淺談機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)

南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院 邊 偉南京通久汽車銷售服務(wù)有限公司 童久利

淺談機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)

南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院 邊 偉南京通久汽車銷售服務(wù)有限公司 童久利

第十二屆全國(guó)人民代表大會(huì)第五次會(huì)議3月5日在人民大會(huì)堂舉行開幕會(huì)，李克強(qiáng)總理作政府工作報(bào)告時(shí)指出，2017年要堅(jiān)決打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)；二氧化硫、氮氧化物排放量要分別下降3%，重點(diǎn)地區(qū)細(xì)顆粒物（PM2.5）濃度明顯下降。李克強(qiáng)表示，治理霧霾一要加快解決燃煤污染問題；二要全面推進(jìn)污染源治理；三要強(qiáng)化機(jī)動(dòng)車尾氣治理；四要有效應(yīng)對(duì)重污染天氣；五要嚴(yán)格環(huán)境執(zhí)法和督查問責(zé)。由此可見，機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染問題已經(jīng)引起國(guó)家的高度重視。如何找到和治理高排放車是人們必須面對(duì)的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。

有報(bào)道稱，從2016年11月開始，哈爾濱市機(jī)動(dòng)車排氣污染管理辦公室的5臺(tái)遙感監(jiān)測(cè)車走上街頭，對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣排放物進(jìn)行檢測(cè)。今年以來，共檢測(cè)車輛61 211臺(tái)，查出高排放車輛1 209臺(tái)，占1.9%，哈爾濱市機(jī)動(dòng)車排氣污染管理辦公室已陸續(xù)通知車主，要求其維修車輛并進(jìn)行復(fù)檢，逾期不參加復(fù)檢的將被處以500元罰款。哈爾濱市現(xiàn)有的5臺(tái)遙感檢測(cè)車裝有汽柴一體式機(jī)動(dòng)車尾氣遙感檢測(cè)系統(tǒng)，能分析出經(jīng)過的車輛尾氣中的一氧化碳、二氧化碳等污染物濃度，同時(shí)，攝像機(jī)能快速抓拍車輛牌照，與檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配并存儲(chǔ)，整個(gè)過程只需要1 s。本文就來談?wù)剻C(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)的相關(guān)問題。

1 機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)的必要性

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車保有量繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，機(jī)動(dòng)車帶來的環(huán)境污染問題日顯突出。公安部交管局最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2017年3月底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量首次突破3億輛，其中汽車達(dá)2億輛，近5年年均增加1 400萬輛，2017年一季度，全國(guó)新注冊(cè)登記機(jī)動(dòng)車820萬輛，與2016年同期基本持平。機(jī)動(dòng)車尾氣污染已成為城市空氣質(zhì)量危害的主要來源，尤其是造成近年來全國(guó)各大城市霧霾頻發(fā)的重要成因。據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，城市中機(jī)動(dòng)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(jī)動(dòng)車數(shù)量的增長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，而其中50%以上來源于20%以下的高污染車的排放。根據(jù)PM2.5污染在線源解析質(zhì)譜儀對(duì)全國(guó)多個(gè)城市空氣中PM2.5的監(jiān)測(cè)結(jié)果，機(jī)動(dòng)車尾氣排放對(duì)城市PM2.5污染的貢獻(xiàn)率平均在20%左右，在重污染天氣情況發(fā)生時(shí)，機(jī)動(dòng)車尾氣排放的貢獻(xiàn)率相應(yīng)大幅度增加。

隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)逐步升級(jí)，在道路上行駛的各種車輛排放水平有很大差距。有效降低機(jī)動(dòng)車排放對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的污染，發(fā)現(xiàn)并治理高排放的車輛，對(duì)于改善城市空氣質(zhì)量狀況是非常必要的。目前控制機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染的主要舉措是機(jī)動(dòng)車尾氣年檢和日常的路檢和巡檢，但實(shí)際監(jiān)測(cè)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(jiān)測(cè)會(huì)造成車流行駛不通暢，車輛怠速或者低速慢行，產(chǎn)生更大的污染。二是《中華人民共和國(guó)道路交通安全法》實(shí)施后，交警部門在機(jī)動(dòng)車路檢中對(duì)尾氣超標(biāo)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。三是傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法為接觸式檢測(cè)，對(duì)機(jī)動(dòng)車排氣管采樣，然后用常規(guī)儀器進(jìn)行分析，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本高、操作難度大，4名工作人員一天只能檢測(cè)100余輛車，由于工作效率低下，只能對(duì)其中極少部分車輛進(jìn)行檢測(cè)，雖然能起到部分威懾作用，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到篩選高污染車的目的。雙怠速法檢測(cè)方法弊端較多，其檢測(cè)結(jié)果不能全面、準(zhǔn)確反映機(jī)動(dòng)車真實(shí)的排放狀況，檢測(cè)過程中人為性強(qiáng)，檢測(cè)指標(biāo)單一，只能測(cè)量一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）的排放濃度，而無法測(cè)量出氮氧化物（NOx）的排放濃度；工況法檢測(cè)則需要被檢車輛進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)效率低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了實(shí)時(shí)檢測(cè)的要求。2014年起，我國(guó)非營(yíng)運(yùn)性機(jī)動(dòng)車年檢制度取消，改為每6年1次，改變了現(xiàn)行的機(jī)動(dòng)車尾氣強(qiáng)制性檢測(cè)模式。加上目前我國(guó)城市機(jī)動(dòng)車尾氣在線排放監(jiān)控幾乎空白，這給環(huán)保部門開展高排放車和黃標(biāo)車污染的管理增加了更大的難度。事實(shí)上，車輛在一個(gè)年檢周期后上路行駛時(shí)，由于保養(yǎng)維修、載重負(fù)荷、駕駛習(xí)慣等原因，其尾氣排污情況會(huì)有很大變化，車主也很難關(guān)心到其車輛的尾氣排放是否依舊超標(biāo)，除定期檢驗(yàn)外管理部門也沒有其他更有效的手段，這也就造成了監(jiān)管空白。機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)憑借其快速、靈便和監(jiān)測(cè)面廣的優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的關(guān)注和信賴，它主要應(yīng)用在發(fā)現(xiàn)高排放車輛、豁免清潔車輛、地區(qū)性排放因子特征的研究和評(píng)估等3個(gè)方面。采用遙感測(cè)量方法對(duì)在道路上行駛的機(jī)動(dòng)車進(jìn)行污染物排放監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)污染物排放嚴(yán)重的車輛，可以通知車主到當(dāng)?shù)貦C(jī)動(dòng)車排放檢測(cè)機(jī)構(gòu)按照當(dāng)?shù)匾?guī)定的檢測(cè)方法進(jìn)行污染物排放檢測(cè)。遙感監(jiān)測(cè)過程中所錄入的大量信息數(shù)據(jù)還能為管理層和社會(huì)提供審計(jì)、篩選、檢查、城考、限行、區(qū)域排比等多方面的技術(shù)參數(shù)，可反復(fù)使用，為環(huán)境管理提供可靠依據(jù)，與傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法相比具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)

2.1 機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)發(fā)展、應(yīng)用狀況

機(jī)動(dòng)車尾氣遙感檢測(cè)技術(shù)于20世紀(jì)80年代末就開始在美國(guó)出現(xiàn)，目前已經(jīng)在北美、歐洲、東亞等國(guó)家和地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，如高排放車識(shí)別、清潔車豁免、I/M項(xiàng)目評(píng)估、車隊(duì)排放特征調(diào)查、機(jī)動(dòng)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(jiān)測(cè)、固定式遙感監(jiān)測(cè)等。在香港、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、中山、佛山、肇慶、東莞等很多城市都已經(jīng)配備了機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)道路行駛中的車輛進(jìn)行尾氣監(jiān)測(cè)，可以快速地發(fā)現(xiàn)行駛中的高排放車輛，是最有效、最經(jīng)濟(jì)、最方便的在用機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)方法，具有是快速、檢測(cè)效率高（每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)一天可檢測(cè)5 000輛以上，效率是傳統(tǒng)方法的10倍以上）、不影響車輛正常行駛、防止舞弊、不會(huì)造成交通堵塞、對(duì)清潔車輛自動(dòng)豁免、自動(dòng)化程度高和和能較真實(shí)反映車輛道路實(shí)際排放狀況等突出優(yōu)點(diǎn)，并且監(jiān)測(cè)人員受污染程度大大減少，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，避免了和車主的正面沖突，工作環(huán)境更加健康安全。目前各地大多采取車載式遙感監(jiān)測(cè)（圖1）和固定式遙感檢測(cè)方式，其中固定式遙感檢測(cè)又包括單車道對(duì)測(cè)式遙感監(jiān)測(cè)（圖2）和多車道龍門架式遙感監(jiān)測(cè)。固定式機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)適用于多點(diǎn)布設(shè)，長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)的行駛車輛（汽油車、柴油車、天然氣車）尾氣排放監(jiān)控，還可與城市機(jī)動(dòng)車尾氣排放年檢管理系統(tǒng)結(jié)合，開展“黃標(biāo)車”、“超標(biāo)車”的篩選、識(shí)別和I/M制度項(xiàng)目評(píng)估等管理。車載式遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可用于應(yīng)急或臨時(shí)性移動(dòng)執(zhí)法以及單車道固定執(zhí)法，機(jī)動(dòng)性和靈活性較強(qiáng)。

2.2 機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)內(nèi)容

機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要是機(jī)動(dòng)車尾氣排放的污染物（CO、CO2、HC、NOx）、煙度、車輛行駛速度/加速度、車輛牌照、氣象參數(shù)等。

（1）機(jī)動(dòng)車污染排放的實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)。尾氣排放遙感檢測(cè)設(shè)備可以在道路上同時(shí)監(jiān)測(cè)汽油車和柴油車，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，做出判斷，鑒別出“高污染”、“高排放”車輛。只需0.7 s就能檢測(cè)出一輛車所排放的CO、CO2、HC、NOx、煙度等污染指標(biāo)。

圖1 車載式遙感監(jiān)測(cè)

圖2 單車道對(duì)測(cè)式遙感監(jiān)測(cè)

圖3 多車道龍門架式遙感監(jiān)測(cè)

（2）車輛行駛速度。尾氣排放遙感檢測(cè)設(shè)備還可通過車輛觸發(fā)檢測(cè)設(shè)備的時(shí)間，對(duì)機(jī)動(dòng)車的行駛速度和加速度進(jìn)行測(cè)量，判斷行駛車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)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(tài)下而產(chǎn)生的尾氣檢測(cè)誤差。

（3）記錄車輛牌照。尾氣排放遙感檢測(cè)設(shè)備還配備了數(shù)碼攝錄像設(shè)備，可拍攝車輛前部及尾部照片，并通過圖像識(shí)別系統(tǒng)，將照片和該車的排放數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)。

（4）抓拍“黑尾巴”車輛。車輛尾部的攝像機(jī)可對(duì)“冒黑煙”的機(jī)動(dòng)車進(jìn)行抓拍、錄制其在行駛中排氣管位置“冒黑煙”的圖像，第一時(shí)間取得其排放超標(biāo)的直觀證據(jù)。

2.3 機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成和工作原理

無論是車載式遙感監(jiān)測(cè)，還是單（多）車道固定式遙感監(jiān)測(cè)，其基本組成均包括光源發(fā)射/接收端、反射鏡、視頻車牌捕捉系統(tǒng)、車輛行駛速度/加速度檢測(cè)系統(tǒng)工控機(jī)、氣象站及機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)控制軟件等。

機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感檢測(cè)是一種實(shí)驗(yàn)室光譜分析技術(shù)，因此又被稱為長(zhǎng)光程吸收光譜法，它能對(duì)道路上正常行駛的機(jī)動(dòng)車所排放的污染物的濃度進(jìn)行監(jiān)控。其主要的工作原理是，通過遙測(cè)設(shè)備的光源發(fā)生器向道路對(duì)面的光學(xué)反光鏡發(fā)送紫外光和紅外光（或激光），光學(xué)反光鏡會(huì)將其反射到檢測(cè)器中。道路上行駛的車輛通過這些光束時(shí)，車輛排出的尾氣會(huì)對(duì)紫外光和紅外光（或激光）同時(shí)產(chǎn)生吸收，從而改變透射光的強(qiáng)度，從而通過對(duì)檢測(cè)器中光強(qiáng)的變化進(jìn)行檢測(cè)，使用紅外光（或激光）對(duì)道路行駛的機(jī)動(dòng)車排放的CO、CO2和HC進(jìn)行測(cè)量，使用紫外光對(duì)道路行駛的機(jī)動(dòng)車排放的NOx進(jìn)行測(cè)量，車輛的行駛速度和加速度則使用另一束單獨(dú)激光測(cè)量。采用紅外及紫外光路一體化技術(shù)，同一設(shè)備可實(shí)現(xiàn)所有氣體污染物及顆粒物的測(cè)量，可以同時(shí)檢測(cè)汽油車、柴油車及CNG車，可大大降低設(shè)備體積及能耗，增加安裝及使用便易性。

機(jī)動(dòng)車尾氣排出后，會(huì)立即向周圍的空氣中擴(kuò)散和稀釋，其濃度也會(huì)發(fā)生變化，空氣擾動(dòng)和風(fēng)向風(fēng)速等因素會(huì)影響機(jī)動(dòng)車尾氣的稀釋濃度，因此，通過直接測(cè)量排氣煙羽中的各污染物濃度的方式并不能有效地反映車輛的實(shí)際排放狀況。事實(shí)上，機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙測(cè)是使用了CO2作為參比氣體進(jìn)行各種排氣污染物的測(cè)量，例如NOx/CO2、HC/CO2、CO/CO2等，之后再依據(jù)一定的公式進(jìn)行推導(dǎo)和計(jì)算，從而得出機(jī)動(dòng)車尾氣中各種氣體的絕對(duì)濃度。

3 機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)存在的問題及對(duì)策

3.1 機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感檢測(cè)存在的問題

（1）車載式遙感監(jiān)測(cè)方式仍需要至少3人操作，每次使用都需要安裝、調(diào)試，操作比較復(fù)雜，無法做到無人值守，由于各地環(huán)境監(jiān)測(cè)人力和技術(shù)能力的不足，無法實(shí)現(xiàn)“全天候”機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)，“黃標(biāo)車”、“超標(biāo)車”的管理無法完全到位；一套車載式遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的價(jià)格比較高，現(xiàn)在每個(gè)城市通常只配置1套～2套，對(duì)于城市多出入口的監(jiān)測(cè)，還不能做到全天候同步監(jiān)控，無法滿足及時(shí)篩選和識(shí)別高污染排放車和黃標(biāo)車的需要。

（2）單車道固定式遙感對(duì)測(cè)方式可實(shí)現(xiàn)無人值守和全天候同步監(jiān)測(cè)，但車輛有效數(shù)據(jù)不高，高污染排放車輛的識(shí)別率不理想。究其原因是：?jiǎn)诬嚨赖倪x擇必須滿足遙感監(jiān)測(cè)條件；高污染排放車和黃標(biāo)車的捕捉率差；車型的差別（如排氣管高度的不一致）會(huì)造成尾氣測(cè)量誤差；當(dāng)兩輛車同時(shí)通過車道時(shí)便會(huì)導(dǎo)致尾氣檢測(cè)失敗。

（3）多車道固定式遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同單車道固定式遙感對(duì)測(cè)方式一樣，可實(shí)現(xiàn)無人值守和全天候同步監(jiān)測(cè)，且可在不影響機(jī)動(dòng)車行駛的情況下多車道同時(shí)進(jìn)行尾氣檢測(cè)。但也存在因車型的差別（如排氣管高度的不一致）造成的尾氣測(cè)量誤差問題。

3.2 遙感監(jiān)測(cè)管控城市機(jī)動(dòng)車尾氣排放的對(duì)策

雖然目前國(guó)內(nèi)很多城市都陸續(xù)配置了相應(yīng)的機(jī)動(dòng)車尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)設(shè)備，但由于各地環(huán)境監(jiān)測(cè)人力和技術(shù)能力不足，未能實(shí)現(xiàn)“全天候”機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)，“黃標(biāo)車”、“超標(biāo)車”的管理不能完全到位。筆者認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)城市機(jī)動(dòng)車尾氣污染控制與減排的要求，應(yīng)以車載式遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為輔助，采用單車輛對(duì)測(cè)式和多車道龍門架式機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)方法，按照“科學(xué)的測(cè)點(diǎn)布局、嚴(yán)格的數(shù)據(jù)質(zhì)控、先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)”的思路，采取“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)和統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)”的模式，進(jìn)行城市交通干線出入口及環(huán)境敏感區(qū)的機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市行駛機(jī)動(dòng)車尾氣排放的全程管控。

（1）在城市的主干線（如高速公路、國(guó)道/省道出入口）和城市交通密集區(qū)路段，安裝龍門架固定式遙感監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行多車道的行駛車輛尾氣排放監(jiān)測(cè)，以大量、快速篩選“黃標(biāo)車”、“綠標(biāo)車”，同時(shí)監(jiān)控道路各時(shí)段的空氣質(zhì)量情況。

（2）與城市機(jī)動(dòng)車尾氣年檢管理系統(tǒng)相結(jié)合，開展I/M制度評(píng)估，通過督促排放不合格的車輛進(jìn)行維護(hù)或?qū)ζ鋵?shí)施強(qiáng)制報(bào)廢等手段，以期有效降低車輛尾氣污染。

（3）采取內(nèi)置標(biāo)氣池日校準(zhǔn)、標(biāo)氣定期校準(zhǔn)的雙模式實(shí)施監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)控，保證遙測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。

（4）可以采用“建設(shè)+運(yùn)營(yíng)一體化”設(shè)模式，按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)管理”的原則推進(jìn)城市機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)，不但可彌補(bǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)人員的人力和技術(shù)不足的問題，強(qiáng)化環(huán)境管理部門的監(jiān)管職能，還可通過專業(yè)化公司的運(yùn)營(yíng)服務(wù)來保證系統(tǒng)的運(yùn)行正常和數(shù)據(jù)可靠性。

2017-04-20）

江蘇省教育廳高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目《校企合作雙主體辦學(xué)機(jī)制的創(chuàng)新研究》（項(xiàng)目編號(hào)為2016SJD880033）和南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目《顧客認(rèn)知價(jià)值對(duì)轎車升級(jí)消費(fèi)影響調(diào)查研究-以南京地區(qū)為例》（項(xiàng)目編號(hào)為JR1602）