技术帖 | 浅析机动车尾气遥感监测- 大数跨境

大湾区环境

2018-09-11

机动车尾气排放遥感监测的必要性

李克强总理作2017年政府工作报告时指出，2017年要坚决打好蓝天保卫战；二氧化硫、氮氧化物排放量要分别下降3%，重点地区细颗拉物（PM2.5）浓度明显下降。李克强表示，治理雾霆一要加快解决燃煤污染问题；二要全面推进污染源治理；三要强化机动车尾气治理；四要有效应对重污染天气；五要严格环境执法和督查问责。由此可见，机动车尾气排放污染问题已经引起国家的高度重视。如何找到和治理高排放车是人们必须面对的一个现实问题。

随着我国经济社会持续快速发展，机动车保有量继续保持高速增长态势，机动车带来的环境污染问题日显突出。公安部交管局最新统计数据显示，截至2017年底，全国机动车保有量首次突破3.1亿辆，其中汽车达2.17亿辆，近5年年均增加1 400万辆。机动车尾气污染已成为城市空气质量危害的主要来源，尤其是造成近年来全国各大城市雾霆频发的重要成因。据有关研究结果，城市中机动车尾气排放CO、HC和NOx尾气污染分别占城市总污染物的60%～70%、40％～50%、30％～40%，并随着机动车数量的增长呈上升趋势，而其中50％以上来源于20％以下的高污染车的排放。根据PM2.5污染在线源解析质谱仪对全国多个城市空气中PM2.5的监测结果，机动车尾气排放对城市PM2.5污染的贡献率平均在20％左右，在重污染天气情况发生时，机动车尾气排放的贡献率相应大幅度增加。

随着我国机动车尾气排放标准逐步升级，在道路上行驶的各种车辆排放水平有很大差距。有效降低机动车排放对环境空气质量的污染，发现并治理高排放的车辆，对于改善城市空气质量状况是非常必要的。目前控制机动车尾气排放污染的主要举措是机动车尾气年检和日常的路检和巡检，但实际监测过程中仍然存在很多问题。

一是由于道路车流量巨大，拦车监测会造成车流行驶不通畅，车辆怠速或者低速慢行，产生更大的污染。

二是传统的监测方法为接触式检测，对机动车排气管采样，然后用常规仪器进行分析，费时费力、成本高、操作难度大，4名工作人员一天只能检测100余辆车，由于工作效率低下，只能对其中极少部分车辆进行检测，虽然能起到部分威慑作用，但远远达不到筛选高污染车的目的。

双怠速法检测方法弊端较多，其检测结果不能全面、准确反映机动车真实的排放状况，检测过程中人为性强，检测指标单一，只能测量一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）的排放浓度，而无法测量出氮氧化物（NOx）的排放浓度；工况法检测则需要被检车辆进场检测，检测效率低，远远满足不了实时检测的要求。2014年起，我国非营运性机动车年检制度取消，改为每6年1次，改变了现行的机动车尾气强制性检测模式。加上目前我国城市机动车尾气在线排放监控几乎空白，这给环保部门开展高排放车和黄标车污染的管理增加了更大的难度。事实上，车辆在一个年检周期后上路行驶时，由于保养维修、载重负荷、驾驶习惯等原因，其尾气排污情况会有很大变化，车主也很难关心到其车辆的尾气排放是否依旧超标，除定期检验外管理部门也没有其他更有效的手段，这也就造成了监管空白。机动车尾气排放遥感监测技术凭借其快速、灵便和监测面广的优点越来越受到人们的关注和信赖，它主要应用在发现高排放车辆、豁免清洁车辆、地区、险排放因子特征的研究和评估等3个方面。采用遥感测量方法对在道路上行驶的机动车进行污染物排放监测，一旦发现污染物排放严重的车辆，可以通知车主到当地机动车排放检测机构按照当地规定的检测方法进行污染物排放检测。遥感监测过程中所录入的大量信息数据还能为管理层和社会提供审计、筛选、检查、城考、限行、区域排比等多方面的技术参数，可反复使用，为环境管理提供可靠依据，与传统的检验方法相比具有巨大的社会效益和经济效益。

机动车尾气排放遥感监测

一.机动车尾气排放遥感监测内容

机动车尾气排放遥感监测的内容主要是机动车尾气排放的污染物（CO、CO2、HC、NOx）、烟度、车辆行驶速度／加速度、车辆牌照、气象参数等。

机动车污染排放的实时性数据

尾气排放遥感检测设备可以在道路上同时监测汽油车和柴油车，并对采集的数据进行分析，做出判断，鉴别出“高污染”、“高排放”车辆。只需0.7 s就能检测出一辆车所排放的CO、CO2、HC、NOx、烟度等污染指标。

车辆行驶速度

气排放遥感检测设备还可通过车辆触发检测设备的时间，对机动车的行驶速度和加速度进行测量，判断行驶车辆的发动机是否在正常的工作状况，从而避免因车辆没有行驶在正常状态下而产生的尾气检测误差。

记录车辆牌照

尾气排放遥感检测设备还配备了数码摄录像设备，可拍摄车辆前部及尾部照片，并通过图像识别系统，将照片和该车的排放数据一一对应存储。

抓拍“黑尾巴”车辆

车辆尾部的摄像机可对“冒黑烟”的机动车进行抓拍、录制其在行驶中排气管位置“冒黑烟”的图像，第一时间取得其排放超标的直观证据。

二.机动车尾气排放遥感监测系统工作原理

机动车尾气中有水蒸气、氧气（O2）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOX）、微粒物质等。每种物质都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成。遥测设备发射红外光和紫外光穿过机动车排放的尾气，再到设备的光学接收端（如图1-1）。由于各种污染物对不同频率的光波有不同的吸收效果，光学接收端通过分析吸收谱线的位置和强度确定机动车尾气的成分和浓度。

尾气排出后，会立即在空气中扩散和稀释，由于稀释浓度的变化将受空气扰动和风向风速等因素的影响，所以直接测量排气烟羽中的各污染物浓度并不能有效地反映车辆的实际排放状况，因此，机动车尾气遥测技术使用了CO2作为参比气体进行各种排气污染物的测量，提高遥测数据的确信度。

▲尾气遥测基本原理

遥测路检用于汽车尾气分析的方法主要有两种，即：非分散红外分析(NDIR)用于测量CO、HC、CO2；色散紫外（DUV）用于分析测量NO、烟度因子及颗粒物（包括不透光度）。

通过NDIR和DUV这两种光谱分析技术，在车辆正常行驶经过瞬间，遥感系统发出的探测光会穿过气团再到达探测单元，系统继而采集信号进行计算，完成对机动车尾气排放的二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOX）等各项检测。本系统汽柴一体化设计，还可以对柴油车的不透光烟度、颗粒物（PM2.5）进行监测。再加上遥测适配系统，可以同时测量车辆经过瞬间的速度和加速度，用以分析车辆工作状态，获取其它测量适配参数，生成最终的遥测结果。

机动车尾气排放遥感监测存在的问题及对策

虽然目前国内很多城市都陆续配置了相应的机动车尾气排放遥感监测设备，但由于各地环境监测人力和技术能力不足，未能实现“全天候”机动车尾气监测，“黄标车”、“超标车”、“高排车”的管理不能完全到位。要实现城市机动车尾气污染控制与减排的要求，应以车载式遥感监测系统为辅助，采用固定水平式和垂直式机动车尾气遥感监测方法，按照“科学的测点布局、严格的数据质控、先进的检测技术”的思路，采取“统一规划、统一标准、统一建设和统一运营”的模式，进行城市交通干线出入口及环境敏感区的机动车尾气遥感监测网络建设，实现对城市行驶机动车尾气排放的全程管控。