基于大數(shù)據(jù)的中國在用車排放狀況研究*

馬 冬 尹 航 丁 焰 王宏麗 王軍方 王燕軍 黃志輝

(中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012)

當(dāng)前，中國大氣環(huán)境污染形勢嚴峻，灰霾現(xiàn)象頻發(fā)。2014年6月，環(huán)境保護部發(fā)布的《2013中國環(huán)境狀況公報》顯示，2013年全國74個新標準監(jiān)測實施第一階段，城市環(huán)境空氣質(zhì)量達標城市比例僅為4.1%[1]。最新公布的PM2.5源解析數(shù)據(jù)顯示，機動車、工業(yè)生產(chǎn)、燃煤、揚塵等是當(dāng)前中國大部分城市環(huán)境空氣中顆粒物的主要污染來源，約占85%～90%。其中，北京、杭州、廣州、深圳4個城市的首要污染來源是機動車。機動車污染已成為中國大氣污染中最突出、最緊迫的問題之一。

依據(jù)公安部交通管理局公布的數(shù)據(jù)，截至2014年底，中國汽車保有量達1.54億輛。與固定點源排放不同，機動車排放屬于移動源，點多面廣、流動性強，為排放監(jiān)管帶來巨大挑戰(zhàn)。為加強在用車污染防治，中國已有31個省、自治區(qū)、直轄市開展了機動車環(huán)保定期檢驗工作，對不達標車輛，不得上路行駛。截至2013年底，全國共建成機動車環(huán)保檢驗機構(gòu)1 200余家，設(shè)立環(huán)保檢測線4 000余條。全國參加環(huán)保定期檢驗的汽車共有6 185.6萬輛，占全國汽車保有量的49.2%。天津、重慶、青島、南京等80個城市機動車環(huán)保定期檢驗率達到80%以上[2]。按照規(guī)定，所有檢測數(shù)據(jù)必須上傳到機動車排放監(jiān)管部門，如何有效利用這些檢測數(shù)據(jù)，從而更好地為機動車排放監(jiān)管服務(wù)，成為環(huán)保監(jiān)管部門面臨的重要問題。隨著信息網(wǎng)絡(luò)及大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，為海量數(shù)據(jù)的收集、整理及分析提供了可能。本研究通過對全國28個城市1 000多萬條在用車環(huán)保定期檢驗樣本數(shù)據(jù)進行分析，為全面了解中國在用車排放狀況、加強在用車排放監(jiān)管提供重要依據(jù)。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 污染防治現(xiàn)狀

作為國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，中國汽車工業(yè)取得快速發(fā)展。中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計顯示，2014年中國全年累計產(chǎn)、銷汽車2 372.28萬、2 349.19萬輛，同比增長7.3%和6.9%，連續(xù)6年成為世界汽車產(chǎn)銷第一大國[3]。汽車保有量也隨之快速增長，給能源、環(huán)境帶來巨大壓力。

隨著新車標準的嚴格實施、黃標車及老舊車淘汰、油品升級等工作的不斷開展，中國機動車排放快速增長的勢頭得到有效控制。2013年，中國汽車污染物排放量為3 906.5萬t，與2000年相比，全國汽車保有量增長了近8倍，但污染物排放量僅增加了40%，具體如圖1所示。

圖1 中國汽車污染物排放量變化趨勢Fig.1 The development trend of vehicle emission in China

從2002年開始，環(huán)境保護部發(fā)布了一系列關(guān)于推進在用車環(huán)保監(jiān)督管理的文件，涵蓋了汽車、摩托車、三輪汽車和低速貨車等，對控制在用機動車污染物排放發(fā)揮了重要的作用。目前，中國已建立了機動車環(huán)保定期檢驗、機動車環(huán)保合格標志等監(jiān)督管理制度，定期對在用車進行環(huán)保檢驗，檢驗合格則發(fā)放環(huán)保合格標志，不合格強制進行維修，對于高排放車輛發(fā)放黃色檢驗標志進行重點治理[4]。隨著中國機動車保有量的快速增長，大氣污染防治工作日趨嚴峻，對機動車排放控制提出了更高的要求，相關(guān)標準已難以適應(yīng)新形勢下環(huán)境保護工作。主要體現(xiàn)在檢測流程不規(guī)范、排放限值寬松且缺乏統(tǒng)一、標準內(nèi)容需進一步完善[5-6]。通過對機動車環(huán)保定期檢驗數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，可對在用車排放限值的修訂提供重要的參考依據(jù)。

2014年5月，中央電視臺對市場上出現(xiàn)的假國Ⅳ柴油車問題進行了曝光。為加強機動車污染源頭控制，2014年8月，環(huán)境保護部、工業(yè)和信息化部、公安部、工商總局、質(zhì)檢總局等五部門，在全國范圍內(nèi)聯(lián)合開展了新生產(chǎn)機動車環(huán)保達標監(jiān)督檢查工作，以中重型柴油車為重點，在新車型檢測、生產(chǎn)、銷售、注冊登記等環(huán)節(jié)開展聯(lián)合執(zhí)法，有效打擊了制造、銷售環(huán)保不達標機動車的違法行為，為機動車排放標準的有效實施提供了有力保障。由于目前中國尚未建立汽車及發(fā)動機產(chǎn)品排放缺陷召回制度，無法對汽車產(chǎn)品生命周期排放進行有效監(jiān)管[7-9]。通過對年檢數(shù)據(jù)進行分析，可了解不同品牌車型的實際排放狀況，評估不同品牌車型的實際排放水平，為開展機動車生產(chǎn)一致性、在用符合性檢查以及未來的機動車環(huán)保召回提供數(shù)據(jù)支持。

1.2 數(shù)據(jù)平臺建設(shè)

2011年6月，世界著名的管理咨詢公司——麥肯錫公司，發(fā)布了關(guān)于“大數(shù)據(jù)”的報告，對“大數(shù)據(jù)”的影響、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域等都進行了詳盡的分析，得到各行業(yè)普遍關(guān)注。大數(shù)據(jù)技術(shù)包括數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、分析挖掘、可視化等技術(shù)及其集成[10-11]。通過大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，不僅能帶來巨大的經(jīng)濟效益，而且可有效提高社會管理水平，具有重要的社會經(jīng)濟價值[12-13]。

為加強機動車環(huán)保檢驗管理、深化機動車污染防治工作，2013年4月，環(huán)境保護部發(fā)布了《機動車環(huán)保檢驗管理規(guī)定》，指出環(huán)保檢驗機構(gòu)應(yīng)與當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門聯(lián)網(wǎng)，實時上傳環(huán)保檢驗數(shù)據(jù)，各級環(huán)保部門應(yīng)建立機動車環(huán)保管理信息系統(tǒng)，定期向上級環(huán)保部門報送環(huán)保檢驗信息。目前，中國已有北京、上海、重慶、遼寧、浙江、內(nèi)蒙古、山東、安徽、江蘇等15個省、自治區(qū)、直轄市實現(xiàn)了數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，未來還將與國家機動車排放監(jiān)管機構(gòu)聯(lián)網(wǎng)，形成國家、省、市三級機動車排污監(jiān)控平臺，從而為機動車污染防治大數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)支撐。

2 大數(shù)據(jù)分析

2.1 數(shù)據(jù)樣本

本研究共收集了全國28個城市共計1 000多萬條在用車環(huán)保定期檢驗樣本數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)樣本主要分布區(qū)域為華北、華南、華東、東北，涵蓋京津冀、長三角、珠三角等重點區(qū)域，占全部樣本量的80%以上。

中國在用車排放標準主要有《點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法(雙怠速法及簡易工況法)》(GB 18285—2005)和《車用壓燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》(GB 3847—2005)，包括雙怠速法(TSI)、穩(wěn)態(tài)工況法(ASM)、簡易瞬態(tài)工況法(VAMSS)、自由加速法(FA)和加載減速法(LUGDOWN)這5種檢測方法，各地依據(jù)實際情況選擇采用，其中雙怠速法、穩(wěn)態(tài)工況法和簡易瞬態(tài)工況法用于汽油車氣態(tài)污染物測試，自由加速法和加載減速法用于柴油車煙度測試，不同檢測方法數(shù)據(jù)樣本分布如圖2所示。

圖2 不同檢測方法的數(shù)據(jù)樣本分布Fig.2 The data distribution of different test methods

由于目前在用車排放標準中沒有對車輛應(yīng)記錄項目以及記錄方法提出明確規(guī)定，檢測結(jié)果缺乏規(guī)范管理，導(dǎo)致近10%的數(shù)據(jù)樣本無法進行有效統(tǒng)計分析。因此，未來應(yīng)對在用車檢測設(shè)備、控制軟件、數(shù)據(jù)信息等提出統(tǒng)一規(guī)范要求，從而提高檢測數(shù)據(jù)的準確性、有效性。

2.2 環(huán)保檢驗

本研究對不同檢測方法的合格率、排放值累積分布進行了分析。各檢測方法加權(quán)平均合格率為89.5%，由于檢測方法及排放限值不同，合格率差異較大(如圖3所示)。自由加速和雙怠速為非工況法檢測，合格率相對較高，均達90%以上；簡易瞬態(tài)工、穩(wěn)態(tài)工況和加載減速均為工況法檢測，其中加載減速法合格率相對偏低，不足75%。合格率偏高或偏低都不利于高排放車輛的有效篩查，因此需要對檢測方法及排放限值做進一步調(diào)整，從而提高篩查效率?！洞_定點燃式發(fā)動機在用汽車簡易工況法排氣污染物排放限值的原則和方法》(HJ/T 240—2005)和《確定壓燃式發(fā)動機在用汽車加載減速法排氣煙度限值的原則和方法》(HJ/T 241—2005)指出，確定的排放限值應(yīng)能有效地檢測出高排放的車輛，推薦城市控制高排放車輛的比例為10%～25%。依據(jù)該原則，本研究中將累積分布比例為75%～90%時對應(yīng)的排放值作為污染物建議排放限值。

圖3 不同檢測方法的合格率Fig.3 The pass rate of different test methods

2.2.1 穩(wěn)態(tài)工況法

穩(wěn)態(tài)工況法不同排放階段的加權(quán)平均合格率為85.9%，國Ⅲ、國Ⅳ排放階段相對較高。從不同排放階段來看，隨著排放階段的不斷提高，合格率也不斷提高(如圖4所示)。

圖4 不同排放階段穩(wěn)態(tài)工況法的合格率Fig.4 The pass rate of ASM in different emission standards

通過對實際檢測排放值進行累積分布，得到穩(wěn)態(tài)工況法下各污染物不同累積分布比例對應(yīng)的排放值，具體如圖5至圖7所示。碳氫化合物(HC)、CO、NO建議排放限值(體積分數(shù))分別為55×10-6～120×10-6、0.28%～0.60%、442×10-6～1 332×10-6(見圖5至圖7中灰色區(qū)域)，而圖5至圖7中虛線為HJ/T 240—2005中穩(wěn)態(tài)工況法參考最低排放限值?？梢钥闯?，HJ/T 240—2005中各污染物最低排放限值有進一步加嚴的空間。

圖5 穩(wěn)態(tài)工況法下HC排放的累積分布比例Fig.5 The cumulative percentage of HC emission of ASM

2.2.2 簡易瞬態(tài)工況法

簡易瞬態(tài)工況法不同排放階段的加權(quán)平均合格率為89.8%。從排放階段來看，國Ⅰ前、國Ⅲ及國Ⅳ排放階段排放要求較松，合格率較高；除國Ⅰ前排放階段，其他排放階段合格率呈逐步上升趨勢(如圖8所示)。

圖6 穩(wěn)態(tài)工況法下CO排放的累積分布比例Fig.6 The cumulative percentage of CO emission of ASM

圖7 穩(wěn)態(tài)工況法下NO排放的累積分布比例Fig.7 The cumulative percentage of NO emission of ASM

圖8 不同排放階段簡易瞬態(tài)工況法的合格率Fig.8 The pass rate of VMASS in different emission standards

通過對實際檢測排放值進行累積分布，得到簡易瞬態(tài)工況法下各污染物不同累積分布比例對應(yīng)的排放值，如圖9所示。CO、HC+NOX建議排放限值分別為6.32～11.30、7.38～14.46 g/km(見圖9中灰色區(qū)域)，而圖9中虛線為HJ/T 240—2005中簡易瞬態(tài)工況法參考最低排放限值?？梢钥闯?，HJ/T 240—2005中CO最低排放限值有進一步加嚴的空間，HC+NOX則加嚴空間不大。

2.2.3 雙怠速法

雙怠速法不同排放階段的加權(quán)平均合格率為91.5%。從排放階段來看，國Ⅲ、國Ⅳ排放階段的排放要求較松，合格率較高；除國Ⅰ前排放階段外，其他排放階段合格率呈逐步上升的趨勢(如圖10所示)。

圖9 簡易瞬態(tài)工況法下各污染物排放的累積分布比例Fig.9 The cumulative percentage of pollution emission of VMASS

圖10 不同排放階段雙怠速法的合格率Fig.10 The pass rate of TSI in different emission standards

通過對實際檢測排放值進行累積分布，可以得到雙怠速法下各污染物不同累積分布比例對應(yīng)的排放值，具體如圖11和圖12所示。CO低、高怠速工況下建議排放限值(體積分數(shù))分別為0.38%～0.62%、0.20%～0.30%，HC低、高怠速工況下建議排放限值(體積分數(shù))分別為98×10-6～150×10-6、78×10-6～115×10-6(見圖11和圖12中灰色區(qū)域)，而圖11和圖12中虛線為GB 18285—2005中雙怠速法高、低怠速最低排放限值。可以看出，GB 18285—2005中CO最低排放限值有進一步加嚴的空間，HC則加嚴空間不大，低怠速比高怠速加嚴空間相對更大。

圖11 雙怠速法下CO排放的累積分布比例Fig.11 The cumulative percentage of CO emission of TSI

圖12 雙怠速法下HC排放的累積分布比例Fig.12 The cumulative percentage of HC emission of TSI

2.2.4 自由加速法

自由加速法不同排放階段的加權(quán)平均合格率為94.7%。從排放階段來看，由于國Ⅰ前排放階段排放要求較松，合格率較高，其他排放階段合格率呈逐步上升的趨勢(如圖13所示)。

圖13 自由加速不同排放階段合格率Fig.13 The pass rate of FA in different emission standards

通過對實際檢測排放值進行累積分布，可以得到自由加速煙度不同累積分布比例對應(yīng)的排放值，具體如圖14所示。自由加速煙度建議排放限值為光吸收系數(shù)1.73～2.42 m-1(見圖14中灰色區(qū)域)，而圖14中虛線為GB 3847—2005中自由加速煙度最低排放限值。可以看出，GB 3847—2005中自由加速煙度最低排放限值加嚴空間相對不大。

圖14 自由加速煙度排放的累積分布比例Fig.14 The cumulative percentage of smoke emission of FA

2.2.5 加載減速法

加載減速法不同排放階段的加權(quán)平均合格率為74.7%，與其他檢測方法相比總體偏低。從排放階段來看，合格率隨不同排放階段逐步提高(如圖15所示)。

圖15 加載減速不同排放階段合格率Fig.15 The pass rate of LUGDOWN in different emission standards

通過對實際檢測排放值進行累積分布，可以得到加載減速煙度不同累積分布比例對應(yīng)的排放值，如圖16所示。加載減速法3個輪邊功率(80%、90%、100%)下煙度重合度較高，可以選取某一功率點作為測試工況，從而簡化測試流程。最大輪邊功率點加載減速煙度建議排放限值為光吸收系數(shù)0.98～2.23 m-1(見圖16中灰色區(qū)域)，而圖16中虛線為HJ/T 241—2005中加載減速煙度參考最低排放限值?？梢钥闯?，HJ/T 241—2005中加載減速煙度最低排放限值相對偏低，應(yīng)適當(dāng)放松要求，提高合格率水平。

圖16 加載減速煙度排放的累積分布比例Fig.16 The cumulative percentage of smoke emission of LUGDOWN

2.3 品牌車型

本研究對中國42個在用車品牌的合格率進行了分析，檢測方法為簡易瞬態(tài)工況法。依據(jù)檢測量及代表性選取了10個典型的合資及自主品牌在用車，對其合格率進行了分析，結(jié)果如圖17所示。中國42個在用車品牌平均合格率為89.8%，其中22個自主品牌在用車平均合格率為85.4%，20個合資品牌在用車平均合格率為92.9%，差距明顯。合資品牌在用車間合格率水平差距明顯(見圖17(a))，而自主品牌整體水平相當(dāng)(見圖17(b))。

圖17 典型品牌在用車的合格率Fig.17 The pass rate of typical brand

不同排放階段典型品牌在用車的合格率如圖18所示。國Ⅲ排放階段前，各合資品牌在用車的合格率差異較大，國Ⅲ排放階段后差異逐步縮小；各排放階段自主品牌在用車的合格率差異較小，國Ⅰ、國Ⅱ排放階段合格率偏低，國Ⅲ、國Ⅳ提升較快。由于國Ⅰ前、國Ⅲ及國Ⅳ排放階段排放要求較松，各品牌在用車的合格率較高。除國Ⅰ前排放階段，各品牌在用車從國Ⅰ排放階段開始合格率呈逐步上升趨勢。

圖18 不同排放階段典型品牌在用車的合格率Fig.18 The pass rate of typical brand in different emission standards

不同行駛里程典型品牌在用車的合格率如圖19所示。由圖19(a)可見，合資品牌合格率隨行駛里程變化較小，但不同合資品牌間差異較大；合資品牌3、4、5合格率隨行駛里程變化更小，200 000 km基本保持在90%，合資品牌1、2則變化相對明顯，60 000 km開始明顯劣化，200 000 km僅為70%左右。由圖19(b)可見，自主品牌合格率隨行駛里程變化明顯，40 000 km開始明顯劣化，200 000 km僅為70%左右。不同自主品牌間差異較小，排放控制水平相當(dāng)。

圖19 不同行駛里程典型品牌在用車的合格率Fig.19 The pass rate of typical brand in different mileage

為有效控制汽車生命周期排放、提高排放控制裝置耐久性水平，應(yīng)逐步提高汽車耐久性里程，同時調(diào)整耐久性試驗規(guī)程，弱化型式核準前耐久性試驗，通過實際道路測試、車載診斷系統(tǒng)(OBD)功能檢查、關(guān)鍵零部件老化試驗、貴金屬含量檢測等手段強化汽車產(chǎn)品耐久性監(jiān)督檢查。

依據(jù)數(shù)據(jù)樣本及代表性，本研究以合資品牌1為典型品牌，分析了其不同車型的合格率，結(jié)果如圖20所示。合資品牌1共有9款車型，如涵蓋轎車、SUV、MPV等。

圖20 不同車型典型品牌的合格率Fig.20 The pass rate of typical models

按20個合資品牌在用車平均合格率為92.9%來看，合資品牌1有3款車型高于該平均合格率，大部分車型低于該平均合格率。各車型差異較大，車型7、8、9的合格率均在95%以上，而車型1、2卻在80%左右。

3 結(jié)論及建議

隨著機動車保有量的不斷增長，機動車污染已成為中國大氣污染問題中最突出、最緊迫的問題之一。開展在用車實際排放狀況研究，有助于提高機動車污染防治水平，確保新車排放標準的有效實施，對改善城市空氣質(zhì)量有著重要的意義。

中國在用車各檢測方法加權(quán)平均合格率為89.5%，由于檢測方法及排放限值問題，不同檢測方法合格率差異較大。應(yīng)依據(jù)在用車污染物排放限值確定的原則及在用車檢測大數(shù)據(jù)分析，對各檢測方法及排放限值做進一步調(diào)整，從而有效提高篩查效率。中國合資與自主品牌在用車合格率存在明顯差距。合資品牌間合格率水平差距明顯，自主品牌整體水平相當(dāng)。自主品牌合格率隨行駛里程變化明顯。

為進一步加強在用車排放管理，提高在用車排放控制水平，提出以下建議：

(1) 加快修訂在用車排放標準。加快修訂在用車排放標準GB 18285—2005、GB 3847—2005、HJ/T 240—2005和HJ/T 241—2005等。調(diào)整排放限值以適應(yīng)在用車實際排放控制要求，加嚴不同排放階段的排放要求。進一步簡化檢驗流程，對測試設(shè)備、軟件數(shù)據(jù)等提出規(guī)范統(tǒng)一要求。

(2) 加快推廣應(yīng)用簡易工況法(即穩(wěn)態(tài)工況法和簡易瞬態(tài)工況法)。簡易工況法更能體現(xiàn)機動車的實際排放狀況，有利于準確掌握各類機動車的排放水平，有效篩查高排放車型，從而對在用車排放進行有效監(jiān)管。進一步優(yōu)化檢驗測試流程，如加載減速法不同輪邊功率下煙度重合度較高，可以選取某一功率點作為測試工況。

(3) 加強環(huán)保檢驗信息平臺建設(shè)。建立在用車環(huán)保檢驗信息聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)范及接口，實現(xiàn)機動車環(huán)保標志和檢驗信息的聯(lián)網(wǎng)共享，2016年底前重點地區(qū)實現(xiàn)國家、省、市三級聯(lián)網(wǎng)，2017年底前全面建成國家、省、市三級機動車排污監(jiān)控平臺，實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)。

(4) 加強環(huán)保檢驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計應(yīng)用。重點在新車排放達標監(jiān)管、排放模型修正、政策法規(guī)制定及評

估、機動車污染防治考核等方面進一步加強對環(huán)保檢驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計應(yīng)用，為機動車污染防治工作提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

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