11. Giá trị SAFDdiff của các chu trình đề xuất ..................................................95
9


Bảng 3.12. So sánh các thông số đặc trưng của chu trình lái giữa HBDC và dữ liệu lái
ngoài thực tế
.................................................................................................97

10


Bảng 3.13. Các thông số kỹ thuật của phương tiện .....................................................103
Bảng 3.14. Dữ liệu mômen cực đại của động cơ ........................................................104
Bảng 3.15. Tốc độ động cơ đã được chuẩn hóa tại các tốc độ A, B và C ...................110
Bảng 3.16. Các chế độ thử trong chu trình thử tnh đối với động cơ xe buýt
Hà Nội .......................................................................................................110
Bảng 3.17. Trọng số của các chế độ thử tnh đối với động cơ xe buýt Hà Nội ..........110

Bảng 3.18. Tốc độ và mô men của động cơ tại các chế độ thử ...................................113
Bảng 3.19. Suất phát thải của động cơ xe buýt Hà Nội...............................................116
Bảng 3.20. Hệ số phát thải theo lượng nhiên liệu tiêu thụ của xe buýt Hà Nội ..........118
Bảng 3.21. Nhu cầu công suất của động cơ xe buýt....................................................119
Bảng 3.22. Mô hình toán mô tả liên hệ giữa công suất và tốc độ phát thải ................120
Bảng 3.23. Hệ số phát thải theo quãng đường di chuyển của xe buýt Hà Nội............120

11


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Minh họa các dạng phát thải từ hoạt động của phương tiện vận tải................6
Hình 1.2. Quy trình xây dựng chu trình lái dựa trên chuỗi Markov ............................21
Hình 1.3. Chu trình lọc Kalman ...................................................................................29
Hình 1.4. Bức tranh hoàn chỉnh về bộ lọc Kalman ......................................................29
Hình 1.5. Tỷ lệ phân bố tuổi và sức chứa của xe buýt Hà Nội......................................36
Hình 2.1. Quy trình thực hiện nghiên cứu .....................................................................38
Hình 2.2. Bản đồ các tuyến xe buýt được sử dụng trong thu thập dữ liệu lái ...............39
Hình 2.3. Thiết bị GPS sử dụng trong thu thập dữ liệu hành trình của xe buýt ............40
Hình 2.4. Quy trình tổng hợp chu trình lái sử dụng chuỗi Markov...............................45
Hình 2.5. Minh họa ma trận TPM .................................................................................47
Hình 2.6. Thuật toán phát triển chu trình lái .................................................................48
Hình 2.7. Sơ đồ khối của mô hình hệ thống truyền động .............................................52
Hình 2.8. Thiết lập các tham số và chế độ hoạt động của xe ........................................55
Hình 2.9. Tính toán các tham số của xe ứng với từng chế độ hoạt động đã được xác
định

.........................................................................................................56

Hình 2.10. Động cơ D1146TI........................................................................................58
Hình 2.11. Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm...................................................................59
Hình 2.12. Băng thử động lực học cao ..........................................................................60
Hình 2.13. Tủ phân tch khí AVL CEB II .....................................................................61
Hình 2.14. Thiết bị đo độ khói ......................................................................................62
Hình 3.1. Kết quả kiểm định nghiệm đơn vị .................................................................71
Hình 3.2. Quy trình xử lý dữ liệu GPS ..........................................................................73
Hình 3.3. Minh họa các bước thực hiện trên bộ dữ liệu gốc ETC-part1 .......................80
Hình 3.4. Độ lệch giữa giá trị thực và giá trị ước lượng ...............................................81
Hình 3.5. Đồ thị vận tốc – thời gian của dữ liệu thô và dữ liệu đã qua xử lý ...............81
Hình 3.6. Kết quả làm trơn và khử nhiễu của bộ lọc Kalman .......................................83
Hình 3.7. Phân bố tần suất gia tốc – vận tốc của dữ liệu trước và sau khi xử lý ..........84
Hình 3.8. Phân cụm các biến trên phần mềm SPSS ......................................................86
12


Hình 3.9. Đồ thị phân cụm trên không gian các thông số mô tả chu trình lái..............88
Hình 3.10. Mảng cấu trúc chứa TPM ............................................................................95
Hình 3.11. Chu trình lái đặc trưng của xe buýt tại Hà Nội............................................96
Hình 3.12. So sánh phân bố các chế độ hoạt động giữa HBDC
và dữ liệu lái ngoài thực tế ...........................................................................99
Hình 3.13. So sánh phân bố tần suất gia tốc – vận tốc ................................................100
Hình 3.14. Độ lệch trong phân bố tần suất gia tốc – vận tốc giữa chu trình lái đặc trưng
với dữ liệu lái ngoài thực tế .......................................................................100
Hình 3.15. So sánh tỉ lệ thời gian ở các chế độ hoạt động khác nhau giữa các chu trình
lái của xe buýt
............................................................................................102
Hình 3.16. So sánh phân bố tần suất gia tốc – vận tốc giữa HBDC và ETC-part 1....102
Hình 3.17. Đồ thị mô men và công suất động cơ của chu trình thử dạng chuyển tiếp
đối với động cơ xe buýt của Hà Nội ..........................................................105

Hình 3.18. Phân bố tần suất tốc độ định mức – mômen định mức của động cơ
của chu trình thử HBTC, ETC và WHTC..................................................106
Hình 3.19. So sánh giá trị vận tốc thực và giá trị vận tốc ước lượng .........................107
Hình 3.20. Các tốc độ đặc trưng của động cơ .............................................................108
Hình 3.21. Phân bố phần trăm tải tại các dải tốc độ A, B và C ...................................109
Hình 3.22. Chu trình thử tnh cho động cơ xe buýt Hà Nội ........................................111
Hình 3.23. Đường đặc tnh ngoài của động cơ D1146TI ............................................113
Hình 3.24. Nồng độ trung bình của các chất ô nhiễm tại các chế độ thử nghiệm.......115
Hình 3.25. Biến thiên nồng độ các chất ô nhiễm trong toàn bộ chu trình thử ............115
Hình 3.26. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm ...............................................121

xii


MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài
Giao thông vận tải (GTVT) là một phần rất quan trọng của cuộc sống hiện đại,
con người ngày càng phụ thuộc nhiều hơn vào phương tiện giao thông cơ giới. Điều đó
đã làm gia tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ, tăng mức phát thải các chất ô nhiễm không
khí, và làm gia tăng nguy cơ phơi nhiễm của con người với các chất ô nhiễm mà có thể
gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe. Theo đánh giá của Tổ chức Y tế
thế giới, GTVT là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm không khí ở các
đô thị, mà ô nhiễm không khí lại là nguyên nhân gây nên 3,7 triệu ca tử vong sớm
năm
2012, chủ yếu do tiếp xúc với bụi PM10 và PM2,5 [1]. Ở các nước có nền kinh tế phát
triển thuộc Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD), mức chi phí trung bình cho
vấn đề ô nhiễm không khí do vận tải đường bộ chiếm 50% tổng chi phí cho ô nhiễm
không khí [2]. Còn ở các nước không thuộc OECD, dự báo mức phát thải CO2 do
GTVT có thể lên tới 46% tổng lượng thải vào năm 2030 [3].
Tại Hà Nội, ước tính tổng lượng phát thải các chất ô nhiễm CO, VOC, NOx, SOx và

PM từ hoạt động của các xe ô tô con và xe buýt năm 2010 là 50,02 Gg, với phát
thải CO là cao nhất (39,5 Gg). Trong đó, xe buýt sử dụng diesel là nguồn phát thải
chính đối với các chất ô nhiễm như bụi (PM) và BC (black carbon), đây là mối quan
ngại chính hiện nay [4]. Lượng phát thải các chất ô nhiễm không khí từ hoạt động của
phương tiện cơ giới đường bộ (PTCGĐB) vẫn tiếp tục tăng lên hàng năm cùng với sự
gia tăng về số lượng các phương tiện cơ giới đường bộ. Do đó, chỉ số chất lượng
không khí (Air quality index, AQI) ở nước ta vẫn duy trì ở mức tương đối cao, điển
hình như ở Hà Nội. Tại Hà Nội, giai đoạn từ 2010 ÷ 2013, số ngày có AQI ở mức kém
(AQI = 101 ÷ 200) chiếm tới 40 ÷ 60% tổng số ngày quan trắc trong năm và có những
ngày chất lượng không khí suy giảm đến ngưỡng xấu (AQI = 201 ÷ 300) và nguy hại
(AQI>300) [5]. Qua đó có thể thấy phát thải từ hoạt động của các phương tiện cơ giới
đường bộ cần phải được kiểm soát chặt chẽ. Định lượng được lượng thải từ nguồn thải
này sẽ đảm bảo cho các dự án liên quan đến kiểm soát chất lượng không khí được
thiết kế và thực hiện một cách hiệu quả nhất.
Hệ số phát thải (Emission Factor, EF) là một công cụ rất hiệu quả và đơn giản để
ước tnh mức độ phát thải các chất ô nhiễm không khí khi có đủ các thông tin về
nguồn phát thải [6]. Vì vậy, EF đã và đang được sử rộng rãi để phục vụ công tác kiểm
1


kê phát thải ở nhiều nước trên thế giới. Chất lượng của kết quả kiểm kê phát thải phụ
thuộc rất lớn vào EF. Trong khi đó, EF lại phụ thuộc vào đặc trưng của nguồn thải

2


như: trình độ công nghệ, loại hình và thiết kế của nguồn thải, hệ thống kiểm soát ô
nhiễm, tuổi và điều kiện vận hành,…[7]. Do đó, các EF cần phải phản ánh xác thực
điều kiện cụ thể của mỗi quốc gia, mỗi khu vực. Nói cách khác, mỗi quốc gia nên có
bộ dữ liệu EF riêng phù hợp với điều kiện của quốc gia, và bộ hệ số phát thải này được

gọi là hệ số phát thải đặc trưng quốc gia (country-specific emission factor, CSEF).
Việc sử dụng CSEF không chỉ cải thiện được độ chính xác của các kết quả kiểm kê
phát thải mà còn giúp cho các nước dễ dàng hơn khi áp dụng kiểm kê phát thải ở mức
cao hơn (Tier 2) theo hướng dẫn của Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC)
[8].
Đến nay, việc nghiên cứu phát triển EF ở các nước phát triển và các tổ chức lớn
trên thế giới đã khá hoàn thiện, có những phương pháp luận và quy trình thực hiện
đạt trình độ khoa học công nghệ cao. Do đó, đã có rất nhiều nguồn cơ sở dữ liệu mở
về EF mà có thể tiếp cận để sử dụng. Tuy nhiên, việc sử dụng EF của nước khác (ví dụ
như Mỹ, AP-42) vào nước ta để thực hiện kiểm kê phát thải có thể gây ra sai số lớn
do sự khác nhau về trình độ phát triển, nhiên liệu sử dụng, thói quen điều khiển
phương tiện... Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu về EF đặc
trưng cho điều kiện Việt Nam là hết sức cần thiết.
Mặc dù vậy, ở Việt Nam, việc nghiên cứu xây dựng EF phù hợp với điều kiện
của nước ta còn hạn chế, đặc biệt đối với nguồn động. Đến thời điểm hiện tại, các
nghiên cứu xây dựng EF cho nguồn động tại Việt Nam chủ yếu dựa trên việc mô
phỏng phát thải của phương tiện dựa trên các phần mềm mô phỏng của nước ngoài,
do đó các EF thu được chưa phản ảnh đầy đủ đặc trưng phát thải của Việt Nam. Hiện
nay, chỉ có một vài nghiên cứu xác định EF bằng kỹ thuật đo phát thải trong điều kiện
có kiểm soát tại phòng thử nghiệm, theo chu trình lái đặc trưng – đây là kỹ thuật
được đánh giá là lý tưởng trong xây dựng CSEF đối với PTCGĐB – nhưng kỹ thuật này
mới chỉ áp dụng cho xe máy và xe hạng nhẹ tại Hà Nội. Xuất phát từ thực tế đó, đề tài
“Nghiên cứu xác định đặc trưng phát thải của xe buýt tại Hà Nội” đã được thực hiện
nhằm góp phần vào việc nghiên cứu phát thải các chất ô nhiễm không khí từ nguồn
động, tạo cơ sở khoa học cho công tác quản lý chất lượng không khí ở Việt Nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng chu trình lái đặc trưng cho xe buýt tại Hà Nội.
- Xác định hệ số phát thải đặc trưng của xe buýt tại Hà Nội dựa trên chu trình lái
đã được xây dựng.
3

- Góp phần tạo cơ sở khoa học cho công tác quản lý chất lượng không khí ở Việt
Nam.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-

Đối tượng nghiên cứu của luận án là xe buýt tại Hà Nội, nghiên cứu thí điểm
đối với loại xe có sức chứa 80 chỗ, chủng loại Daewoo BC212. Đây là chủng loại
xe chiếm tỷ lệ lớn thứ 2, chỉ sau chủng loại xe Daewoo S090DL, trong toàn bộ
hệ thống xe buýt Hà Nội. Nếu chỉ xét riêng trong dòng xe có sức chứa 80 chỗ,
số lượng xe thuộc chủng loại xe Daewoo BC212 chiếm tới 41%.

-

Động cơ được sử dụng để đo phát thải là động cơ diesel D1146TI. Đây là 1
trong 9 loại động cơ hiện đang được sử dụng trên dòng xe buýt của hãng
Deawoo, hãng xe mà có số lượng xe chiếm tới 64% trong tổng số xe của hệ
thống buýt tại Hà Nội.

-

Phạm vi nghiên cứu giới hạn đối với hoạt động của hệ thống xe buýt trong khu
vực nội thành Hà Nội, trên loại động cơ diesel D1146TI với công suất cực đại
150kW.

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Lần đầu tiên ở Việt Nam, đã xây dựng được các chu trình lái và chu trình thử đặc
trưng cho xe hạng nặng (Heavy duty vehicle, HDV) dựa trên dữ liệu lái ngoài thực tế
để đáp ứng mục tiêu xây dựng bộ hệ số phát thải đặc trưng cho HDV (xe buýt) dựa

trên phương pháp đo phát thải trong điều kiện có kiểm soát tại phòng thí nghiệm.
Qua đó, nghiên cứu đã góp phần khẳng định tầm quan trọng của chu trình lái trong
việc xây dựng hệ số phát thải đặc trưng đối với các phương tiện cơ giới đường bộ.
Phương pháp luận xây dựng chu trình lái dựa trên dữ liệu GPS cũng đã được bổ
sung, hoàn thiện hơn trong nghiên cứu này.
Ngoài ra, luận án đã khẳng định, khi xây dựng chu trình lái đặc trưng, việc lựa
chọn các thông số đặc trưng của chu trình lái cần được thực hiện trên chính bộ dữ liệu
mà sẽ được sử dụng để xây dựng chu trình lái, thay vì lựa chọn một cách ngẫu nhiên
hoặc dựa trên kinh nghiệm của các nghiên cứu trước - điều mà hầu hết các nghiên
cứu xây dựng chu trình lái hiện nay đang thực hiện.
Dựa trên các chu trình thử đã được xây dựng, luận án đã xác định được bộ hệ số
phát thải đặc trưng cho xe buýt tại Hà Nội. Đây là bộ hệ số phát thải xác định bằng
thực nghiệm, đặc trưng cho xe buýt, lần đầu tiên được công bố tại Việt Nam. Các kết
quả này có thể được áp dụng trong các nghiên cứu kiểm kê phát thải để đạt được
3


kết quả kiểm kê phát thải ở mức cao hơn (Tier 2) theo hướng dẫn của Ủy ban Liên
chính

4


phủ về biến đổi khí hậu; hoặc sử dụng trong các nghiên cứu đánh giá hiệu quả về mặt
kinh tế - năng lượng cho những cải tiến trên động cơ. Kết quả thu được có ý nghĩa
thực tiễn cao, giúp các nhà quản lý có những quyết định tốt hơn trong việc ứng dụng
các giải pháp để bảo vệ môi trường đối với hoạt động của hệ thống xe buýt tại Hà Nội.
5. Các đóng góp mới của luận án
 Về phương pháp
Đã có một số đóng góp cho phương pháp xây dựng chu trình lái như sau:

- Kiểm định tính dừng của dữ liệu chuỗi thời gian (vận tốc tức thời theo thời
gian) trước khi sử dụng trong xây dựng chu trình lái. Sự kiểm định này là cần
thiết để đảm bảo giá trị trung bình và phương sai của chuỗi không đổi theo
thời gian. Việc kiểm định này chưa được thực hiện trong bất kỳ nghiên cứu
nào đã được công bố trước đây.
- Xử lý các sai số trong dữ liệu GPS bằng một công cụ mới chưa được ứng
dụng trong các nghiên cứu xử lý dữ liệu vận tốc tức thời theo thời gian, đó là
thuật toán ước lượng dữ liệu thiếu của Ivan Selesnick. Theo đó, các điểm dữ
liệu được nhận định là có chứa sai số ngẫu nghiên đã được xóa bỏ để tạo
khoảng trống, sau đó dùng thuật toán ước lượng dữ liệu thiếu của Ivan
Selesnick thay vì sử dụng phương pháp nội suy spline như trong các nghiên
cứu về xử lý dữ liệu GPS đã công bố trước đây.
Lần đầu tại Việt Nam, đã nghiên cứu và áp dụng chuỗi Markov để xây dựng
được chu trình lái đặc trưng cho xe buýt.


Lần đầu tiên tại Việt Nam, hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí phản
ánh điều kiện thực tế của xe buýt đã được nghiên cứu xác định bằng
thực nghiệm dựa trên chu trình thử đặc trưng.

 Về kết quả cụ thể
Lần đầu tiên, chu trình lái đặc trưng cho xe buýt được xây dựng.


Các chu trình thử đối với động cơ xe hạng nặng, bao gồm chu trình thử dạng
chuyển tiếp và chu trình thử tĩnh, đã được phát triển dựa trên đặc trưng
lái
của xe buýt tại Hà Nội.



Bộ hệ số phát thải các chất ô nhiễm không khí (CO, PM, NOx, HC, CO2) cho xe
buýt tại Hà Nội, bao gồm cả 3 dạng hệ số phát thải (g/kWh, g/kg-nhiên liệu,
và g/km).

5


Mô hình toán mô tả tương quan giữa tốc độ phát thải và công suất động cơ.
6. Các nội dung chính trong luận án
Các nội dung chính trong luận án như sau:
- Thu thập và xử lý dữ liệu lái ngoài thực tế của hệ thống xe buýt tại Hà Nội;
- Kiểm định tnh dừng của chuỗi dữ liệu thời gian (vận tốc tức thời theo thời
gian);
- Trích chọn các thông số đặc trưng của chu trình lái
- Xây dựng chu trình lái đặc trưng của hệ thống xe buýt tại Hà Nội dựa trên lý
thuyết chuỗi Markov;
- Xây dựng chu trình thử dạng chuyển tiếp, chu trình thử tnh đối với động cơ
diesel sử dụng trên xe buýt;
- Thực nghiệm đo phát thải trên động cơ;
- Xử lý kết quả thử nghiệm và báo cáo kết quả.
Bố cục của bản thuyết minh luận án như sau:
Mở đầu
Chương 1:

Tổng quan

Chương 2:

Phương pháp nghiên cứu

Chương 3:

Kết quả và thảo luận

Kết luận và kiến nghị

6