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机动车尾气排放遥感监测解决方案

时间:2014-09-29 09:24
 
 
 
 
 

 

 

 固定式机动车尾气遥感监测系统(龙门架和路边站)

 

应用案例——山东省聊城市光岳路机动车尾气遥测应用现场
 

 

  一、项目必要性

  汽车行业发展带来的环境问题日显突出。据统计,至2013年底,全国在用机动车保有量超过2.5亿辆,其中汽车保有量约1.35亿辆,并还在以每年15%以上的速度增长。机动车尾气污染已成为城市空气质量危害的主要来源,尤其是造成近年来全国各大城市雾霾频发的重要成因。据有关研究结果,城市中机动车尾气排放CO、HC和NOx尾气污染分别占城市总污染物的60%~70%、40%~50%、30%~40%,并随着机动车数量的增长呈上升趋势,而其中50%以上来源于20%以下的高污染车的排放。

  根据PM2.5污染在线源解析质谱仪对全国多个城市空气中PM2.5的监测结果,机动车尾气排放对城市PM2.5污染的贡献率平均在20%左右,在重污染天气情况发生时,机动车尾气排放的贡献率相应大幅度增加。

  随着我国机动车排放标准逐步升级,在道路上行驶的各种车辆排放水平将会有很大差距。有效降低机动车排放对环境空气质量的污染,发现并治理高排放的车辆,对于改善城市空气质量状况是非常必要的。

  目前控制机动车污染的主要举措是机动车尾气年检和日常的路检和巡检,但实际监测过程中仍然存在很多问题:

  一是由于道路车流量巨大,拦车监测会造成车流行驶不通畅,车辆怠速或者低速慢行,产生更大的污染。

  二是2004年5月1日《中华人民共和国道路交通安全法》正式实施后,交警部门在机动车辆路检中对尾气超标车辆不再暂扣车辆行驶证或驾驶证,使得路检工作较难开展。

  此外,传统的监测方法为接触式检测,对机动车排气管采样,然后用常规仪器进行分析,费时费力、成本高、操作难度大,4名工作人员一天只能检测100余辆车。由于工作效率低下,只能对其中极少部分车辆进行检测,虽然能起到部分威慑作用,但远远达不到筛选高污染车的目的。

  双怠速法检测方法弊端较多,其检测结果不能全面、准确反映机动车真实的排放状况。检测过程中人为性强,给化油器车留下了作弊的机会。检测指标单一,只能测量一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)的排放浓度,而无法测量出氮氧化物(NOx)的排放浓度;工况法,需要被检车辆进场检测,检测效率低,远远满足不了实时检测的要求。

  2014年伊始,我国非营运性机动车年检制度取消,改为每六年1次。现行的机动车尾气强制性检测模式由此改变。而目前我国城市机动车尾气在线排放监控几近空白。此项决定的出台,给环保部门开展高排放车和黄标车污染的管理增加了更大的难度。

  而采用机动车尾气遥测系统对道路行驶中车辆进行尾气监测,可以快速地发现行驶中的高排放车辆,是最有效、最经济、最方便的监测方法,其优点是快速、高效、不影响司机正常行驶,不会造成交通堵塞,对清洁车辆自动豁免,自动化程度高,每个监测点一天可检测5000辆以上,效率是传统方法的十倍以上,而监测人员受污染程度大大减少,劳动强度大大降低,避免了和车主正面冲突,工作环境更加健康安全。

  尾气遥测技术凭借其快速、灵便和监测面广的优点越来越受到人们的关注和信赖。原国家环境保护总局在《在用机动车排放检测规范》编制说明中介绍:“该项监测技术主要应用在以下三个方面:1、发现高排放车辆。2、豁免清洁车辆。3、地区性排放因子特征的研究和评估”。《在用机动车排放检测规范》还规定:“有条件的地区可采用遥感测量方法对道路行使的机动车实施污染物排放监测,发现污染物排放严重的车辆,通知其到当地机动车排放检测机构按照当地规定的检测方法进行污染物排放检测。”

  事实上,车辆在一个年检周期后上路行驶时,由于保养维修、载重负荷、驾驶习惯等原因,尾气排污情况会有较大变化,司机也很难关心到尾气排放是否依旧超标,除定期检验外管理部门也没有更有效的其他手段,造成了监管空白。

  据调查,近年来老旧车、化油器车的反弹率大于改造车,改造车又大于电喷车,电喷车又相对大于两年以内的新车,遥测技术恰好填补了这段时间监管上的空白。遥测过程中所录入的大量信息数据还能为管理层和社会提供审计、筛选、检查、城考、限行、区域排比等多方面的技术参数,可反复使用,为环境管理提供可靠依据,与传统的检验方法相比具有巨大的社会效益和经济效益。

  二、遥感监测的现状与问题

  1.国内外发展现状

  车辆尾气遥感检测技术于20世纪80年代末开始在美国出现,目前已经在北美、欧洲、东亚等国家和地区得到了广泛的应用,如高排放车识别、清洁车豁免、I/M项目评估、车队排放特征调查、机动车排放清单建立、过境高排放车辆限行等。采取的方式有车载式遥感监测、固定式遥感监测等。

  (1)国外:

  ▶ 美国:高排放车识别、清洁车豁免、I/M项目评估、车辆排放特征调查、机动车排放清单建立、过境高排放车辆限行。

  ▶ 英国:在不同城市开展车辆排放特征调查。

  ▶ 西班牙:开展车队排放调查及高排放车识别

  ▶ 瑞典:正在进行车辆排放特征长期研究。

  ▶ 匈牙利:定期进行车辆排放特征研究。

  ▶ 奥地利:定期进行轻型车及重型车排放特征研究。

  (2)国内:

  据有关资料统计,香港、北京、上海、南京、深圳、广州、西安、石家庄、郑州、成都、淄博、大连、拉萨、西宁等29个城市已经配备了机动车尾气遥测系统。

  ▶ 北京市:早在2000年就配备了第一台遥测车,目前已配备了22台遥测车用于环保部门的路检。

  ▶ 广东省:广州市开展尾气遥测业务也较早,环保部门早在2003年就购买了中国第2辆遥感监测车。

  周边城市如深圳、中山、佛山、肇庆、东莞等也都陆续购置了机动车尾气遥感监测车,已作为查处“黄标车”的辅助执法工具。

  2.存在的问题

  遥测具有检测效率高、不影响车辆正常行驶、防止舞弊和能较真实反映车辆道路实际排放状况等突出优点,在我国20多个城市得到了一定的应用。目前各地大多采取车载式遥感监测和单车道固定式遥感对测方式。据了解,以上方式在实际使用中还不能充分发挥遥感监测的优势,主要体现在:

  (1)车载式遥感监测方式仍需要至少3人操作,每次使用都需要安装、调试,操作比较复杂,无法做到无人值守;一套车载式遥感监测系统的价格比较高,现在每个城市通常只配置1~2套,对于城市多出入口的监测,还不能做到全天候同步监控,无法满足及时筛选和识别高排放车和黄标车的需要;

  (2)单车道固定式遥感对测方式可实现无人值守和全天候同步监测。但车辆有效数据不高,高污染排放车辆的识别率不理想。原因是:①单车道的选择必须满足遥感监测条件,高排车和黄标车的捕捉率差;③车型的差别如排气管高度的不一致带来的测量误差。

  三、 解决思路

  目前,国内近20多个城市都陆续配置了车载式遥感监测设备,但由于各地市环境监测站人力和技术能力的不足,未能实现“全天候”机动车尾气监测,“黄标车”、“超标车”的管理不能完全到位。

  本方案针对机动车尾气污染控制与减排的要求,以现有的车载式遥感监测系统为辅助,选择龙门架固定式机动车尾气遥感监测手段,以“科学的测点布局、严格的数据质控、先进的检测技术”为设计思路,采取“统一规划、统一标准、统一建设和统一运营”建设模式,开展城市交通干线出入口及环境敏感区的机动车尾气遥感监测网络建设,实现对城市行驶机动车尾气排放的全程管控。

  一、对城市的主干线如高速公路、国道/省道出入口、城市交通密集区路段的机动车尾气安装龙门架固定式遥感监测设备开展多车道的行驶车辆尾气排放监测,可大量、快速筛选“黄标车”、“绿标车”,同时监控道路各时段的空气质量情况。

  二、与城市机动车尾气年检管理系统相结合,开展I/M制度评估,通过督促排放不合格的车辆进行维护或对其实施强制报废等手段,以期有效降低车辆尾气污染。

  三、采取内置标气池日校准、标气定期校准的双模式进行监测数据的质控手段,保证遥测数据的可靠性。

  四、“建设+运营一体化”的建设模式,即按照“统一规划、统一标准、统一建设、统一运营管理”的原则开展城市机动车尾气遥感监测。一方面通过减轻环境监测人员的人力和条件支出负荷,强化环境管理部门的监管职能,另一方面通过专业化公司的运营服务来保证系统的运行正常和数据可靠性。

  机动车尾气遥感监测技术在国内许多城市得到应用,事实证明是一种行之有效的方法。建设城市机动车尾气遥感网络化监测体系,可在很短的时间内监测行驶中机动车排放的一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物以及颗粒物烟度,记录车辆信息,同时可以在线或者离线对监测数据进行分析,为机动车尾气排放监控、城市大气污染源解析及尾气污染治理提供有力的数据支持。

  四、遥感监测的实施方案

  1.标准与规范要求

  目前,国家尚未出台相关标准。国内部分省份如北京、山东、安徽、广州等省发布了地方标准。自2005年以来,北京市颁布了《遥感式汽油车排放有害气体检测仪检定规程》JJG(京)45—2011和《装用点燃式发动机汽车排气污染物限值及检测方法(遥测法)》DB11/318—2005。其中,JJG(京)45—2011是国内第一部用于机动车尾气遥感监测仪器的产品认证标准,由北京市质量技术监督局于2011年8月1日开始实施。北京计量检测科学院也是目前国内唯一能开展机动车尾气遥感监测仪的认证机构。

  2.遥感监测内容

  机动车遥感监测的内容主要是:机动车尾气排放的污染物(CO、CO2、HC、NO)、烟度、车辆行驶速度/加速度、车辆牌照、气象参数等。

  (1)机动车污染排放的实时性数据

  遥感检测设备可以在道路上同时监测汽油车和柴油车,并对采集的数据进行分析,做出判断,鉴别出“高污染”、“高排放”车辆。只需0.7秒的时间,就能检测出一辆车所排放的一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物以及烟度等污染指标。

  (2)车辆行驶速度

  尾气遥感检测设备还可通过车辆触发检测设备的时间,对机动车的行驶速度和加速度进行测量,判断行驶车辆的发动机是否在正常的工作状况,从而避免因车辆没有行驶在正常状态下而产生的误差。

  (3)记录车辆牌照

  遥感检测设备还配备了数码摄录像设备,可拍摄车辆前部及尾部照片,并通过图像识别系统,将照片和该车的排放数据一一对应存储。

  (4)抓拍“黑尾巴”车辆

  车辆尾部的摄像机可对“冒黑烟”的机动车进行抓拍、录制其在行驶中排气管位置“冒黑烟”的图像,第一时间取得其排放超标的直观证据。

  五、遥感监测系统介绍

  根据各地的实际情况及国内外研究、应用经验,较好的做法是采取机动车检测场与机动车尾气排放的遥感监测技术相结合来建立机动车尾气检测监管体系,通过现代通讯技术把遥感监测数据与机动车车辆排放信息以及尾气年检数据有机连接起来,实现对车辆排放数据的综合管理。

  1.系统工作原理

  当遥测设备的光源发生器发出红外光(或激光)和紫外光光束时,其道路对面的红外线(或激光)和紫外光反光镜又将其反射回设备的光源检测器,道路上行驶的车辆通过这些光束时,排出的尾气会对红外光(或激光)和紫外光同时产生吸收。遥测技术正是利用了这一特性,使用红外光(或激光)测量CO、CO2和HC,使用紫外光测量NOx,车辆的行驶速度和加速度则是使用另一束单独激光测量的。

  汽车尾气排出后,立即在空气中扩散和稀释,稀释浓度的变化将受空气扰动和风向风速等因素的影响,直接测量排气烟羽中的各污染物浓度不能有效地反映车辆的实际排放状况,因此,机动车尾气遥测技术使用了CO2作为参比气体进行各种排气污染物的测量。

  2.系统组成及工作流程

  根据用户的实际情况,先河环保可提供固定式/移动式机动车尾气遥感监测系统,本系统基本组成是:光源发射/接收端、反射镜、视频车牌捕捉系统、速度/加速度检测系统工控机、气象站以及机动车尾气遥感监测控制软件等。

  3.系统分类

  根据机动车尾气污染防治的管理要求,先河环保XH-HTS系列产品分为固定式/车载式机动车尾气遥感监测系统。固定式机动车尾气遥感监测系统分多车道龙门架式、单车道对测式。适用于多点布设,长期、实时的行驶车辆(汽油车、柴油车、天然气车)尾气排放监控,还可与城市机动车尾气排放年检管理系统结合,开展“黄标车”、“超标车”等车辆的筛选、识别和I/M制度项目评估等管理。车载式机动车尾气遥感监测系统可用于应急或临时性移动执法以及单车道固定执法,机动性和灵活性较强。

  4.先河环保XH-HTS系列产品优势

  先河环保XH-HTS系列产品是结合了国内外遥感监测的经验基础上,针对国内机动车尾气污染管理的实际需求而开发的新一代遥感监测系统。与同类产品相比,主要优势体现在:

  (1)实时多数据库综合分析保证了筛选识别的准确性:实时配对多系统数据库,将遥测数据库、车辆年检记录数据库及车辆登记数据库进行综合分析,用于排放车辆执法用途。

  本系统是根据尾气排放烟羽中的CO/CO2/NO/HC的浓度具有固定比值的规律来进行烟团数据有效性的识别,同时采取标气校准,并与车检数据库联网评估(车辆行驶里程、车辆最近一次的车检数据),保证了遥测数据的可靠性,车辆筛选和识别准确率在80%以上,避免了在后续管理中带来的一些问题。

  (2)汽柴油车一体化检测:由于采用了红外及紫外光路一体化技术,同一设备可实现法规所有气体污染物及颗粒物的测量,所以可以同时检测汽油车、柴油车及CNG车,大大降低了设备体积及能耗,增加了安装及使用便易性。目前其他国内遥感设备为汽油车及柴油车分两套设备单独测量。

  (3)稳定性不受环境温度影响:采用了国际上成熟的NDIR技术检测CO/CO2/HC,同国标及检测站方法一致,性能不受环境温度影响;采用DUV光谱检测技术检测NOx及颗粒,检测灵敏度比绿光高。目前其他国内遥感设备使用的TDL红外激光检测CO/CO2技术,激光发射波长受环境温度影响大,采用DOAS技术检测HC,对尾气中主要烷烃成分不能检测。

  (4)具有多种固定式测量方式:可根据道路实际状况,采用单车道、多车道安装方式,提高监测的效率和数据有效性。例如采用龙门架俯射式安装,克服了目前遥感设备无法实现多车道路段的准确检测,使得多车道独立同时检测成为可能,填补了国内外俯射式多车道机动车遥感检测技术的空白。

  (5)自动定时校准质控功能:遥测系统采用2个内置纽扣标气池,完成定时自动校准及审核操作,确保了系统检测的高准确性,同时大量节省外置标气用量,大大节省了人力及运营成本,此项功能目前领先于国内外遥感设备。

  (6)互联网监控系统运行:支持互联网远程控制及数据传输功能:操作人员可在任何地点远程监控、操作设备,查询、提取及管理数据。

  理。对不符合要求的车载OBD和三元催化器等环保产品列入我们的遥感监测系统,系统就能识别三元催化器的工作状况。制定严格的I/M 制度是非常必要的。

  5.应用效果

  (1)遥测检测不需要大规模的检测场地,能快速、准确的筛选出重污染车辆或黄标车辆,为机动车尾气污染的环境管理带来很大的便利,提高了工作效率。

  (2)采用遥测法有利于强化对道路行驶中机动车的尾气排放管理,因为遥测法属于高效尾气检测设备,能在0.7秒的时间内检测出机动车的排放污染状况,最多每天能够检测5000辆以上通过监测地点的汽车尾气排放状况。

  (3)作为机动车尾气检测年检的质控手段。遥感监测可成为一个独立的系统对各检测线实行监控,遥测数据可以直接与检测线上的数据进行比较,如偏差很大则要说明检测有问题。在采样与分析的个个环节要安装监控设施从而有效监管排气检测。

  (4)可与城市机动车尾气年检管理系统相结合,开展I/M制度评估,通过督促排放不合格的车辆进行维护或对其实施强制报废等手段,以期有效降低车辆尾气污染。

  (5)有利于规范新车管

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