Mesoscale modeling of the impacts of congestion and ITS measures on vehicle energy consumption and greenhouse gas emissions over urban road networks

Abstract

Global warming and the associated climate change are among the greatest problems of today, primarily caused by greenhouse gases (GHG) produced by the combustion of fossil fuels. In Europe, the transport sector is responsible for about 25% of the total manmade GHG emissions, 72% of which can be allocated to road transport. In addition to the global problem of GHG emissions, road transport is a major public concern due to its impact on air quality in urban areas. In this context, much of the effort dedicated to reducing GHG and pollutant emissions has been focused on the road transport sector. Towards this goal, several measures have been suggested, including a shift to cleaner modes of transport, improved vehicle technologies, the use of Intelligent Transportation Systems (ITS), as well as others. For the successful simulation of conventional and ITS measures, a combination of traffic and emission models is required. The integration of traffic and emission models can be made at various levels of vehicle aggregation. The detail required depends on the objective and on other constraints, such as data availability and computational time requirements. The scope of this study is to present new methods and tools that can be incorporated in average speed emission models to improve the estimation of fuel consumption, CO2, and other pollutant emissions in urban road networks. The new methods, which involve both traffic and emissions modeling at different spatial and temporal scales, can enable a reliable assessment of the effects of conventional, ITS, and other advanced traffic control systems. The first of these new methods that was developed is a bottom-up average speed – mesoscale methodology that is incorporated in a tool called COPERT Micro. COPERT Micro is an Excel/VBA-based tool that calculates the vehicle pollutant emissions in urban areas. Provided the necessary road and traffic data, it can calculate the hot exhaust road transport emissions at higher spatial resolution (traffic link level) compared to existing average speed models. The core of its methodology is based on emission factors of COPERT 4. COPERT Micro can calculate the emissions from a variety of pollutants and GHG, while its database contains emission factors for 230 different vehicle categories. COPERT Micro can assist in experts to compile city-scale and other micro-inventories. The software can reveal the localized hot spots on a given road network, while it can calculate the hourly and daily emissions to evaluate the emission changes within a given time frame. Moreover, it can run several scenarios that investigating the effects of policy measures and the introduction of new technologies on road transport emissions produced in a particular area. COPERT Micro has been used in several micro and city-scale inventories, revealing the following: • In the Municipality of Pilea-Hortiatis, Greece (2011 data), the daily fuel consumption calculated close to 37.5 t, from which 82.60% was gasoline, 17.35% diesel, and only 0.05% LPG. In that area, about 118 t of CO2 emitted into the atmosphere, 91.65% of which coming from private and the rest from public vehicles. • The construction of a new road in the area of Braće Jerković, Serbia (2010 data) would be beneficial in respect of emissions, since it could lead to a daily reduction of 7% to 10%, depending on the pollutant examined. • In 2020, Athens, Greece, is expected to have lower emissions compared to 2010 (up to 33% reduction depending on the pollutant) due to a shift towards “cleaner” vehicle technologies (Euro 5 and Euro 6). A possible application of a low emissions zone would be beneficial for the city since it would further reduce emissions. • A 10% drop in average annual emissions was observed between 2012 and 2013 in the case of Thessaloniki, Greece, indicating the reduced transport activity throughout the city, mainly affected by the economic crisis. • The CO2 per capita GHG index for Athens and Thessaloniki was found 632 and 796 kg respectively, which was relatively lower than the average world values, although this qualitative comparison was referring to different years (2010 for Athens and 2014 for Thessaloniki). Passenger cars and secondarily light-duty vehicles were the vehicle categories that mainly contributed to GHG in both cities. Two-wheel vehicles, on the other hand, should also be taken into account in respect of CH4 emissions. Despite the promising results from the application of the new bottom-up average speed – mesoscale methodology on numerous micro-inventories, several questions raised that had to be further addressed. More precisely: Is there any cold-start methodology that can be implemented in mesoscale emission tools like COPERT Micro?How to enhance traffic and emission models to enable the calculation of the impact of ITS measures on energy and road transport emissions? Is there a minimum road length below which the average speed approach fails to calculate fuel consumption and emissions accurately? Is there any specific congestion range, outside of which the average speed approach cannot estimate the fuel consumption and emissions correctly? If such a range exists, what can be done to correct the emission factors, so that they can be applied to any congestion level? To address the first question, a top-down mesoscale methodology was developed based on the work conducted under the ARTEMIS project. One of the tasks of the ARTEMIS project was to develop an improved empirical model for cold-start excess emissions from passenger cars, including parameters such as the pollutant, the vehicle type, and the driving conditions, by using all the existing data in Europe. Three different models were developed to calculate cold-start excess emissions using the types of information available to the user. The first of the three ARTEMIS models for calculating CO, NOx, VOC, and CO2 cold-start emissions from passenger cars was incorporated into COPERT Micro. The particular model expresses the cold-start excess emissions per start for a particular vehicle type and a given pollutant/greenhouse gas as a function of the ambient temperature, the mean speed during the cold period, the traveled distance, and the parking time. The application of the methodology was demonstrated in the Metropolitan area of Athens (2010 data), concluding in the following: The cold-start emissions constitute a major contributor to CO and VOC road transport emissions (45% and 44% respectively), whereas their impact on total daily NOx and CO2 emissions is relatively smaller (21% and 7%). In specific road sections, which usually belong to the main boulevards of the city, the contribution of cold-start emissions is dominant (sometimes >50%, as in the case of CO), thus significantly affecting local air quality. In road networks, specific cold-start allocation modeling activities have to be developed to correctly distribute the impact of cold-start emissions, in particular for local hot spots. To access the impact of ITS, an innovative methodology was developed that effectively couples an enhanced traffic microsimulation model (AIMSUN) with a detailed vehicle instantaneous emissions model (AVL CRUISE), to take precisely into account the effects of both operation dynamics and vehicle performance. The micro traffic model was enhanced by an improved car-following law and was calibrated to replicate measured driving patterns over an urban corridor in Turin, Italy, operating under adaptive urban traffic control (UTC). The methodology was implemented to study the impact of congestion on fuel consumption for the category of Euro 5 diesel <1.4 l passenger cars. Free flow and congested conditions led to respective consumption differences of −25.8% and 20.9% over normal traffic. COPERT 5 rather well predicted the impact of congestion but resulted in a much lower relative reduction in free-flow conditions. A start-stop system was estimated to reduce consumption by 6% and 11.9% under normal and congested conditions, respectively. Using the same modeling approach, UTC was found to have a positive impact on CO2 emissions of 8.1% and 4.5% for normal and congested conditions, respectively, considering the Turin vehicle fleet mix for the year 2013. Overall, the case-study demonstrated that the combination of detailed and validated micro traffic and emissions models offers a powerful combination to study traffic and powertrain impacts on fuel consumption and GHG of on-road vehicles over a city network. To examine the limits of the applicability of the average speed approach, a real-world experiment was set up, utilizing two traffic sites monitored by the ICT-Emissions project. The first one was located in Madrid (M30 urban highway) and the second one in Turin (Corso Lecce urban corridor). Fuel consumption from the particular traffic sites was calculated at the macro level with COPERT (average speed approach) and at the micro-level using second-by-second speed profiles of real vehicles, with AVL CRUISE. The general trends of the COPERT expressions were then compared with micro-simulation results and conclusions on the applicability of the average speed approach have been reached. There was a good agreement between COPERT and AVL CRUISE relative fuel consumption differences over a reference condition in most of the driving situations examined. However, the agreement degraded when moving to high saturation and short road distances. As general guidance, COPERT reliability increases as the link length increases above 400 m and the saturation level drops below 80%. If shorter distances need to be modeled at a macro level, then it would be safer to aggregate short links to larger conglomerates. Moreover, specific corrections would be necessary when saturation exceeds approximately 80%.In the latter case, the fuel consumption refinement of average speed models was achieved by using the output from the aforementioned integrated microsimulation approach to developing new average speed – fuel consumption functions that can be utilized by an average speed model (COPERT). The methodology to develop new functions involved several statistical calculation processes using data from both micro and macro emission models, as well as curve fitting. The integrated methodology was applied in an urban corridor in Turin using two validated vehicle models of Euro 5 passenger cars. Three traffic conditions were examined, corresponding to free-flow, normal and congested traffic. New average speed – fuel consumption functions were developed for free and congested traffic, which successfully estimated the differences in fuel consumption when moving from normal to other conditions. Comparison with literature data showed that the congested conditions considered in this study were representative of typical urban traffic conditions, while this was not the case for free-flow conditions. The results also showed that under congested conditions the fuel consumption can increase by more than 18% in some cases, indicating the significance of incorporating similar congestion algorithms in average speed emission models. Moreover, if a more comprehensive method does not exist, the standard COPERT functions could be used to estimate fuel consumption under congested traffic conditions.

Η υπερθέρμανση του πλανήτη και η συνεπαγόμενη κλιματική αλλαγή είναι από τα μεγαλύτερα προβλήματα της σημερινής εποχής, κυρίως λόγω των αερίων του θερμοκηπίου (GHG) που παράγονται κατά την καύση των ορυκτών καυσίμων. Στην Ευρώπη, ο τομέας των μεταφορών είναι υπεύθυνος σχεδόν για το 25% των συνολικών ανθρωπογενών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, το 72% των οποίων οφείλεται στις οδικές μεταφορές. Εκτός από το προαναφερθέν παγκόσμιο πρόβλημα, οι οδικές μεταφορές αποτελούν μείζον πρόβλημα λόγω και των επιπτώσεών τους στην ποιότητα του αέρα στις αστικές περιοχές. Σε αυτό το πλαίσιο, μεγάλο μέρος της προσπάθειας για τη μείωση των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου και των λοιπών ρύπων έχει επικεντρωθεί στον τομέα των οδικών μεταφορών. Για τον σκοπό αυτό, έχουν προταθεί διάφορα μέτρα, όπως η μετάβαση σε καθαρότερα μέσα μεταφοράς, βελτιωμένες τεχνολογίες οχημάτων, η χρήση ευφυών συστημάτων μεταφοράς (ITS), καθώς και άλλα.Για την επιτυχή προσομοίωση συμβατικών και ITS μέτρων απαιτείται ένας συνδυασμός των μοντέλων κυκλοφορίας και των μοντέλων εκπομπών ρύπων. Ο συνδυασμός αυτός μπορεί να γίνει σε διάφορα επίπεδα με βάση την απαιτούμενη λεπτομέρεια, η οποία εξαρτάται από τον στόχο της προσομοίωσης και από άλλους περιορισμούς, όπως η διαθεσιμότητα δεδομένων και οι χρονικοί υπολογιστικοί περιορισμοί. Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι να παρουσιάσει νέες μεθόδους και εργαλεία που μπορούν να ενσωματωθούν σε μοντέλα εκπομπών μέσης ταχύτητας για τη βελτίωση του υπολογισμού της κατανάλωσης καυσίμου, του CO2 και άλλων εκπομπών ρύπων στα αστικά οδικά δίκτυα. Οι νέες μέθοδοι, οι οποίες περιλαμβάνουν τη μοντελοποίηση της κυκλοφορίας και των εκπομπών σε διαφορετικές χωρικές και χρονικές κλίμακες, μπορούν να επιτρέψουν μια αξιόπιστη εκτίμηση των επιπτώσεων των συμβατικών, ITS και άλλων προηγμένων συστημάτων ελέγχου της κυκλοφορίας. Η πρώτη από αυτές τις νέες μεθόδους είναι μια μεθοδολογία μεσοκλίμακας – μέσης ταχύτητας «από κάτω προς τα πάνω» (bottom-up), που ενσωματώθηκε σε ένα εργαλείο ονόματι COPERT Micro. Το COPERT Micro είναι ένα εργαλείο που αναπτύχθηκε σε Excel/VBA και υπολογίζει τις εκπομπές ρύπων από οχήματα σε αστικές περιοχές. Εισάγοντας τα απαραίτητα δεδομένα οδικής κυκλοφορίας, μπορεί να υπολογίσει τις εκπομπές θερμών καυσαερίων σε υψηλότερη χωρική ανάλυση (επίπεδο συνδέσμου κυκλοφορίας – traffic link level) σε σύγκριση με τα υπάρχοντα μοντέλα μέσης ταχύτητας. Ο πυρήνας της μεθοδολογίας του βασίζεται στους συντελεστές εκπομπών του COPERT 4. Το COPERT Micro μπορεί να υπολογίσει τις εκπομπές από μια ποικιλία ρύπων και αερίων του θερμοκηπίου, ενώ η βάση δεδομένων του περιέχει συντελεστές εκπομπών για 230 διαφορετικές κατηγορίες οχημάτων. Το COPERT Micro μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απογραφή των ρύπων σε διάφορα γεωγραφικά/χωρικά επίπεδα (π.χ. μεμονωμένοι δρόμοι, συνοικίες ή ολόκληρη πόλη). Το λογισμικό μπορεί να αποκαλύψει τα τοπικά σημεία μέγιστων εκπομπών (hot spots) σε ένα συγκεκριμένο οδικό δίκτυο, ενώ ταυτόχρονα μπορεί να υπολογίσει τις ωριαίες και ημερήσιες εκπομπές ρύπων, κάτι που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση των αλλαγών τους εντός δεδομένου χρονικού πλαισίου. Επιπλέον, μπορεί να αξιοποιηθεί σε διάφορα σενάρια που διερευνούν τις επιπτώσεις περιβαλλοντολογικών μέτρων στις εκπομπές ρύπων που παράγονται σε μια συγκεκριμένη περιοχή από τις οδικές μεταφορές. Το COPERT Micro έχει χρησιμοποιηθεί επιτυχημένα σε διάφορες απογραφές ρύπων τόσο σε τοπικό, όσο και σε επίπεδο πόλης, οδηγώντας στα παρακάτω συμπεράσματα: • Στον Δήμο Πυλαίας – Χορτιάτη (στοιχεία 2011), η ημερήσια κατανάλωση καυσίμου υπολογίστηκε κοντά στους 37,5 τόνους, από τους οποίους το 82,60% ήταν βενζίνη, το 17,35% ντίζελ και μόλις το 0,05% υγραέριο. Στην περιοχή αυτή, περίπου 118 τόνοι CO2 εκπέμπονται ημερησίως στην ατμόσφαιρα, εκ των οποίων το 91,65% προέρχεται από ιδιωτικά και το υπόλοιπο από δημόσια οχήματα. • Η κατασκευή ενός νέου δρόμου στην περιοχή Braće Jerković του Βελιγραδίου (στοιχεία 2010) θα ήταν επωφελής όσον αφορά τις ημερήσιες εκπομπές, καθώς θα μπορούσε να οδηγήσει σε μείωση από 7% ως 10%, ανάλογα με τον εξεταζόμενο ρύπο. • Το 2020 η Αθήνα αναμένεται να έχει χαμηλότερες εκπομπές ρύπων από τις οδικές μεταφορές σε σύγκριση με το 2010 (μείωση έως και 33% ανάλογα με τον ρύπο), λόγω της στροφής προς «καθαρότερες» τεχνολογίες οχημάτων (Euro 5 και Euro 6). Μια πιθανή εφαρμογή ζώνης χαμηλών εκπομπών θα λειτουργούσε ευεργετικά για την πόλη, καθώς θα οδηγούσε σε περαιτέρω μείωση των εκπομπών. • Παρατηρήθηκε μείωση κατά 10% των μέσων ετήσιων εκπομπών μεταξύ 2012 και 2013 στην περίπτωση της Θεσσαλονίκης, γεγονός που υποδηλώνει τη μειωμένη κυκλοφορία οχημάτων στην πόλη λόγω της οικονομικής κρίσης. • Ο κατά κεφαλήν δείκτης εκπομπών CO2 για την Αθήνα και τη Θεσσαλονίκη βρέθηκε 632 και 796 kg αντίστοιχα, όντας σχετικά χαμηλότερος από τις μέσες παγκόσμιες τιμές, αν και αυτή η ποιοτική σύγκριση αναφερόταν σε διαφορετικά έτη (2010 για την Αθήνα και 2014 για τη Θεσσαλονίκη). Τα επιβατικά και δευτερευόντως τα ελαφρά οχήματα ήταν οι κατηγορίες οχημάτων που συνέβαλαν κατά κόρον στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και στις δύο πόλεις. Τα δίκυκλα οχήματα, από την άλλη πλευρά, είχαν σημαντική συνεισφορά στις εκπομπές CH4.Παρά τα υποσχόμενα αποτελέσματα από την εφαρμογή της νέας bottom-up μεθοδολογίας μεσοκλίμακας – μέσης ταχύτητας σε πολυάριθμα παραδείγματα απογραφής ρύπων, προέκυψαν αρκετά ερωτήματα που έπρεπε να εξεταστούν περαιτέρω. Πιο συγκεκριμένα: Υπάρχει κάποια μεθοδολογία προσομοίωσης των εκπομπών ψυχρής εκκίνησης των οχημάτων που μπορεί να εφαρμοστεί σε εργαλεία μεσοκλίμακας όπως το COPERT Micro; Πώς θα μπορούσαν να βελτιωθούν τα μοντέλα κυκλοφορίας και εκπομπών ρύπων, ώστε να μπορούν να υπολογίσουν τον αντίκτυπο των μέτρων ITS τόσο στην κατανάλωση καυσίμου/ενέργειας, όσο και στις εκπομπές ρύπων από τις οδικές μεταφορές;Υπάρχει ένα ελάχιστο όριο μήκους δρόμου, κάτω από το οποίο η προσέγγιση της μέσης ταχύτητας δεν υπολογίζει με ακρίβεια την κατανάλωση καυσίμου και τις εκπομπές ρύπων;Υπάρχει κάποιο συγκεκριμένο εύρος συμφόρησης, εκτός του οποίου η προσέγγιση της μέσης ταχύτητας δεν μπορεί να εκτιμήσει σωστά την κατανάλωση καυσίμου και τις εκπομπές ρύπων; Εάν υπάρχει τέτοιο εύρος, τι μπορεί να γίνει για τη διόρθωση των συντελεστών εκπομπών, ώστε να μπορούν να εφαρμοστούν σε οποιοδήποτε επίπεδο κυκλοφοριακής συμφόρησης; Για να δοθεί μια απάντηση στο πρώτο ερώτημα, αναπτύχθηκε μια μεθοδολογία μεσοκλίμακας «από πάνω προς τα κάτω» (top-down) με βάση την έρευνα που πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του έργου ARTEMIS. Μία από τις αρμοδιότητες του έργου ARTEMIS ήταν η ανάπτυξη ενός βελτιωμένου εμπειρικού μοντέλου για τον υπολογισμό των εκπομπών ψυχρής εκκίνησης από τα επιβατικά οχήματα, λαμβάνοντας υπόψη παραμέτρους όπως ο ρύπος, ο τύπος του οχήματος και οι συνθήκες οδήγησης. Χρησιμοποιώντας όλα τα διαθέσιμα δεδομένα στην Ευρώπη, αναπτύχθηκαν τρία διαφορετικά μοντέλα για τον υπολογισμό των εκπομπών ψυχρής εκκίνησης ανάλογα με τον τύπο των δεδομένων που έχει στη διάθεσή του ο χρήστης. Το πρώτο από τα τρία μοντέλα του έργου ARTEMIS, το οποίο υπολογίζει τις εκπομπές ψυχρής εκκίνησης των ρύπων CO, NOx, VOC και CO2 από επιβατικά οχήματα, ενσωματώθηκε στο COPERT Micro. Το συγκεκριμένο μοντέλο υπολογίζει τις εκπομπές ψυχρής εκκίνησης ανά εκκίνηση για έναν συγκεκριμένο τύπο οχήματος και έναν δεδομένο ρύπο/αέριο του θερμοκηπίου ως συνάρτηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος, της μέσης ταχύτητας του οχήματος κατά τη διάρκεια της ψυχρής περιόδου, της διανυθείσας απόστασης και του χρόνου στάθμευσης. Η εφαρμογή της μεθοδολογίας πραγματοποιήθηκε στη μητροπολιτική περιοχή της Αθήνας (δεδομένα 2010), καταλήγοντας στα ακόλουθα: Οι εκπομπές ψυχρής εκκίνησης συμβάλλουν σημαντικά στις εκπομπές CO και VOC από τις οδικές μεταφορές (45% και 44% αντίστοιχα), ενώ οι επιπτώσεις τους στις συνολικές ημερήσιες εκπομπές NOx και CO2 είναι σχετικά μικρότερες (21% και 7%). Σε συγκεκριμένα τμήματα δρόμου, τα οποία συνήθως ανήκουν στις κύριες λεωφόρους της πόλης, η συμβολή των εκπομπών ψυχρής εκκίνησης είναι επικρατέστερη (μερικές φορές μεγαλύτερη από 50%, όπως στην περίπτωση του CO), επηρεάζοντας σημαντικά την ποιότητα του αέρα τοπικά. Στα οδικά δίκτυα πρέπει να εφαρμοστούν συγκεκριμένες μεθοδολογίες κατανομής των εκπομπών ψυχρής εκκίνησης, ώστε να λαμβάνεται υπόψη η επίδρασή τους, ιδίως στα τοπικά σημεία που παρουσιάζουν υψηλές τιμές (hot spots). Για την αξιολόγηση των επιπτώσεων των ITS μέτρων αναπτύχθηκε μια νέα μεθοδολογία που συνδυάζει αποτελεσματικά ένα βελτιωμένο κυκλοφοριακό μοντέλο προσομοίωσης της συμπεριφοράς των οχημάτων σε επίπεδο δρόμου (AIMSUN) με ένα λεπτομερές μοντέλο οχήματος που υπολογίζει στιγμιαίες εκπομπές (AVL CRUISE), εκτιμώντας έτσι την επίδραση τόσο της λειτουργίας όσο και της απόδοσης του οχήματος. Το κυκλοφοριακό αυτό μοντέλο χρησιμοποιεί μια βελτιωμένη μαθηματική συνάρτηση που προσομοιώνει τον τρόπο με τον οποίο ένα όχημα ακολουθεί το προπορευόμενό του όχημα στο δρόμο. Η συνάρτηση αυτή βαθμονομήθηκε με τέτοιο τρόπο, ώστε να αναπαράγει τις μετρημένες τιμές προφίλ οδήγησης από έναν αστικό δρόμο στο Τορίνο της Ιταλίας, όπου λειτουργεί ένα σύστημα ελέγχου της αστικής κυκλοφορίας (UTC).Η παραπάνω μεθοδολογία εφαρμόστηκε για τη μελέτη της επίδρασης της κυκλοφοριακής συμφόρησης στην κατανάλωση καυσίμου της κατηγορίας επιβατικών οχημάτων ντίζελ <1,4 l Euro 5. Οι συνθήκες ελεύθερης ροής και οι συνθήκες συμφόρησης οδήγησαν σε διαφορές κατανάλωσης −25,8% και 20,9%, αντίστοιχα, σε σχέση με τις κανονικές συνθήκες. Το COPERT 5 προέβλεψε αρκετά καλά την κατανάλωση καυσίμου στις συνθήκες κυκλοφοριακής συμφόρησης, όχι όμως και στις συνθήκες ελεύθερης ροής. Ένα start-stop σύστημα μπορεί να μειώσει την κατανάλωση καυσίμου κατά 6% και 11,9% υπό κανονικές συνθήκες και συνθήκες κυκλοφοριακής συμφόρησης αντίστοιχα. Χρησιμοποιώντας την ίδια προσέγγιση, διαπιστώθηκε πως το UTC σύστημα έχει θετικό αντίκτυπο στις εκπομπές CO2, 8,1% και 4,5% για κανονικές και συνθήκες συμφόρησης αντίστοιχα, λαμβάνοντας υπόψη τον στόλο οχημάτων του Τορίνο για το έτος 2013. Συνολικά, η συγκεκριμένη μελέτη στο Τορίνο απέδειξε ότι ο συνδυασμός λεπτομερών και επικυρωμένων μοντέλων μικρο-κυκλοφορίας και εκπομπών αποτελεί έναν ισχυρό συνδυασμό για τη μελέτη των επιπτώσεων της κυκλοφοριακής συμφόρησης και των συστημάτων μετάδοσης κίνησης στην κατανάλωση καυσίμου και στις εκπομπές GHG των οχημάτων που κινούνται εντός αστικών οδικών δικτύων. Για να εξεταστούν τα όρια της εφαρμογής της προσέγγισης μέσης ταχύτητας, εκτελέστηκε ένα πείραμα σε δύο τοποθεσίες που παρακολουθούνταν από το έργο ICT-Emissions. Η πρώτη βρισκόταν στη Μαδρίτη (αστικός αυτοκινητόδρομος M30) και η δεύτερη στο Τορίνο (αστικός δρόμος Corso Lecce). Η κατανάλωση καυσίμου από τις συγκεκριμένες τοποθεσίες υπολογίστηκε σε επίπεδο macro με το COPERT (προσέγγιση μέσης ταχύτητας) και σε επίπεδο micro με το AVL CRUISE (προφίλ ταχύτητας πραγματικών οχημάτων ανά δευτερόλεπτο). Στη συνέχεια, οι τιμές του COPERT συγκρίθηκαν με τις τιμές του AVL CRUISE και εξάχθηκαν κάποια συμπεράσματα για την εφαρμογή της προσέγγισης μέσης ταχύτητας. Στις περισσότερες από τις καταστάσεις οδήγησης που εξετάστηκαν προέκυψε ικανοποιητική συμφωνία μεταξύ των σχετικών διαφορών κατανάλωσης καυσίμου ανάμεσα στο COPERT και στο AVL CRUISE, σε σχέση με μια κατάσταση αναφοράς. Ωστόσο, η συμφωνία αυτή μειωνόταν κατά τη μετάβαση σε συνθήκες υψηλής κυκλοφοριακής συμφόρησης και σε μικρά οδικά τμήματα. Ως γενικός κανόνας, η αξιοπιστία του COPERT αυξάνεται, καθώς το μήκος του δρόμου αυξάνεται πάνω από τα 400 μ και το επίπεδο κυκλοφοριακής συμφόρησης πέφτει κάτω από το 80%. Εάν μικρότερα οδικά τμήματα πρέπει να μοντελοποιηθούν σε επίπεδο macro, τότε θα ήταν ασφαλέστερο να ενοποιηθούν σε μεγαλύτερα. Επιπλέον, ειδικές διορθώσεις θα ήταν απαραίτητες, όταν το επίπεδο κυκλοφοριακής συμφόρησης υπερβαίνει περίπου το 80%. Στην τελευταία περίπτωση, ο υπολογισμός της κατανάλωσης καυσίμου των μοντέλων μέσης ταχύτητας βελτιώθηκε χάρη στην προαναφερθείσα μεθοδολογία μικρο-προσομοίωσης, προκειμένου να αναπτυχθούν νέες συναρτήσεις μέσης ταχύτητας – κατανάλωσης καυσίμου που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από ένα μοντέλο μέσης ταχύτητας (COPERT). Η μεθοδολογία για την ανάπτυξη των νέων συναρτήσεων περιελάμβανε αρκετές διαδικασίες στατιστικής ανάλυσης, αντλώντας δεδομένα από τα μοντέλα εκπομπών micro και macro, καθώς και μεθοδολογίες προσαρμογής καμπυλών. Η ολοκληρωμένη μεθοδολογία εφαρμόστηκε σε έναν δρόμο στο Τορίνο χρησιμοποιώντας δύο επικυρωμένα μοντέλα επιβατικών οχημάτων κατηγορίας Euro 5. Εξετάστηκαν τρεις συνθήκες κυκλοφορίας: κυκλοφορία ελεύθερης ροής, κανονική κυκλοφορία και κυκλοφοριακή συμφόρηση. Αναπτύχθηκαν νέες συναρτήσεις μέσης ταχύτητας – κατανάλωσης καυσίμου για τις συνθήκες ελεύθερης ροής και τις συνθήκες κυκλοφοριακής συμφόρησης, οι οποίες υπολόγισαν επιτυχώς τις διαφορές στην κατανάλωση καυσίμου όταν ένα όχημα μετακινείται από κανονικές σε άλλες συνθήκες. Η σύγκριση με τα δεδομένα της βιβλιογραφίας έδειξε ότι οι συνθήκες συμφόρησης που εξετάστηκαν σε αυτήν τη μελέτη ήταν αντιπροσωπευτικές των τυπικών συνθηκών αστικής κυκλοφορίας, ενώ αυτό δεν συνέβαινε για τις συνθήκες ελεύθερης ροής. Τα αποτελέσματα έδειξαν επίσης ότι υπό συνθήκες συμφόρησης η κατανάλωση καυσίμου μπορεί να αυξηθεί περισσότερο από 18% σε ορισμένες περιπτώσεις, αποδεικνύοντας με αυτό τον τρόπο την ανάγκη της ενσωμάτωσης παρόμοιων αλγορίθμων συμφόρησης σε μοντέλα εκπομπών μέσης ταχύτητας. Επιπλέον, εάν δεν είναι διαθέσιμη μια πιο αναλυτική μέθοδος υπολογισμού, οι τυπικές συναρτήσεις του COPERT θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση της κατανάλωσης καυσίμου υπό συνθήκες κυκλοφοριακής συμφόρησης.