基于大數(shù)據(jù)的在用車簡易瞬態(tài)工況法過程數(shù)據(jù)質(zhì)量判斷標(biāo)準(zhǔn)研究

嚴(yán)雪梅 李濤 王永忠 尹朧 王意東

摘 要：為分析簡易瞬態(tài)工況法檢測過程數(shù)據(jù)關(guān)鍵參數(shù)變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對檢測異常數(shù)據(jù)的快速預(yù)判，本文基于5萬輛在用車簡易瞬態(tài)工況法定期環(huán)保檢測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析了簡易瞬態(tài)工況法195秒過程數(shù)據(jù)關(guān)鍵參數(shù)的變化關(guān)系。結(jié)果表明：①正常的怠速工況發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍在[612～922r/min]，超出范圍則數(shù)據(jù)異常的概率較大（95%置信區(qū)間）；②簡易瞬態(tài)工況法第125-133S，如果有連續(xù)4個及以上的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速差ΔN<5r/min，則視為異常可疑數(shù)據(jù)；③簡易瞬態(tài)工況法的第83-85S，如果連續(xù)這3秒的尾氣O2濃度≥2%，CO2濃度≤11.6%，則視為異常可疑數(shù)據(jù)（95%置信區(qū)間）。④簡易瞬態(tài)工況法的第97-99S，如果連續(xù)這3秒數(shù)據(jù)的尾氣O2濃度≥4.5%，CO2濃度≤9.7%，則視為異常可疑數(shù)據(jù)（97.5%置信區(qū)間）。本文的研究有助于對機(jī)車環(huán)保檢驗(yàn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行快速預(yù)判、復(fù)查，進(jìn)一步提高監(jiān)管的針對性和高效性，提高機(jī)動車環(huán)保檢驗(yàn)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：簡易瞬態(tài)工況法 在用車 大數(shù)據(jù) 排放檢測 過程數(shù)據(jù) 異常數(shù)據(jù)

Abstract：In order to analyze the change rule of the key parameters of the VMAS process data and realize the rapid prediction of the abnormal data， based on the regular environmental protection testing data of 50000 in use vehicles using VMAS， this paper statistically analyzes the change relationship of the key parameters of the 195 second process data using the simple transient operating mode. The results show that：①The engine speed range under normal idling condition is [612～922r/min]， and the probability of abnormal data is large （95% confidence interval） if it exceeds the range; ② The 125-133S of the VMAS， if there are four or more consecutive engine speed differences Δ If N<5r/min， it is regarded as abnormal and suspicious data; ③ In the 83-85S of the simple transient mode method， if the exhaust gas O2 concentration is ≥ 2% and CO2 concentration is ≤ 11.6% for three consecutive seconds， it is regarded as abnormal suspicious data （95% confidence interval）. ④ In the 97-99S of the VMAS， if the exhaust gas O2 concentration ≥ 4.5% and CO2 concentration ≤ 9.7% for three seconds， it is regarded as abnormal and suspicious data （97.5% confidence interval）. The research in this paper will help to quickly predict and review the process data of locomotive environmental inspection， further improve the pertinence and efficiency of supervision， and improve the quality of vehicle environmental inspection.

Key words：VMAS， in-use vehicles， emissions testing， process data;? Abnormal data

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，機(jī)動車在提升市民生活品質(zhì)的同時，也給城市的空氣質(zhì)量造成了巨大的影響，機(jī)動車尾氣排放控制已成為成都控制大氣污染的重點(diǎn)工作之一[1]。機(jī)動車環(huán)保檢測是控制機(jī)動車尾氣排放的有效手段，近些年來，環(huán)保檢測不規(guī)范檢測、舞弊行為時常發(fā)生，但由于其較強(qiáng)的專業(yè)性，給監(jiān)管部門帶了極大的困擾。

在用車簡易瞬態(tài)工況法排放檢測時，國家標(biāo)準(zhǔn)《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）要求逐秒（195S）記錄各關(guān)鍵參數(shù)的過程數(shù)據(jù)[2]，過程數(shù)據(jù)曲線是真實(shí)反映檢驗(yàn)過程的有力工具，分析這些關(guān)鍵參數(shù)的變化曲線對判斷檢測結(jié)果的真實(shí)性、有效性具有重要的作用。雖然機(jī)動車環(huán)保檢驗(yàn)影響因素多，數(shù)據(jù)波動大，曲線變化多樣，但正常、規(guī)范操作，檢測時，各關(guān)鍵參數(shù)之間是有一定關(guān)系的，分析這些關(guān)系，有助于快速抓取異常數(shù)據(jù)。

通過文獻(xiàn)查新，國內(nèi)外學(xué)者對在用車的排放研究主要集中在城市機(jī)動車尾氣排放清單及特征[3-6]、機(jī)動車排放檢測方法研究[7-11]，基于大數(shù)據(jù)的宏觀面上的排放現(xiàn)狀分析[12-14]，對如何提高在用車排放檢測質(zhì)量，如何分析排放檢測過程數(shù)據(jù)等還處于空白。因此，本文基于宜賓市機(jī)動車排污監(jiān)控平臺大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析車輛簡易瞬態(tài)檢驗(yàn)時關(guān)鍵參數(shù)的變化規(guī)律，確定關(guān)鍵參數(shù)的取值置信區(qū)間，以便在監(jiān)督管理時，對檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速預(yù)判、復(fù)查，實(shí)現(xiàn)對排放檢驗(yàn)過程數(shù)據(jù)的實(shí)時邏輯判斷，為檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)提供預(yù)警信息，提高監(jiān)管的針對性和高效性，降低執(zhí)法人員過程數(shù)據(jù)分析的專業(yè)門檻，減少工作量，提高監(jiān)督檢查的效率。

1 簡易瞬態(tài)工況法

簡易瞬態(tài)工況法是將被檢測車輛驅(qū)動輪停放在底盤測功機(jī)上，測試時由底盤測功機(jī)模擬汽車的加速慣量和道路行駛阻力，使汽車產(chǎn)生接近實(shí)際行駛時的排放量。通過專用汽車排氣（五氣）分析儀和氣流流量分析儀，測量汽車排除原始?xì)怏w氧氣（O2）濃度和混合稀釋氣體濃度，然后計算稀釋前后氣體的稀釋比，便可得到汽車排氣實(shí)際流量和實(shí)際污染物排放量，根據(jù)各污染物成分排放量與限制進(jìn)行比較做出合格性評價。

為方便分析，本文按照GB-18285-2018，整理了195秒簡易瞬態(tài)操作過程，簡易瞬態(tài)工況運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)如表1所示。

2 樣本數(shù)據(jù)

本文隨機(jī)收集了宜賓市2019-2022年5萬輛有效的在用汽油車簡易瞬態(tài)檢測法過程數(shù)據(jù)，所有車輛數(shù)據(jù)均為檢測合格的數(shù)據(jù)。

3 統(tǒng)計方法

因樣本量為5萬臺車輛數(shù)據(jù)，為大樣本數(shù)據(jù)，故采用K-S正態(tài)檢驗(yàn)[14]。經(jīng)K-S檢驗(yàn)得到的顯著性檢驗(yàn)P值＜0.05，故發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、功率、[CO2]、排氣氧濃度、稀釋氧濃度等參數(shù)均不符合正態(tài)分布，故采用百分位數(shù)法結(jié)合專業(yè)分析確定關(guān)鍵參數(shù)的取值范圍。

4 統(tǒng)計分析

簡易瞬態(tài)工況法包括了195秒的過程數(shù)據(jù)，通過對關(guān)鍵參數(shù)、關(guān)鍵段每秒過程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)的統(tǒng)計指標(biāo)便可確定一定置信度下的預(yù)警值范圍。關(guān)鍵參數(shù)主要包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、[CO2]、排氣氧濃度等。

4.1 關(guān)鍵參數(shù)1：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速

因每輛車變速器擋位的傳動比、主減速器傳動比、輪胎尺寸規(guī)格不同，相同車速下，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速是不同的，所以統(tǒng)計195秒的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速分布是沒有意義的。但可以對簡易瞬態(tài)195秒檢測過程中的某些關(guān)鍵工況，進(jìn)行發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化規(guī)律統(tǒng)計分析，以關(guān)鍵工況發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律作為判斷異常數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。簡易瞬態(tài)中，針對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)鍵工況主要有兩點(diǎn)：怠速段發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和加減速段發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。

4.1.1 怠速階段發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速

根據(jù)GB18285-2018瞬態(tài)工況運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)，195秒操作工況共計25個，其中怠速工況包括操作序號1（11S）、序號6（21S）、序號13（21S）、序號25（7S），共60秒。正常情況下，汽油車發(fā)動機(jī)怠速不會太低，也不會太高。由于不服從正態(tài)分布，本項(xiàng)目用百分位法確定怠速參考范圍，結(jié)合大數(shù)據(jù)統(tǒng)計和專業(yè)判斷（下限取1.5%，上限取91.5%，置信90%），1.5%對應(yīng)的轉(zhuǎn)速下限為612r/min，91.5%對應(yīng)的轉(zhuǎn)速上限為922r/min。因此，可以認(rèn)為在正常的怠速工況發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍在[612～922r/min]，超出范圍則數(shù)據(jù)異常的概率較大。

4.1.2 加減速階段發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速

根據(jù)GB18285-2018簡易瞬態(tài)工況運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)（表1），25個操作工況中，加速工況6個，減速工況7個，其中操作序號2（4S）、序號7（5S）、序號9（5S）、序號14（5S）、序號16（9S）、序號18（8S）。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，時間復(fù)合公差為±1秒，且不能連續(xù)超過3秒。相同擋位下的加速段或減速段，車速變化必然引起發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化，車速增加則發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速會增加，車速降低則發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低。如工序2，怠速11秒后進(jìn)入工序2（第12-15S是一檔的加速過程，加速至15km/h，然后進(jìn)入工序3的等速8秒），在工序2（12-15S）一檔加速過程中，車速逐步提高，對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速也應(yīng)該逐步提高，即時間T增加，車速V增加，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速N也應(yīng)該增加，因此，可以根據(jù)這一規(guī)律并結(jié)合時間復(fù)合公差不能連續(xù)超過3秒來判斷異常數(shù)據(jù)，考慮到工序操作不可能做到百分百精準(zhǔn)，在取轉(zhuǎn)速差的時間點(diǎn)上，最好取中間靠后的時間節(jié)點(diǎn)。其他加速工況、減速工況也可以用類似方法判斷異常數(shù)據(jù)。

以操作序號16的過程數(shù)據(jù)關(guān)鍵參數(shù)變化作為判斷依據(jù)。在操作序號16中，加速時間在第125S-133S，分別用后一秒發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NTn+1—前一秒發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NTn（即T126-T125、T127-T126、T128-T127、129-T128、T130-T129、T131-T130、T132-T31、T133-T132），理論上其8個差值ΔN應(yīng)大于0。根據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果，ΔN中連續(xù)3個及以上ΔN<20r/min的占比32.07%，連續(xù)4個及以上ΔN<5r/min的占比18.68%，連續(xù)5個及以上ΔN<5r/min的占比13.20%。考慮到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動，以及國標(biāo)對時間公差的要求，可設(shè)定：如果有連續(xù)4個及以上ΔN<5r/min，則視為異常數(shù)據(jù)。

4.2 關(guān)鍵參數(shù)2：CO2濃度、O2濃度

4.2.1 在等速階段

在等速階段，如工序10（62-85S），二檔32km/h等速24秒。取樣管長7.5米左右，一般情況下，尾氣會滯后8秒左右到達(dá)分析儀，所以在減速階段90S時的O2濃度實(shí)際上是83秒二檔等速階段O2的濃度數(shù)據(jù)，在二檔32km/h的等速階段，發(fā)動機(jī)幾乎完全燃燒，尾氣氧濃度較低，CO2濃度很高。可取減速階段連續(xù)3個點(diǎn)，檢驗(yàn)尾氣氧濃度和CO2濃度，如尾氣氧濃度太高或者CO2濃度過低，則表明該數(shù)據(jù)異常。如工序10可取第85S、84S、83S的數(shù)據(jù)，考慮到尾氣的滯后性，這三秒實(shí)際上是32km/h等速階段77S、76S、75S的數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計，按百分位數(shù)法，95%置信區(qū)間，當(dāng)尾氣氧濃度≥2%，CO2濃度≤11.6%，則視為異常數(shù)據(jù)。

4.2.2 在怠速階段

在怠速階段，由于尾氣到達(dá)分析儀的滯后性，過程數(shù)據(jù)97-99S的數(shù)據(jù)，實(shí)際上是89-91S減速階段的數(shù)據(jù)，在這一減速階段，車輛處于帶擋減速，車速高于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，拖動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動，尾氣O2濃度將升高、CO2濃度將降低，雖然氧氣濃度升高，但O2濃度過高或者CO2濃度過低都不正常。因此，可以通過分析第97-99S的CO2和O2過程數(shù)據(jù)來判斷異常數(shù)據(jù)。通過統(tǒng)計分析，97-99S過程數(shù)據(jù)中，當(dāng)連續(xù)3秒數(shù)據(jù)的尾氣氧濃度≥4.5%，CO2濃度≤9.7%，則視為異常數(shù)據(jù)，置信區(qū)間為97.5%左右。

5 結(jié)語

針對簡易瞬態(tài)法檢測過程數(shù)據(jù)的預(yù)警判斷，可將以下結(jié)論作為異常數(shù)據(jù)、異常檢測的判斷、預(yù)警指標(biāo)，但不能作為檢驗(yàn)是否合格的判斷指標(biāo)，是否檢驗(yàn)合格還需要進(jìn)一步排查和分析。宜賓市機(jī)動車排污監(jiān)控中心實(shí)踐表明，本文的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)論有助于對異常數(shù)據(jù)的快速預(yù)判，提高了機(jī)動車環(huán)保檢測監(jiān)管的針對性和高效性，提高了機(jī)動車環(huán)保檢測質(zhì)量。

（1）針對怠速工況：正常的怠速工況發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍在[612～922r/min]，超出范圍則數(shù)據(jù)異常的概率較大（97%）。

（2）操作序號16中，即加速時間在第125S-133S，可設(shè)定：如果有連續(xù)4個及以上ΔN<5r/min，則視為異常數(shù)據(jù)。

（3）在等速階段，工序10（62-85S），可取減速階段連續(xù)3個點(diǎn)，檢驗(yàn)尾氣氧濃度和CO2濃度，如尾氣氧濃度太高或者CO2濃度過低，則表明該次檢測異常。按百分位數(shù)法，95%置信區(qū)間，第83-85S三個點(diǎn)的當(dāng)尾氣氧濃度≥2%，CO2濃度≤11.6%，則視為異常數(shù)據(jù)。

（4）在怠速階段，可以通過分析第97-99S的CO2和O2過程數(shù)據(jù)來判斷異常數(shù)據(jù)。通過統(tǒng)計分析，97-99S過程數(shù)據(jù)中，當(dāng)連續(xù)3秒數(shù)據(jù)的尾氣氧濃度≥4.5%，CO2濃度≤9.7%，則視為異常數(shù)據(jù)，置信區(qū)間為97.5%。

參考文獻(xiàn)：

[1]王真.機(jī)動車尾氣排放控制現(xiàn)狀與對策，資源節(jié)約與環(huán)保.2019，（10）：80-82.

[2]國家環(huán)境保護(hù)總局，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 18285-2018，點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)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）[S].北京：國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.2018.

[3]劉永紅，林曉芳，黃玉婷，廖文苑，陳泳釗.佛山市輕型汽油車尾氣動態(tài)排放特征分析[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù).2018，41（2）：83-90.

[4]張雅瑞，李光華，鄧順熙.渭南市道路移動源高分辨污染物排放清單及特征研究[J]，環(huán)境科學(xué)學(xué)報.2022，42（02）：332-340.

[5]郝艷召，鄧順熙，邱兆文，等.基于MOVES模型的西安市機(jī)動車排放清單研究[J].環(huán)境污染與防治.2017，39（3）：227-231.

[6]樊守彬，田靈娣，張東旭，曲松.北京市機(jī)動車尾氣排放因子研究[J].環(huán)境科學(xué).2015，36（7）：2375-2380.

[7]趙吉睿，移動源排放清單測試方法及排放模型研究[C].中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會.成都，2014：2600-2603.

[8]李冰，隋心遇.機(jī)動車排放污染物檢測方法研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報.2018，15（18）：130-133.

[9]黃萬友，谷成婕，唐向臣等.汽油車簡易瞬態(tài)工況法排放檢測影響因素分析[J]，內(nèi)燃機(jī)與動力裝置.2022，39（03），66-72.

[10]楊國亮，劉杰，蒼美岐，基于加載減速法檢驗(yàn)測得輪邊功率分析[J]，汽車與安全. 2021，（10）：94-98.

[11]顧星星，繆志龍，新標(biāo)準(zhǔn)下柴油車加載減速法的淺析[J]，時代汽車.2020，（11）：21-22.

[12]馬冬，尹航，丁焰，等．基于大數(shù)據(jù)的中國在用車排放狀況研究[J]．環(huán)境污染與防治，2016，38（7）：42-48.

[13]袁靜，大數(shù)據(jù)在機(jī)動車污染治理中的應(yīng)用[J]．中國資源綜合利用，2020，38（04）：154-155.

[14]韓博，高奎賀，張圣男等．基于大數(shù)據(jù)的機(jī)動車尾氣排放特性分析方法[J]．計量技術(shù)，2019，（04）：30-33.

[15]李潔明，祁新娥．統(tǒng)計學(xué)原理（第八版）[M].復(fù)旦大學(xué)出版社.2021.