重型柴油車污染排放OBD在線監(jiān)控系統(tǒng)研究

李曉斌　李毓勤　劉穎　陳志潤

摘 要：針對重型柴油車排污監(jiān)管中存在的問題，提出了重型柴油車污染排放OBD在線監(jiān)控系統(tǒng)的框架和功能。通過對OBD車載終端和車載煙度計(jì)的車輛排放及定位數(shù)據(jù)的采集，對重型柴油車的污染排放進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，識別高排車輛，并開展一系列深度分析。

關(guān)鍵詞：重型柴油車 OBD車載終端 排污 監(jiān)管

1 引言

機(jī)動(dòng)車排放已經(jīng)成為城市大氣污染的一個(gè)重要來源，重型柴油車保有量占比小，但是NOx和PM排放占比卻相對比較高[1]。根據(jù)2019年生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中國機(jī)動(dòng)車環(huán)境管理年報(bào)》柴油車污染排放數(shù)據(jù)，柴油車排放的氮氧化物接近汽車排放總量的70%，顆粒物超過90%[2]?；诩哟髮χ匦筒裼蛙嚤O(jiān)控力度的需求，開發(fā)基于重型柴油車車載診斷系統(tǒng)（OBD）的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)，建設(shè)和完善智能化的機(jī)動(dòng)車排放監(jiān)控體系，為生態(tài)環(huán)境局等相關(guān)部門對環(huán)衛(wèi)、物流、校車等“用車大戶”柴油車的監(jiān)管執(zhí)法提供強(qiáng)力依據(jù)，為打好柴油車污染治理戰(zhàn)役奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

在重型柴油車上安裝OBD車載終端，它通過公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（2G/3G/4G）將發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、后處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)發(fā)送到在線監(jiān)控系統(tǒng)[3]。主管部門用戶可利用在線監(jiān)控系統(tǒng)開展日常的柴油車排放監(jiān)管，企業(yè)用戶可利用移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)車輛信息查詢和故障上報(bào)。

系統(tǒng)的總體框架為典型物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，主要分為感知層、傳輸層、支撐層、應(yīng)用層和用戶層五大部分?？傮w框架如圖1所示：

感知層是物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官，可以識別物體，采集信息。感知層的設(shè)備為安裝在重型柴油車上的OBD車載終端，它與車輛的CAN總線或其它接口對接，獲取車輛發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、后處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)等，以實(shí)現(xiàn)對重型柴油機(jī)的污染排放的監(jiān)管。

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)，起到終端接入和數(shù)據(jù)傳輸作用。OBD車載終端的數(shù)據(jù)傳輸主要采用移動(dòng)運(yùn)營商的無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（2G/3G/4G）。

2.1 支撐層

支撐層分為兩部分，分別為：基礎(chǔ)設(shè)施支撐和應(yīng)用基礎(chǔ)支撐?；A(chǔ)設(shè)施支撐是指基于硬件資源和軟件資源的云計(jì)算服務(wù)，提供虛擬化計(jì)算資源。應(yīng)用基礎(chǔ)支撐是系統(tǒng)建設(shè)的一些基礎(chǔ)的、共用的構(gòu)件和服務(wù)，它們?yōu)樯蠈討?yīng)用賦能。應(yīng)用基礎(chǔ)支撐主要包括：數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)服務(wù)、數(shù)據(jù)共享服務(wù)、數(shù)據(jù)分析服務(wù)、GIS服務(wù)[4]。

2.2 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要為本系統(tǒng)的應(yīng)用模塊，包括：監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)大屏、基礎(chǔ)信息管理、車輛監(jiān)控、業(yè)務(wù)管理、告警管理、查詢統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)智能分析、系統(tǒng)管理、移動(dòng)端APP/小程序等。

3 硬件設(shè)備

3.1 OBD車載終端

OBD車載終端產(chǎn)品符合《重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）（GB 17691-2018）》標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于OBD車載終端的相關(guān)技術(shù)要求。OBD車載終端所采集的數(shù)據(jù)如表1。

3.2 車載式煙度計(jì)

車載煙度計(jì)是一種采用光透射法的傳感器，可對重型柴油車尾氣中的顆粒物濃度進(jìn)行檢測。當(dāng)尾氣通過探測室時(shí)，激光會(huì)被阻擋，光電或光線探測器會(huì)將此記錄下來，通過CAN總線接口傳輸數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)功能

4.1 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)大屏

監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)大屏通過可視化界面、多維度數(shù)據(jù)剖析，多角度并直觀地對重要數(shù)據(jù)進(jìn)行深入觀察和解析，可供決策者及監(jiān)控人員全面、快速地把握柴油車排放的總體情況。

監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)大屏顯示系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)圖表，同時(shí)在地圖上展示柴油車在行政區(qū)域內(nèi)交通路網(wǎng)排放的時(shí)空分布狀況，運(yùn)用不同顏色代表重型柴油車排放的嚴(yán)重程度，直觀地展示重型柴油車的排放分布狀況及時(shí)間變化趨勢。

4.2 車輛監(jiān)控

在地圖上可查看全區(qū)域裝有OBD車載終端的柴油車的動(dòng)態(tài)信息以及整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。用戶可按照查詢條件，或在地圖上圓選對車輛進(jìn)行批量篩選，并加入地圖監(jiān)控列表，在地圖上顯示所篩選的柴油車的地理位置，以及實(shí)時(shí)及歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，地理位置可隨時(shí)間動(dòng)態(tài)更新。系統(tǒng)可對超標(biāo)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在地圖上顯示全市超標(biāo)車輛實(shí)時(shí)位置，并動(dòng)態(tài)滾動(dòng)顯示超標(biāo)車輛告警記錄。

4.3 告警管理

告警信息將會(huì)按照等級、類型等，以醒目的方式在監(jiān)控中心界面上呈現(xiàn)。用戶也可以采用數(shù)據(jù)表格的方式按照組合條件查詢系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)與歷史告警信息。對于告警信息，用戶可以選擇人工處理或自動(dòng)處理。對于自動(dòng)處理，則按照系統(tǒng)預(yù)設(shè)的自動(dòng)處理規(guī)則，篩選出符合條件的車輛并列入待通知維修車輛清單。對于人工處理，則由用戶根據(jù)超標(biāo)持續(xù)時(shí)間、超標(biāo)嚴(yán)重程度等條件進(jìn)行人工判斷，是否需要列入待通知維修車輛清單。

4.4 數(shù)據(jù)智能分析

4.4.1 OBD監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性分析

系統(tǒng)可對OBD監(jiān)測的排放信息數(shù)據(jù)有效性進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)讀取的OBD參數(shù)是否為發(fā)動(dòng)機(jī)真實(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，防止惡意篡改發(fā)動(dòng)機(jī)OBD參數(shù)。

4.4.2 黑加油點(diǎn)定位分析

系統(tǒng)可根據(jù)車輛OBD車載終端監(jiān)控車輛油箱液位變化情況，結(jié)合GPS地圖判定非法加油點(diǎn)的存在，來監(jiān)控預(yù)警可能存在的黑加油點(diǎn)。

4.4.3 加油點(diǎn)油品分析

系統(tǒng)可根據(jù)車輛OBD車載終端監(jiān)控車輛油箱液位變化情況，結(jié)合NOx的變化進(jìn)行融合分析，判斷附近加油站的油品是否存在問題。

4.4.4 排放時(shí)空分布分析

系統(tǒng)支持根據(jù)重型柴油車的時(shí)間和空間分布，采用熱力圖顯性、直觀地反應(yīng)出區(qū)域內(nèi)重型柴油車排放超標(biāo)情況。用不同顏色的區(qū)塊，代表排放強(qiáng)度?？山Y(jié)合交通運(yùn)行狀況，分區(qū)域分塊分時(shí)段不同顯示。

5 結(jié)語

本文基于重型柴油車的排污監(jiān)管需求，提出了重型柴油車污染排放在線監(jiān)控系統(tǒng)的整體框架和系統(tǒng)功能，并應(yīng)用于廣東省東莞市、佛山市等地的系統(tǒng)建設(shè)，應(yīng)用效果良好。未來將在兩個(gè)方面進(jìn)行改善，一是建立更加有效的高排車的識別模型，及時(shí)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)或違規(guī)行為，支撐深度監(jiān)管;另一方面對重型柴油車污染排放對區(qū)域環(huán)境的影響，以及減排措施的有效性等方面開展更深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪洋.重型柴油車排污現(xiàn)狀及監(jiān)管對策[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2019，（6）：113.

[2]生態(tài)環(huán)境部.2019中國機(jī)動(dòng)車環(huán)境管理年報(bào)[[EB/OL].北京：中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部，2019[2019-09-04]. http：//www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk15/201909/t20190904_732374.html.

[3]羅源.基于國六標(biāo)準(zhǔn)的重型柴油車遠(yuǎn)程排放監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)[D].杭州：浙江大學(xué)，2019：14.

[4]汪玉峰，周文英，馬飛.市級機(jī)動(dòng)車排氣污染監(jiān)控信息化建設(shè)研究-以成都市機(jī)動(dòng)車排氣污染監(jiān)管信息系統(tǒng)為例[J].環(huán)境保護(hù)，2016，44（15）：65-68.