機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用分析

徐建磊

摘 要： 現(xiàn)代城市發(fā)展通常涉及環(huán)境污染問題。其中，由于各種人類活動(dòng)的影響而造成的空氣污染正在成為一種隱性危險(xiǎn)，逐漸威脅著人類的健康甚至生存。早期的空氣污染在很大程度上是由于工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的煙塵污染。隨著時(shí)代的發(fā)展，交通排放污染是現(xiàn)代空氣污染的主要原因。汽車尾氣中的CO，HC和NO2都是空氣污染物。加強(qiáng)汽車尾氣排放管理對于保護(hù)大氣環(huán)境，促進(jìn)城市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展非常重要。本文從車輛排放控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用分析中提供了一些見解。

關(guān)鍵詞： 機(jī)動(dòng)車;尾氣遙感監(jiān)測;高排污車輛

【中圖分類號】X87 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）11-0156-02

由于社會發(fā)展的十分迅速，我國汽車的數(shù)量也在不斷上升，特別是私人汽車的數(shù)量正在迅速增加。同時(shí)，我國仍然是世界上重要的汽車生產(chǎn)國。但是，與我國汽車數(shù)量快速增長的現(xiàn)狀相比，汽車尾氣污染監(jiān)測與控制技術(shù)的發(fā)展相對較晚，與發(fā)達(dá)國家相比差距還很大，嚴(yán)重威脅了整體的空氣質(zhì)量水平。機(jī)動(dòng)車尾氣污染的組成相對復(fù)雜，大氣環(huán)境造成的污染也多種多樣，熱島效應(yīng)都與此有關(guān)。因此，加強(qiáng)車輛廢氣的監(jiān)測和處理具有相應(yīng)的現(xiàn)實(shí)意義和需要。

1 汽車尾氣與城市大氣環(huán)境分析

隨著民用車輛總數(shù)的不斷增加，汽車尾氣污染已成為空氣污染的最重要原因，比任何其他人類活動(dòng)（單一事件）污染更嚴(yán)重。據(jù)相關(guān)部門分析，汽車在運(yùn)行中，排放的一氧化碳HC是燃燒總數(shù)的50%，針對目前的汽車行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，主要是缺乏汽車尾氣的檢測和處理方式。由于現(xiàn)代城市環(huán)境的影響，汽車廢氣污染可達(dá)到總?cè)紵廴镜?0%至80%。已成為對人類健康的重大威脅。

2 汽車尾氣遙感監(jiān)測系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)的車輛排放監(jiān)控主要依靠怠速和運(yùn)行狀況方法。然而，隨著現(xiàn)代車輛交通的發(fā)展，這兩種方法具有一定的局限性，使其不適用于當(dāng)前的車輛排放監(jiān)測方法。遙感監(jiān)測，也稱為長途吸收光譜學(xué)，主要使用光學(xué)和光譜學(xué)相關(guān)理論來實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛尾氣排放。好處主要是以下幾個(gè)方面：首先，不用接觸。監(jiān)視設(shè)備放置在高速公路旁，且不會碰到汽車，并且不會干擾駕駛員的正常駕駛。其次，檢測時(shí)間短。該裝置可以在相對較短的時(shí)間內(nèi)完成廢氣監(jiān)測，具有很高的實(shí)用性。

（1）可調(diào)二極管激光光譜吸收技術(shù)

光譜技術(shù)檢測汽車尾氣是有很長的歷史的，不是最近興起的技術(shù)手段。激光具有很強(qiáng)的方向強(qiáng)度和單色性。所形成的可調(diào)諧二極管激光器的光譜吸收技術(shù)以該激光器為基礎(chǔ)并輔以調(diào)制技術(shù)，有反應(yīng)速度快，靈敏度強(qiáng)，選擇性豐富的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際情況中，特殊的激光發(fā)射特定波長的激光，可以監(jiān)測被測氣體分子產(chǎn)生的電子信號，以獲得相應(yīng)的濃度信息。

（2）光譜吸收技術(shù)原理概述

遙感監(jiān)測車輛廢氣的成分和相關(guān)特性的理論依據(jù)是氣體中的原子分子和電磁波相互作用。該設(shè)備可以根據(jù)大氣環(huán)境中痕量氣體的特定特性來逆轉(zhuǎn)污染物濃度?？梢姡t外和紫外線光譜。一般而言，遙感監(jiān)測是對實(shí)驗(yàn)室測試的現(xiàn)實(shí)擴(kuò)展，它將實(shí)驗(yàn)室采樣距離擴(kuò)展到實(shí)際距離。在整個(gè)過程中，光在檢測氣體的發(fā)射器中發(fā)射出去，最終由接收器接受，假設(shè)大氣的折射率為1，就可以得出下面的公式。

變形后，S（T）代表線的強(qiáng)度單位（cm至2Mpa），并且僅受溫度影響。P代表總氣壓。P（v）代表特定于壓力的線性函數(shù)。溫度等因素。

上面的公式可讓您測量吸收光譜的強(qiáng)度，線寬和線形。通過繞過校準(zhǔn)過程并確定和計(jì)算所測氣體的濃度，可將其用于直接測量。

（3）譜線選擇分析

吸收線的選擇與車輛排氣壓力監(jiān)測的實(shí)際有效性有關(guān)。結(jié)合步態(tài)監(jiān)測的實(shí)際需求，吸收線必須完全滿足以下要求：

首先，吸收線的中心波長必須保持適應(yīng)TDL中心波長和光電探測器的相應(yīng)波長。

其次，應(yīng)避免在多種氣體的交點(diǎn)處選擇譜線，以避免相互干擾。即，除了保持TDL中心波長的適用性之外，還必須確保所選擇的吸收線與其他氣體沒有吸收交叉。避免干擾監(jiān)視并提高干擾精度的區(qū)域。

第三，建議使用普通吸收線，例如高斯和洛倫茲線。

（4）頻譜調(diào)制技術(shù)分析

可調(diào)二極管激光裝置具有以下特性。如果注入電流等于或大于合法電流密度，則發(fā)射的激光波長將根據(jù)注入電流密度的變化而變化，從而產(chǎn)生激光波長。每個(gè)分子只能對應(yīng)一個(gè)吸氣管，以確保監(jiān)測過程不會被其他氣體分子打斷，從而有效提高了氣體濃度監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

3 汽車尾氣遙感監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)用性分析

3.1 系統(tǒng)基本配置分析

該系統(tǒng)主要是應(yīng)用于高速公路上的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且根據(jù)交通的需求，具體結(jié)構(gòu)包含以下模塊：①車輛牌照監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)。②車速測量系統(tǒng)。③用于機(jī)械車輛的排氣遙測系統(tǒng)。④本地汽車管理系統(tǒng)。⑤城市環(huán)境保護(hù)中心管理制度。在實(shí)際應(yīng)用中，車輛的廢氣遙測系統(tǒng)分析高速公路上行駛的車輛的廢氣成分和濃度。如果車輛的廢氣超過標(biāo)準(zhǔn)，則牌照監(jiān)控?cái)z像頭系統(tǒng)會記錄非法車輛的牌照信息。請與交通警察聯(lián)系，以實(shí)時(shí)獲取經(jīng)過驗(yàn)證的車輛。記錄信息，并相應(yīng)地記錄非法車輛的原始數(shù)據(jù)。檢查非法車輛信息后，會生成相應(yīng)的車輛違規(guī)文件，并同時(shí)發(fā)送到本地車輛管理系統(tǒng)和城市環(huán)保中心管理系統(tǒng)。交警部門責(zé)令違法車主改正尾氣排放。通過測試后，他們可以再次上路。速度檢測系統(tǒng)主要用于檢查車輛的行駛狀態(tài)，避免錯(cuò)誤判斷車輛的異常行駛，提高廢氣估算的準(zhǔn)確性。圖中顯示了整個(gè)車輛排氣的實(shí)際遙感監(jiān)測過程。

3.2 監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)分析

實(shí)時(shí)對車輛排放物進(jìn)行遙感和監(jiān)測的關(guān)鍵是在車輛排放物通過檢測器時(shí)對其進(jìn)行準(zhǔn)確檢測。上圖顯示了遙感監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程。其次，汽車的實(shí)際駕駛情況更加復(fù)雜。從車輛中排出廢氣后，廢氣很容易受到周圍環(huán)境的影響，并且發(fā)生各種變化，例如廢氣管的實(shí)際高度，風(fēng)速和其他天氣情況。監(jiān)測結(jié)果受到影響，廢氣的自然擴(kuò)散對監(jiān)測最為明顯。

三維計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型可用于獲得不同自然條件下的廢氣擴(kuò)散。一氧化碳在廢氣中的自然擴(kuò)散速度非常快，大氣環(huán)境濃度約為1S。該問題的解決方案是監(jiān)視測量氣體相對于二氧化碳?xì)怏w的濃度。該測試證明，測量兩種氣體的濃度比是科學(xué)的，并且可以不受氣體流量或氣體擴(kuò)散影響地準(zhǔn)確測量所測量的氣體信息。

3.3 系統(tǒng)優(yōu)勢分析

現(xiàn)代汽車排氣遙感監(jiān)測系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)排氣排放監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：一，安裝簡便，成本低，工期短。系統(tǒng)設(shè)備相對簡單，便于實(shí)際安裝，對實(shí)際應(yīng)用和廣告制作很有幫助。第二，非接觸式監(jiān)控的優(yōu)勢。該系統(tǒng)不影響正常的公路交通。系統(tǒng)將自動(dòng)完成所有數(shù)據(jù)的采集和傳輸。這有效地避免了控制營銷的人為因素，排放檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的提高。第三，它優(yōu)化了頻譜線的選擇，改善了監(jiān)視距離和干擾保護(hù)。反應(yīng)速度更快，操作更加便捷，第四，交通和環(huán)境之間的聯(lián)系也加強(qiáng)了，進(jìn)一步提高了車輛尾氣排放的科學(xué)性。

4 高排放車輛檢查和低排放車輛豁免

4.1 高排放車輛的篩選。

如果車輛保持符合相關(guān)要求的排放，其排氣不會對環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害。高排放車輛的實(shí)際排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通車輛。實(shí)際的駕駛過程會造成能源消耗和環(huán)境破壞的惡性循環(huán)。在研究開發(fā)之初，人們就認(rèn)為汽車尾氣的遙感監(jiān)測技術(shù)可用于高排放量反車輛的快速識別和修改，以達(dá)到改善環(huán)境的基本目的。根據(jù)相關(guān)組織的調(diào)查結(jié)果，全球高排放車輛總排放量的10.0%相當(dāng)于所有車輛總排放量的50.0%。因此，及時(shí)識別道路上的高排放車輛非常重要意義。

4.2 低污染車輛免稅分析

在此階段，已經(jīng)使用操作狀態(tài)方法完成了對汽車廢氣的監(jiān)視。您可以獲得更準(zhǔn)確的監(jiān)視數(shù)據(jù)，但成本較高。對于雙方的車輛監(jiān)視而言，這都是沉重的財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)。因此，提出了低排放豁免的概念。與高排放車輛相比，低排放車輛排放的廢氣較少，大氣環(huán)境污染水平在可控范圍內(nèi)。此類車輛在進(jìn)行連續(xù)的遙感監(jiān)測后免除檢測權(quán)，從而降低了車輛檢測成本并提高了車輛監(jiān)測的總體水平。

總而言之，汽車的廢氣排放是當(dāng)前大氣污染的主要源頭。限制了現(xiàn)代城市生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展。最先進(jìn)的力感監(jiān)測技術(shù)使用由氣體產(chǎn)生的信號檢測汽車尾氣的成分，并不會與車輛接觸，所以不會影響正常的道路交通。不易于安裝，靈活而準(zhǔn)確的監(jiān)控，適用于道路交通。高排放和低排放車輛的管理和識別可以有效地提高車輛的排放控制水平，并促進(jìn)現(xiàn)代城市的進(jìn)一步改善大氣環(huán)境。

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