柴油車尾氣林格曼黑度測(cè)量方法發(fā)展現(xiàn)狀

孔繁國(guó) 鄧杰成 徐德偉

（佛山市南海區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站 廣東佛山 528200）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)動(dòng)車保有量的與日俱增，機(jī)動(dòng)車尾氣在大氣污染中占比不斷上升，已成為影響空氣質(zhì)量的重要因素。而柴油車的NOx和顆粒物貢獻(xiàn)在機(jī)動(dòng)車尾氣中占比高達(dá)80%，是重點(diǎn)污染源。機(jī)動(dòng)車尾氣測(cè)量新國(guó)標(biāo)和遙感法已都已將林格曼黑度列入到柴油車的測(cè)量指標(biāo)中，加強(qiáng)柴油車監(jiān)管。柴油車尾氣林格曼黑度測(cè)量方法目前仍處在發(fā)展階段，本文將結(jié)合實(shí)例介紹其發(fā)展現(xiàn)狀。

1 林格曼黑度[1]

林格曼黑度是將排氣污染物顏色與林格曼濃度圖對(duì)比得到的一種煙塵濃度表示法，分為0-5級(jí)。對(duì)應(yīng)林格曼濃度圖有六種，0級(jí)為全白，1級(jí)黑度為20%，2級(jí)為40%，3級(jí)為60%，4級(jí)為80%，5級(jí)為全黑。[1]林格曼黑度最初用于企業(yè)煙囪的煙氣黑度測(cè)量，在根據(jù)使用場(chǎng)景改進(jìn)后被引入到柴油車尾氣測(cè)量中。傳統(tǒng)機(jī)動(dòng)車尾氣指標(biāo)相比，林格曼黑度具有可視性和直觀性，還能便捷地用于行駛中機(jī)動(dòng)車尾氣的測(cè)量。在最新的遙感檢測(cè)法（HJ845-2017）和柴油車限值及測(cè)量方法（GB3847-2018）中均已將林格曼黑度納入到柴油車排氣污染物測(cè)量指標(biāo)中，作為控制柴油車污染的重要手段和依據(jù)。

2 測(cè)量方法

目前，林格曼黑度在機(jī)動(dòng)車污染控制領(lǐng)域的使用才剛剛起步，借鑒了工業(yè)源監(jiān)測(cè)上的一些原有方法，同時(shí)在結(jié)合信息和圖像技術(shù)后，也產(chǎn)生了新的測(cè)量方法。林格曼黑度的三種主要測(cè)量方法介紹如下。

2.1 林格曼標(biāo)準(zhǔn)圖譜法[1]

林格曼標(biāo)準(zhǔn)圖譜法是最原始、最基本的林格曼黑度測(cè)量方法。該方法要求，在相似的天空背景下設(shè)置林格曼煙氣黑度圖，觀測(cè)人員在足夠距離處連續(xù)觀測(cè)排氣黑度（一般選擇排氣黑度最大處觀測(cè)），將排氣黑度與林格曼煙氣黑度圖比較，記下最大值作為測(cè)量結(jié)果。

該方法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，但易受主觀因素影響，準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性較差，人員需求量大，無(wú)法用于在線監(jiān)測(cè)。根據(jù)當(dāng)前機(jī)動(dòng)車污染控制工作的需求，該方法難以作為林格曼黑度測(cè)量的主要方法，但由于其為最基礎(chǔ)之方法，故可作為視為其他方法開發(fā)的基石，或作為日常監(jiān)管中的輔助手段。

2.2 光電測(cè)煙儀法[2]

光電測(cè)煙儀法顧名思義就是使用光電測(cè)煙儀進(jìn)行林格曼黑度測(cè)量的方法。光電測(cè)煙儀是半自動(dòng)化的林格曼黑度測(cè)量?jī)x器，該儀器利用光學(xué)系統(tǒng)搜集煙的圖像，把煙的透光率和儀器內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)黑度板透光率比較，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)處理，把光信號(hào)變成電信號(hào)輸出，從而顯示煙氣的黑度。該儀器結(jié)果重復(fù)性和穩(wěn)定性較好，儀器反應(yīng)時(shí)間較快，基本可滿足連續(xù)瞬時(shí)值的測(cè)量需要。光電測(cè)煙儀使用前需進(jìn)行光照背景值測(cè)量，而且光照背景值在后續(xù)測(cè)量過(guò)程中變化不能太大，在工業(yè)煙囪測(cè)量中一般以天空作為背景，但機(jī)動(dòng)車尾氣測(cè)量中這一要求難以實(shí)現(xiàn)。目前已有相關(guān)研究表明，通過(guò)設(shè)置合適光強(qiáng)的背景面可達(dá)到該儀器使用條件的要求，讓該方法在機(jī)動(dòng)車尾氣測(cè)量中使用成為可能。

2.3 基于視頻拍攝的遙感檢測(cè)法[3]（黑煙車電子抓拍技術(shù)）

基于視頻拍攝的遙感檢測(cè)法在HJ845-2017中被首次提出，讓林格曼黑度測(cè)量方法有了新的路徑。作為代表的黑煙車電子抓拍技術(shù)已在全國(guó)多個(gè)省市先后落地，既是林格曼黑度測(cè)量的新方法，也是目前柴油車林格曼黑度測(cè)量使用較為廣泛的方法。黑煙車電子抓拍技術(shù)是動(dòng)態(tài)圖像識(shí)別技術(shù)在環(huán)保監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的延伸，通過(guò)分析抓拍場(chǎng)景中一定時(shí)間段的過(guò)車視頻，運(yùn)用光流矢量、色彩紋理及動(dòng)態(tài)建模等算法分離煙氣本體，并將煙氣本體灰度與預(yù)設(shè)的林格曼標(biāo)準(zhǔn)圖譜比對(duì)，從而測(cè)量出煙氣的林格曼黑度值。當(dāng)前不斷有研究在完善該方法的測(cè)量和溯源體系，為該方法的進(jìn)一步發(fā)展提供有力支持。[4]下面就結(jié)合南方某地區(qū)開展黑煙車電子抓拍的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，介紹該方法的特點(diǎn)。

首先，該地區(qū)共設(shè)置了25個(gè)黑煙車點(diǎn)抓拍監(jiān)控點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于行駛車輛的即時(shí)篩查。2018年全年篩查車輛超過(guò)六百多萬(wàn)車次，抓拍黑煙柴油車6771車次，而同期傳統(tǒng)路檢抽查車輛9571車次，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)車輛僅148車次，可見黑煙車電子抓拍技術(shù)篩查效率比傳統(tǒng)方法大大提高。其次，黑煙車電子抓拍技術(shù)僅需零點(diǎn)幾秒即可自動(dòng)識(shí)別出黑煙車，該地區(qū)環(huán)保部門僅用6人即可完成黑煙車監(jiān)控工作，結(jié)合信息技術(shù)，自動(dòng)化和智能化水平高，能有效節(jié)省人力資源。再次，在地方立法后，該地區(qū)已將2083輛黑煙車移送公安交警部門處理，實(shí)現(xiàn)了多部門聯(lián)動(dòng)，讓環(huán)保執(zhí)法真正落地，效能大為提升。然后，在數(shù)據(jù)積累后還能進(jìn)行重點(diǎn)高排車輛的行駛軌跡篩查、排放階段統(tǒng)計(jì)、型號(hào)統(tǒng)計(jì)等一系列的大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，為高排車輛的精準(zhǔn)防控提供有力支持。[5],[6]

結(jié)語(yǔ)

隨著林格曼黑度被納入到柴油車尾氣檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)體系中，機(jī)動(dòng)車尾氣林格曼黑度的測(cè)量方法迎來(lái)了發(fā)展機(jī)遇。目前常見的三種測(cè)量方法均有各自特點(diǎn)和主要應(yīng)用場(chǎng)景。作為新方法出現(xiàn)的黑煙車電子抓拍技術(shù)由于具有自動(dòng)化和智能化特點(diǎn)，目前具有寬廣的應(yīng)用前景。該方法為在用柴油車的在線監(jiān)測(cè)提供了一條有效路徑。此外，伴隨科學(xué)進(jìn)步、機(jī)動(dòng)車污染控制形勢(shì)變化和柴油車污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的開展，想必會(huì)有更多新技術(shù)和新方法在這一領(lǐng)域涌現(xiàn)，讓柴油車尾氣林格曼黑度測(cè)量更加高效和準(zhǔn)確。