先河環保科技股份有限公司聚焦霧霾治理難題 推出機動車尾氣排放遙感監測解決方案
一、項目必要性
汽車行業發展帶來的環境問題日顯突出。據統計，至2013年底，全國在用機動車保有量超過2.5億輛，其中汽車保有量約1.35億輛，并還在以每年15%以上的速度增長。機動車尾氣污染已成為城市空氣質量危害的主要來源，尤其是造成近年來全國各大城市霧霾頻發的重要成因。據有關研究結果，城市中機動車尾氣排放CO、HC和NOx尾氣污染分別占城市總污染物的60%～70%、40%～50%、30%～40%，并隨著機動車數量的增長呈上升趨勢，而其中50%以上來源于20%以下的高污染車的排放。
.jpg) .jpg) .jpg) .jpg) 應用案例——山東省聊城市光岳路機動車尾氣遙測應用現場 |
根據PM2.5污染在線源解析質譜儀對全國多個城市空氣中PM2.5的監測結果，機動車尾氣排放對城市PM2.5污染的貢獻率平均在20%左右，在重污染天氣情況發生時，機動車尾氣排放的貢獻率相應大幅度增加。
隨著我國機動車排放標準逐步升級，在道路上行駛的各種車輛排放水平將會有很大差距。有效降低機動車排放對環境空氣質量的污染，發現并治理高排放的車輛，對于改善城市空氣質量狀況是非常必要的。
目前控制機動車污染的主要舉措是機動車尾氣年檢和日常的路檢和巡檢，但實際監測過程中仍然存在很多問題：
一是由于道路車流量巨大，攔車監測會造成車流行駛不通暢，車輛怠速或者低速慢行，產生更大的污染。
二是2004年5月1日《中華人民共和國道路交通安全法》正式實施后，交警部門在機動車輛路檢中對尾氣超標車輛不再暫扣車輛行駛證或駕駛證，使得路檢工作較難開展。
此外，傳統的監測方法為接觸式檢測，對機動車排氣管采樣，然后用常規儀器進行分析，費時費力、成本高、操作難度大，4名工作人員一天只能檢測100余輛車。由于工作效率低下，只能對其中極少部分車輛進行檢測，雖然能起到部分威懾作用，但遠遠達不到篩選高污染車的目的。
雙怠速法檢測方法弊端較多，其檢測結果不能全面、準確反映機動車真實的排放狀況。檢測過程中人為性強，給化油器車留下了作弊的機會。檢測指標單一，只能測量一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）的排放濃度，而無法測量出氮氧化物（NOx）的排放濃度；工況法，需要被檢車輛進場檢測，檢測效率低，遠遠滿足不了實時檢測的要求。
2014年伊始，我國非營運性機動車年檢制度取消，改為每六年1次。現行的機動車尾氣強制性檢測模式由此改變。而目前我國城市機動車尾氣在線排放監控幾近空白。此項決定的出臺，給環保部門開展高排放車和黃標車污染的管理增加了更大的難度。
而采用機動車尾氣遙測系統對道路行駛中車輛進行尾氣監測，可以快速地發現行駛中的高排放車輛，是最有效、最經濟、最方便的監測方法，其優點是快速、高效、不影響司機正常行駛，不會造成交通堵塞，對清潔車輛自動豁免，自動化程度高，每個監測點一天可檢測5000輛以上，效率是傳統方法的十倍以上，而監測人員受污染程度大大減少，勞動強度大大降低，避免了和車主正面沖突，工作環境更加健康安全。
尾氣遙測技術憑借其快速、靈便和監測面廣的優點越來越受到人們的關注和信賴。原國家環境保護總局在《在用機動車排放檢測規范》編制說明中介紹：“該項監測技術主要應用在以下三個方面：1、發現高排放車輛。2、豁免清潔車輛。3、地區性排放因子特征的研究和評估”。《在用機動車排放檢測規范》還規定：“有條件的地區可采用遙感測量方法對道路行使的機動車實施污染物排放監測，發現污染物排放嚴重的車輛，通知其到當地機動車排放檢測機構按照當地規定的檢測方法進行污染物排放檢測。”
事實上，車輛在一個年檢周期后上路行駛時，由于保養維修、載重負荷、駕駛習慣等原因，尾氣排污情況會有較大變化，司機也很難關心到尾氣排放是否依舊超標，除定期檢驗外管理部門也沒有更有效的其他手段，造成了監管空白。
據調查，近年來老舊車、化油器車的反彈率大于改造車，改造車又大于電噴車，電噴車又相對大于兩年以內的新車，遙測技術恰好填補了這段時間監管上的空白。遙測過程中所錄入的大量信息數據還能為管理層和社會提供審計、篩選、檢查、城考、限行、區域排比等多方面的技術參數，可反復使用，為環境管理提供可靠依據，與傳統的檢驗方法相比具有巨大的社會效益和經濟效益。
二、遙感監測的現狀與問題
1.國內外發展現狀
車輛尾氣遙感檢測技術于20世紀80年代末開始在美國出現，目前已經在北美、歐洲、東亞等國家和地區得到了廣泛的應用，如高排放車識別、清潔車豁免、I/M項目評估、車隊排放特征調查、機動車排放清單建立、過境高排放車輛限行等。采取的方式有車載式遙感監測、固定式遙感監測等。
（1）國外：
?美國：高排放車識別、清潔車豁免、I/M項目評估、車輛排放特征調查、機動車排放清單建立、過境高排放車輛限行。
?英國：在不同城市開展車輛排放特征調查。
?西班牙：開展車隊排放調查及高排放車識別
?瑞典：正在進行車輛排放特征長期研究。
?匈牙利：定期進行車輛排放特征研究。
?奧地利：定期進行輕型車及重型車排放特征研究。
（2）國內：
據有關資料統計，香港、北京、上海、南京、深圳、廣州、西安、石家莊、鄭州、成都、淄博、大連、拉薩、西寧等29個城市已經配備了機動車尾氣遙測系統。
?北京市：早在2000年就配備了第一臺遙測車，目前已配備了22臺遙測車用于環保部門的路檢。
?廣東省：廣州市開展尾氣遙測業務也較早，環保部門早在2003年就購買了中國第2輛遙感監測車。
周邊城市如深圳、中山、佛山、肇慶、東莞等也都陸續購置了機動車尾氣遙感監測車，已作為查處“黃標車”的輔助執法工具。
2.存在的問題
遙測具有檢測效率高、不影響車輛正常行駛、防止舞弊和能較真實反映車輛道路實際排放狀況等突出優點，在我國20多個城市得到了一定的應用。目前各地大多采取車載式遙感監測和單車道固定式遙感對測方式。據了解，以上方式在實際使用中還不能充分發揮遙感監測的優勢，主要體現在：
（1）車載式遙感監測方式仍需要至少3人操作，每次使用都需要安裝、調試，操作比較復雜，無法做到無人值守；一套車載式遙感監測系統的價格比較高，現在每個城市通常只配置1~2套，對于城市多出入口的監測，還不能做到全天候同步監控，無法滿足及時篩選和識別高排放車和黃標車的需要；
（2）單車道固定式遙感對測方式可實現無人值守和全天候同步監測。但車輛有效數據不高，高污染排放車輛的識別率不理想。原因是：①單車道的選擇必須滿足遙感監測條件，高排車和黃標車的捕捉率差；③車型的差別如排氣管高度的不一致帶來的測量誤差。
三、解決思路
目前，國內近20多個城市都陸續配置了車載式遙感監測設備，但由于各地市環境監測站人力和技術能力的不足，未能實現“全天候”機動車尾氣監測，“黃標車”、“超標車”的管理不能完全到位。
本方案針對機動車尾氣污染控制與減排的要求，以現有的車載式遙感監測系統為輔助，選擇龍門架固定式機動車尾氣遙感監測手段，以“科學的測點布局、嚴格的數據質控、先進的檢測技術”為設計思路，采取“統一規劃、統一標準、統一建設和統一運營”建設模式，開展城市交通干線出入口及環境敏感區的機動車尾氣遙感監測網絡建設，實現對城市行駛機動車尾氣排放的全程管控。
一、對城市的主干線如高速公路、國道/省道出入口、城市交通密集區路段的機動車尾氣安裝龍門架固定式遙感監測設備開展多車道的行駛車輛尾氣排放監測，可大量、快速篩選“黃標車”、“綠標車”，同時監控道路各時段的空氣質量情況。
二、與城市機動車尾氣年檢管理系統相結合，開展I/M制度評估，通過督促排放不合格的車輛進行維護或對其實施強制報廢等手段，以期有效降低車輛尾氣污染。
三、采取內置標氣池日校準、標氣定期校準的雙模式進行監測數據的質控手段，保證遙測數據的可靠性。
四、“建設+運營一體化”的建設模式，即按照“統一規劃、統一標準、統一建設、統一運營管理”的原則開展城市機動車尾氣遙感監測。一方面通過減輕環境監測人員的人力和條件支出負荷，強化環境管理部門的監管職能，另一方面通過專業化公司的運營服務來保證系統的運行正常和數據可靠性。
機動車尾氣遙感監測技術在國內許多城市得到應用，事實證明是一種行之有效的方法。建設城市機動車尾氣遙感網絡化監測體系，可在很短的時間內監測行駛中機動車排放的一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物以及顆粒物煙度，記錄車輛信息，同時可以在線或者離線對監測數據進行分析，為機動車尾氣排放監控、城市大氣污染源解析及尾氣污染治理提供有力的數據支持。
四、遙感監測的實施方案
1.標準與規范要求
目前，國家尚未出臺相關標準。國內部分省份如北京、山東、安徽、廣州等省發布了地方標準。自2005年以來，北京市頒布了《遙感式汽油車排放有害氣體檢測儀檢定規程》JJG（京）45—2011和《裝用點燃式發動機汽車排氣污染物限值及檢測方法（遙測法）》DB11/318—2005。其中，JJG（京）45—2011是國內第一部用于機動車尾氣遙感監測儀器的產品認證標準，由北京市質量技術監督局于2011年8月1日開始實施。北京計量檢測科學院也是目前國內唯一能開展機動車尾氣遙感監測儀的認證機構。
2.遙感監測內容
機動車遙感監測的內容主要是：機動車尾氣排放的污染物（CO、CO2、HC、NO）、煙度、車輛行駛速度/加速度、車輛牌照、氣象參數等。
（1）機動車污染排放的實時性數據
遙感檢測設備可以在道路上同時監測汽油車和柴油車，并對采集的數據進行分析，做出判斷，鑒別出“高污染”、“高排放”車輛。只需0.7秒的時間，就能檢測出一輛車所排放的一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物以及煙度等污染指標。
（2）車輛行駛速度
尾氣遙感檢測設備還可通過車輛觸發檢測設備的時間，對機動車的行駛速度和加速度進行測量，判斷行駛車輛的發動機是否在正常的工作狀況，從而避免因車輛沒有行駛在正常狀態下而產生的誤差。
（3）記錄車輛牌照
遙感檢測設備還配備了數碼攝錄像設備，可拍攝車輛前部及尾部照片，并通過圖像識別系統，將照片和該車的排放數據一一對應存儲。
（4）抓拍“黑尾巴”車輛
車輛尾部的攝像機可對“冒黑煙”的機動車進行抓拍、錄制其在行駛中排氣管位置“冒黑煙”的圖像，第一時間取得其排放超標的直觀證據。
五、遙感監測系統介紹
根據各地的實際情況及國內外研究、應用經驗，較好的做法是采取機動車檢測場與機動車尾氣排放的遙感監測技術相結合來建立機動車尾氣檢測監管體系，通過現代通訊技術把遙感監測數據與機動車車輛排放信息以及尾氣年檢數據有機連接起來，實現對車輛排放數據的綜合管理。
1.系統工作原理
當遙測設備的光源發生器發出紅外光（或激光）和紫外光光束時，其道路對面的紅外線（或激光）和紫外光反光鏡又將其反射回設備的光源檢測器，道路上行駛的車輛通過這些光束時，排出的尾氣會對紅外光（或激光）和紫外光同時產生吸收。遙測技術正是利用了這一特性，使用紅外光（或激光）測量CO、CO2和HC，使用紫外光測量NOx，車輛的行駛速度和加速度則是使用另一束單獨激光測量的。
汽車尾氣排出后，立即在空氣中擴散和稀釋，稀釋濃度的變化將受空氣擾動和風向風速等因素的影響，直接測量排氣煙羽中的各污染物濃度不能有效地反映車輛的實際排放狀況，因此，機動車尾氣遙測技術使用了CO2作為參比氣體進行各種排氣污染物的測量。
2.系統組成及工作流程
根據用戶的實際情況，先河環保可提供固定式/移動式機動車尾氣遙感監測系統，本系統基本組成是：光源發射/接收端、反射鏡、視頻車牌捕捉系統、速度/加速度檢測系統工控機、氣象站以及機動車尾氣遙感監測控制軟件等。
3.系統分類
根據機動車尾氣污染防治的管理要求，先河環保XH-HTS系列產品分為固定式/車載式機動車尾氣遙感監測系統。固定式機動車尾氣遙感監測系統分多車道龍門架式、單車道對測式。適用于多點布設，長期、實時的行駛車輛（汽油車、柴油車、天然氣車）尾氣排放監控，還可與城市機動車尾氣排放年檢管理系統結合，開展“黃標車”、“超標車”等車輛的篩選、識別和I/M制度項目評估等管理。車載式機動車尾氣遙感監測系統可用于應急或臨時性移動執法以及單車道固定執法，機動性和靈活性較強。
4.先河環保XH-HTS系列產品優勢
先河環保XH-HTS系列產品是結合了國內外遙感監測的經驗基礎上，針對國內機動車尾氣污染管理的實際需求而開發的新一代遙感監測系統。與同類產品相比，主要優勢體現在：
（1）實時多數據庫綜合分析保證了篩選識別的準確性：實時配對多系統數據庫，將遙測數據庫、車輛年檢記錄數據庫及車輛登記數據庫進行綜合分析，用于排放車輛執法用途。
本系統是根據尾氣排放煙羽中的CO/CO2/NO/HC的濃度具有固定比值的規律來進行煙團數據有效性的識別，同時采取標氣校準，并與車檢數據庫聯網評估（車輛行駛里程、車輛最近一次的車檢數據），保證了遙測數據的可靠性，車輛篩選和識別準確率在80%以上，避免了在后續管理中帶來的一些問題。
（2）汽柴油車一體化檢測：由于采用了紅外及紫外光路一體化技術，同一設備可實現法規所有氣體污染物及顆粒物的測量，所以可以同時檢測汽油車、柴油車及CNG車，大大降低了設備體積及能耗，增加了安裝及使用便易性。目前其他國內遙感設備為汽油車及柴油車分兩套設備單獨測量。
（3）穩定性不受環境溫度影響：采用了國際上成熟的NDIR技術檢測CO/CO2/HC，同國標及檢測站方法一致，性能不受環境溫度影響；采用DUV光譜檢測技術檢測NOx及顆粒，檢測靈敏度比綠光高。目前其他國內遙感設備使用的TDL紅外激光檢測CO/CO2技術，激光發射波長受環境溫度影響大，采用DOAS技術檢測HC，對尾氣中主要烷烴成分不能檢測。
（4）具有多種固定式測量方式：可根據道路實際狀況，采用單車道、多車道安裝方式，提高監測的效率和數據有效性。例如采用龍門架俯射式安裝，克服了目前遙感設備無法實現多車道路段的準確檢測，使得多車道獨立同時檢測成為可能，填補了國內外俯射式多車道機動車遙感檢測技術的空白。
（5）自動定時校準質控功能：遙測系統采用2個內置紐扣標氣池，完成定時自動校準及審核操作，確保了系統檢測的高準確性，同時大量節省外置標氣用量，大大節省了人力及運營成本，此項功能目前領先于國內外遙感設備。
（6）互聯網監控系統運行：支持互聯網遠程控制及數據傳輸功能：操作人員可在任何地點遠程監控、操作設備，查詢、提取及管理數據。
理。對不符合要求的車載OBD和三元催化器等環保產品列入我們的遙感監測系統，系統就能識別三元催化器的工作狀況。制定嚴格的I/M制度是非常必要的。
5.應用效果
（1）遙測檢測不需要大規模的檢測場地，能快速、準確的篩選出重污染車輛或黃標車輛，為機動車尾氣污染的環境管理帶來很大的便利，提高了工作效率。
（2）采用遙測法有利于強化對道路行駛中機動車的尾氣排放管理，因為遙測法屬于高效尾氣檢測設備，能在0.7秒的時間內檢測出機動車的排放污染狀況，最多每天能夠檢測5000輛以上通過監測地點的汽車尾氣排放狀況。
（3）作為機動車尾氣檢測年檢的質控手段。遙感監測可成為一個獨立的系統對各檢測線實行監控，遙測數據可以直接與檢測線上的數據進行比較，如偏差很大則要說明檢測有問題。在采樣與分析的個個環節要安裝監控設施從而有效監管排氣檢測。
（4）可與城市機動車尾氣年檢管理系統相結合，開展I/M制度評估，通過督促排放不合格的車輛進行維護或對其實施強制報廢等手段，以期有效降低車輛尾氣污染。
（5）有利于規范新車管
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