機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測技術(shù)及監(jiān)測平臺的實(shí)現(xiàn)研究

黎湛權(quán)

（佛山市禪城區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，廣東 佛山 528000）

目前，對上路機(jī)動(dòng)車尾氣開展人工監(jiān)測，主要按照《柴油車污染物排放限值及測量方法（自由加速法及加載減速法）》（GB3847-2018）、《汽油車污染物排放限值及測量方法（雙怠速法及簡易工況法）》（GB18285-2018）中的自由加速法和雙怠速法開展，監(jiān)測耗費(fèi)人員和時(shí)間較多，并對交通通暢造成一定影響，同時(shí)受天氣因素影響，整體監(jiān)測效率較低（每天出動(dòng)4人次，工作4小時(shí)，監(jiān)測車輛不足40輛）。而機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測設(shè)備根據(jù)光譜吸收原理，可監(jiān)測正在行駛車輛的尾氣排放情況及采集冒黑煙視頻，實(shí)現(xiàn)道路機(jī)動(dòng)車尾氣不停歇的全天候監(jiān)控，相比人工監(jiān)測法，監(jiān)測效率大幅提升，成本也有效降低[1]。

為此，開展機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測項(xiàng)目是大勢所趨，而數(shù)據(jù)中心平臺是檢測和數(shù)據(jù)分析的核心環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)中心平臺也可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析匯總和科學(xué)管理，同時(shí)為監(jiān)測部門查詢、統(tǒng)計(jì)不同信息維度提供保障，使過程監(jiān)測和后續(xù)分析更加精準(zhǔn)化、精細(xì)化。所以，結(jié)合當(dāng)前機(jī)動(dòng)車尾氣遙感檢測的實(shí)際要求，建立相對科學(xué)的數(shù)據(jù)中心平臺，實(shí)現(xiàn)尾氣監(jiān)控、分析統(tǒng)計(jì)等內(nèi)容的一體化處理。

1 機(jī)動(dòng)車尾氣遙測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 原理

機(jī)動(dòng)車尾氣遙測系統(tǒng)集紅外光譜技術(shù)[監(jiān)測一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）]、紫外光譜技術(shù)[檢測碳?xì)浠衔铮℉C）、一氧化氮（NO）]、綠光激光技術(shù)（檢測不透光煙度）、視頻分析技術(shù)自動(dòng)抓拍黑煙車視頻、結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和牌照識別系統(tǒng)、路況監(jiān)控系統(tǒng)為一體，將機(jī)動(dòng)車尾氣遙感探測器進(jìn)行固定安裝，當(dāng)任一車道上有機(jī)動(dòng)車通過監(jiān)測區(qū)間時(shí)，尾氣遙測系統(tǒng)即可根據(jù)光譜吸收原理，通過核算特定波長下的光強(qiáng)損耗，進(jìn)而監(jiān)測出該車通過監(jiān)測設(shè)備時(shí)的各類污染物的排放濃度，以及冒黑煙情況[2]。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

采樣遙感監(jiān)測技術(shù)對正在行駛的機(jī)動(dòng)車實(shí)行尾氣監(jiān)測，想要獲得精準(zhǔn)的監(jiān)測結(jié)果，還要考慮到機(jī)動(dòng)車的實(shí)際駕駛情況。風(fēng)速、排氣管高度、周邊車輛尾氣排放等因素都會(huì)給監(jiān)測結(jié)果帶來影響。相較于尾氣中的其他氣體，CO的自然擴(kuò)散速度較快，僅在1 s內(nèi)就可以迅速擴(kuò)散，所以監(jiān)測結(jié)果容易受周圍因素干擾。針對該氣體，還要結(jié)合CO和C02的濃度比值確定CO含量，以便獲得更加精確的監(jiān)測結(jié)果。采取采樣遙感監(jiān)測技術(shù)，可以完成譜線選擇的優(yōu)化，并使系統(tǒng)抗干擾能力和監(jiān)測距離得到提高，因此可以更好地滿足機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測需求。

2 機(jī)動(dòng)車排氣遙感監(jiān)測主要功能

2.1 主要功能

機(jī)動(dòng)車排氣遙感檢測技術(shù)的主要功能如表1所示，主要包含著四大模塊，分別是數(shù)據(jù)采集、黑煙車抓拍、視頻功能、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)。采集數(shù)據(jù)模塊主要是對監(jiān)測點(diǎn)產(chǎn)生的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集；數(shù)據(jù)查詢則按不同維度（如不同污染物、車型、監(jiān)測結(jié)果、監(jiān)測時(shí)間、各種環(huán)境指標(biāo)等）進(jìn)行有效查詢；黑煙車的抓拍功能主要依靠對行駛車輛的林格曼黑度進(jìn)行判斷，智能篩查黑煙車（林格曼黑度大于1級），并對相應(yīng)的視頻和圖片進(jìn)行保存管理。數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)功能是將各個(gè)采集點(diǎn)采集處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與分享，相關(guān)部門可以登錄與查閱信息。

表1 機(jī)動(dòng)車排氣遙感檢測平臺設(shè)計(jì)表

2.2 尾氣數(shù)據(jù)監(jiān)測

在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，還要先利用系統(tǒng)進(jìn)行尾氣數(shù)據(jù)監(jiān)測。在具體應(yīng)用過程中，無需與機(jī)動(dòng)車輛直接接觸，系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)尾氣數(shù)據(jù)的采集。通常情況下，系統(tǒng)需要0.8～1 s時(shí)間完成機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測，得到車輛CO、HC和NOX等污染物的指標(biāo)數(shù)據(jù)。在監(jiān)測過程中，如果機(jī)動(dòng)車輛在遙感監(jiān)測區(qū)域之內(nèi)，激光測速裝置就會(huì)立即啟動(dòng)監(jiān)控車輛的車速，然后進(jìn)行尾氣中各類氣體濃度的監(jiān)測。

2.3 車輛智能篩別

通過數(shù)據(jù)對比，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)車輛基本信息的識別，如“黃標(biāo)車”、“黑煙車”或黑名單車輛的識別，確保車輛管理得到進(jìn)一步加強(qiáng)。此外，采用該系統(tǒng)也能完成清潔車輛的篩別，對符合國家出臺的清潔車輛年檢保險(xiǎn)定期性政策要求的，即可實(shí)行免檢操作[3]。

2.4 黑煙車抓拍技術(shù)

該技術(shù)融合了圖像識別技術(shù)和智能交通監(jiān)管技術(shù)，使用攝像機(jī)對車輛進(jìn)行捕捉，然后對視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，采用特征對比的方法判斷車輛的排放值是否超過煙度的上限閾值，超標(biāo)車輛會(huì)被標(biāo)記并傳輸?shù)焦芾砥脚_，為相關(guān)部門的執(zhí)法提供依據(jù)。公安交警部門會(huì)馬上對違規(guī)車輛的車主發(fā)送信息，責(zé)令車主整改尾氣排放，只有通過檢測之后，才可以擁有正常上路行駛的機(jī)會(huì)。

3 機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測平臺設(shè)計(jì)

利用科學(xué)的構(gòu)建方法和搭建技術(shù)搭建機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測平臺，不但匯總類型多、涉及面廣、儲存難度大，而且還需要管理車輛用戶信息、地理位置等基本信息數(shù)據(jù)。監(jiān)測查詢平臺主要分為四個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)：登錄界面、地圖、實(shí)時(shí)監(jiān)控界面、查詢統(tǒng)計(jì)界面、特色服務(wù)界面。

3.1 登錄界面

登錄界面之后可顯示地圖頁面，每個(gè)小窗口都有一個(gè)檢測點(diǎn)位置，點(diǎn)擊小窗口可查詢具體檢測點(diǎn)信息，利用左右按鈕可以對小窗口地圖進(jìn)行切換。

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控界面

實(shí)時(shí)監(jiān)控頁面可以反映當(dāng)前在監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測的有效數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以對車牌號、監(jiān)測點(diǎn)、車輛尾氣成分含量、是否合格、車輛車速等具體信息進(jìn)行展示。上述數(shù)據(jù)傳回監(jiān)控頁面之后被自動(dòng)儲存到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，該網(wǎng)頁在存取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的過程中，把時(shí)間段作為主要?jiǎng)澐忠罁?jù)，通過相關(guān)轉(zhuǎn)化技術(shù)顯示具體的實(shí)施數(shù)據(jù)。

3.3 查詢統(tǒng)計(jì)界面

在界面可滿足用戶查詢信息的需求，同時(shí)也可對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。在機(jī)動(dòng)車尾氣數(shù)據(jù)庫操作模塊當(dāng)中，操作者可通過該頁面的功能對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。主要有兩種具體的查詢方式：分別是車牌號查詢和監(jiān)測情況查詢。也可查詢某一時(shí)間段的具體數(shù)據(jù)，由相關(guān)人員設(shè)置時(shí)間段，把符合要求的車輛尾氣排放信息儲存到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，以便相關(guān)人員查詢。

3.4 特色服務(wù)界面

特色服務(wù)模塊可以顯示數(shù)據(jù)分析和挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值的具體結(jié)果，通過該模塊可初步了解機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測與環(huán)境天氣的關(guān)系，機(jī)動(dòng)車速度、加速度對尾氣監(jiān)測情況影響等輔助性信息，也提供了很多的人性化拓展服務(wù)，如對超標(biāo)嚴(yán)重路段現(xiàn)場通過液晶顯示屏提醒行人做好保護(hù)措施（佩戴口罩）等，隨著產(chǎn)品技術(shù)的不斷成熟，特色功能也將越來越豐富多樣。

4 機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測平臺總結(jié)與展望

機(jī)動(dòng)車保有量持續(xù)增加帶來的移動(dòng)源尾氣污染正不斷加劇，傳統(tǒng)人工尾氣監(jiān)測方法正面臨效率低，存在安全隱患等問題，以遙感監(jiān)測技術(shù)高效監(jiān)測上路機(jī)動(dòng)車的尾氣污染情況已是大勢所趨。在各級生態(tài)環(huán)境部門對移動(dòng)源管控愈發(fā)精準(zhǔn)精細(xì)的背景下，遙感監(jiān)測技術(shù)在全國推廣落實(shí)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)傳輸、儲存、查詢，遙測尾氣數(shù)據(jù)中心平臺是檢測和分析數(shù)據(jù)的核心環(huán)節(jié)。

在滿足現(xiàn)有平臺功能的前提下，如果能與公安車管部門數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)互通，將更多的車輛信息接入遙感監(jiān)測平臺，如車架號、車輛型號、核定載重質(zhì)量、注冊登記時(shí)間、環(huán)保排放階段、車主姓名、聯(lián)系方式等，為后續(xù)生態(tài)環(huán)境部門落實(shí)超標(biāo)車輛管控通知、用車環(huán)保檢查、關(guān)聯(lián)遙測數(shù)據(jù)、重點(diǎn)監(jiān)管機(jī)動(dòng)車年審排氣檢測等提供幫助，以“大數(shù)據(jù)”模式實(shí)施污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的精準(zhǔn)防控。