On the Relations between Driving Patterns, Exhaust Emissions and Network Characteristics in Urban Driving

Abstract

The planning and design of street networks in cities influence driving behaviour and give rise to variations in driving patterns (i.e., speed and acceleration profiles) that affect exhaust emissions and fuel consumption. The primary objective of this study has been to use real-life driving patterns to investigate how the characteristics of street networks influence fuel consumption and vehicular emissions. The effects of imposing limits on driving patterns and of aggregating them in single speed profiles were also explored. The analyses and results are based on four different driving pattern studies that yielded both experimental and ob-servational data. The use of samples of extended driving patterns and of regression analysis made it possible to estimate the magnitude of the impact of different characteristics of street networks. It was found that there were considerable discrepancies between exhaust estimates based on a single mean speed profile aggregated from a sample of driving patterns and estimates based on the full sample of driving patterns. Consequently aggregated profiles must be treated cautiously when estimating emissions. It was also found that specific types of streets, calming measures or intersections can both add to and reduce exhaust emissions. Speed reducing measures showed effects leading to the conclusion that they on an overall total have a reducing effect on exhaust emissions. There is often a discrepancy between the overall influence and the expected local effects. Behavioural adaptation between successive driving environments was also found, supporting the conclusion that driving is not only influenced by the current environment but also by the preceding. Investigations of the overall environmental effects of driving patterns should take into account not only local effects but also the influence of the adjoining environment.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Bakgrund



Hur gatunätet ser ut och planera's i städer påverkar förutom trafikarbetet även hur bilister kör. Körbeteendet i form av körmönster, d.v.'s. hastighet's- och accelerationsprofiler, påverkar i sin tur såväl bränsleförbrukning som avgasemissionsfaktorer. En betydande del av trafiken sker inom tätorter där såväl luftkvalitet som totala utsläpp är av betydelse. Även till syne's små variationer i körmönster har visat sig viktiga för vilka effekter dessa får på utsläppen.



Syfte



Huvudsyftet med forskningen var att undersöka hur olika egenskaper ho's och i gatunätet påverkar körmönster och därmed bränsleförbrukning och emissionsfaktorer genom att analysera körmönsterprofiler mätta i verklig trafik. Med hjälp av företrädesvi's körmönster för hela resor så som de gör's i daglig trafik analyserade's effekterna av olika egenskaper. Angreppssättet innebar att övergripande effekter kunde analysera's snarare än de lokala effekter som vanligen undersök's.



Tre huvudsakliga aspekter studerade's: • En jämförelse av skillnader i bränsle- och avgasberäkningar beroende på om man för beräkningarna använder ett antal enskilda mätta körmönster eller använder en enkel medelhastighetsprofil baserat på samma urval av körmönster. • Övergripande effekter på bränsleförbrukning och avgasemissioner beroende på gatunätet's olika fysiska egenskaper undersökte's. • Icke-lokala effekter i körmönster undersökte's i en specifik analy's av samspelseffekter mellan körmönster från på varandra följande gatusträckningar.



Material & metod



Studierna bygger på fyra olika insamlingar av körmönster i verklig trafik där tre var observationsstudier på område's- och stadsnivå och en baserade's på en experimentell försöksslinga. Registreringen av körmönster skedde i en av studierna med hjälp av chase-car metoden medan de andra tre studierna involverade instrumenterade personbilar som körde's av försökspersoner. Bränsleförbrukning och avgasemissioner beräknade's för vart och ett av de registrerade körmönstrena. För att identifiera och kvantifiera effekter av olika egenskaper använde's regressionsanaly's.



Resultat



En jämförelse gjorde's av bränsle- och avgasberäkningar beroende på om man för beräkningarna använder ett antal mätta körmönster eller en enkel medelhastighetsprofil baserat på samma urval av körmönster. Dessa två principiellt olika metoder för avga's- och bränsleförbrukningsberäkningar visade betydande skillnader (50% för vissa av utsläppsämnena). Effekter av egenskaper i gatunätet visade sig skilja sig åt beroende på om beräkningarna av effekterna basera's på lokala körmönster eller körmönster på områdesnivå. Samspelsanalyser för en rad olika körmönsterparametrar gjorde's för att se om man som förare för med sig något av körbeteendet från en miljö till nästa. Resultaten visade att de flesta körmönsterparametrar så väl som bränsleförbrukning och avgasemissioner signifikant påverka's av både nuvarande och föregående gatutyp.



De fysiska egenskaper ho's och i gatunätet som undersökte's genom analyser av körmönster för hela resor var: gatutyper, korsningstyper samt olika hastighetsdämpande åtgärder.



Effekter beroende på olika fysiska egenskaper i gatunätet visade inga enkla samband mellan hastighetsgränser och utsläpp. Gator med låga hastigheter visade inte generella högre utsläppsfaktorer. Vilka gator som hade låga eller höga utsläppsfaktorer varierade både på typ av område och också på funktion. Den tydligaste trenden fann's i bostadsområden där gator med 30 km/h hade lägre bränsleförbrukningsfaktorer än gator med 50 km/h.



Passage av korsningar med signalreglering respektive cirkulationsplatser hade signifikant ökande effekt på bränsleförbrukningen som dock ökade mest för signalreglering. Både passage av korsningar med signalreglering och cirkulationsplatser hade däremot minskande effekt på emissionsfaktorerna för HC och NOx. Minskningen var störst för cirkulationsplatser.



När det gäller passage av hastighetsdämpande åtgärder varierade effekterna beroende på kombinationen av åtgärd och gatutyp. I studien av effekter i bostadsområden visade resultaten relativt entydigt minskande effekter på bränsleförbrukning och avgasemissioner. I den mer omfattande studien av körmönster för resor gjorda i hela Lund uppvisar analyserna inte riktigt lika entydiga effekter. Passage av samma sort's fysiska hastighetsdämpare visar inte samma effekt på alla gator och inte heller är effekten densamma i olika områden, lokalisering eller för olika funktion eller hastighetsgrän's. Trot's att resultaten inte är helt entydiga visar både gupp och avsmalningar en minskande effekt för alla signifikant skattade kombinationer utom för en gatutyp (uppsamlingsgata med 50 km/h i icke-centralt bostadsområde) som visade ökande bränsleförbrukning. Platåer visade på minskande effekter i citykärnan men ökande effekter i både industri- och bostadsområden.



Slutsatser



Genom att använda ett antal mätta körmönster för regressionsanalyser kan man identifiera och kvantifiera effekter av olika fysiska egenskaper i gatunätet som påverkar bränsleförbrukning och avgasemissioner. Jämförelsen av att använda en aggregerad hastighetsprofil istället för det ursprungliga urvalet av körmönster visade klart och tydligt att man inte bör använda förenklade medelhastighetsprofiler för beräkning av avgasemissioner och bränsleförbrukning. Även vid användning av profiler som aggregerat's på mer sofistikerade sätt bör man vara uppmärksam på att aggregeringen väsentligt kan påverka beräkningarna och därmed även slutsatser som dra's av resultaten.



Inte enbart den aktuella gatumiljön men också den gatumiljö man kommer ifrån påverkar körbeteendet. Som förare för man med sig beteende från en gatumiljö till nästa. Resultaten är knappast förvånande, tvärtom vore det konstigt om man utan en vis's tröghet ändrade sitt körbeteende omedelbart och utan fördröjning då man byter från en trafikmiljö till en annan. Slutsatsen av detta är att effekter på körmönster finn's kvar även då man passerat eller lämnar en vis's miljö, dv's. effekter på körbeteende och därmed hastighetsprofiler är inte enbart lokala. Det betyder i sin tur att om man vill studera även icke-lokala effekter måste man inkludera körmönster även bortanför den studerade miljön's omedelbara närhet.



Den fysiska gatumiljön's påverkan på körmönster och därmed bränsleförbrukning och avgasemissioner uppvisar inga enkla samband mellan specifika egenskaper och övergripande effekter. Man kan dock konstatera att hastighetsreducerande åtgärder eller hastighetsgränser i stadstrafikmiljö inte visade på generellt ökande miljöbelastning. Det finn's snarare en tenden's till att 30 km/h i till exempel bostadsområden har en minskande inverkan på den totala miljöbelastningen än 50 km/h. Vidare verkar cirkulationsplatser vara att föredra framför signalreglerade korsningar från emission's- och bränsleförbrukningssynpunkt. För hastighetsdämpande åtgärder har gupp och avsmalningar generellt en minskande effekt medan platåer uppvisar mer varierande effekter beroende på placering i gatunätet.

• author: Smidfelt-Rosqvist, Lena
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Bell, Margaret C.
• organization: Transport and Roads
• publishing date: 2003
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Infrastructure Engineering
• keywords: traffic calming, intersections, driving adaptation, speed limits, Road transport technology, driving behaviour, Vägtransportteknik, overall effects, trip-long, non-local effects
• in: Bulletin - Lund University, Lund institute of technology, Department of Technology and Society
• volume: 213
• pages: 150 pages
• defense location: V:A, V-building, Lund Institute of Technology
• defense date: 2003-03-14 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN:LUTVDG/(TVTT-1025)1-150/2003
• ISSN: 1404-272X
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Articles included in this dissertation: Article: Paper 1 Smidfelt Rosqvist, L. & Ericsson, E. (2003) ‘Using Driving Patterns for Emission Estimations: When Should One Calculate Averages?’ Submitted to Air Pollution, the Eleventh International Conference on Modelling, Monitoring and Management of Air Pollution, 17–19 September 2003, Catania, Italy.; Article: Paper 2 Smidfelt Rosqvist, L. (1999) ‘Emission and fuel consumption factors in different street configuration designs’. Published in the Proceedings of the Eighth International Symposium on Transport and Air Pollution, 31 May–2 June 1999, Graz, Austria.; Article: Paper 3 Smidfelt Rosqvist, L. (2000) ‘Exhaust emissions and fuel consumption in residential areas with different characteristics’ Presented at the conference Road Safety on Three Continents, 20–22 September 2000, Pretoria, South Africa.; Article: Paper 4 Smidfelt Rosqvist, L. (2003) ‘Exhaust emissions in residential areas with different street network configurations’. Published in the Proceedings of the Ninth International Conference on Urban Transport and the Environment, 10–12 March 2003, Crete, Greece.; Article: Paper 5 Smidfelt Rosqvist, L. & Ericsson, E. (2003) ‘Non-local effects of external environment on driving patterns’. Published in the Proceedings of the 82nd TRB Annual Meeting, 12–16 January 2003 (resubmitted for Transportation Research Record).; Article: Paper 6 Smidfelt Rosqvist, L. (2002) ‘Influence of external street characteristics on exhaust emissions and fuel consumption’. Submitted to Transportation Research Part D
• id: d91946af-740b-45d0-ba4c-886817abb4a3 (old id 465485)
• date added to LUP: 2016-04-01 15:55:06
• date last changed: 2019-05-21 10:33:26