南京交通職業(yè)技術學院汽車工程學院 邊 偉南京通久汽車銷售服務有限公司 童久利

淺談機動車尾氣排放遙感監(jiān)測

南京交通職業(yè)技術學院汽車工程學院 邊 偉南京通久汽車銷售服務有限公司 童久利

第十二屆全國人民代表大會第五次會議3月5日在人民大會堂舉行開幕會，李克強總理作政府工作報告時指出，2017年要堅決打好藍天保衛(wèi)戰(zhàn)；二氧化硫、氮氧化物排放量要分別下降3%，重點地區(qū)細顆粒物（PM2.5）濃度明顯下降。李克強表示，治理霧霾一要加快解決燃煤污染問題；二要全面推進污染源治理；三要強化機動車尾氣治理；四要有效應對重污染天氣；五要嚴格環(huán)境執(zhí)法和督查問責。由此可見，機動車尾氣排放污染問題已經引起國家的高度重視。如何找到和治理高排放車是人們必須面對的一個現(xiàn)實問題。

有報道稱，從2016年11月開始，哈爾濱市機動車排氣污染管理辦公室的5臺遙感監(jiān)測車走上街頭，對機動車尾氣排放物進行檢測。今年以來，共檢測車輛61 211臺，查出高排放車輛1 209臺，占1.9%，哈爾濱市機動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行復檢，逾期不參加復檢的將被處以500元罰款。哈爾濱市現(xiàn)有的5臺遙感檢測車裝有汽柴一體式機動車尾氣遙感檢測系統(tǒng)，能分析出經過的車輛尾氣中的一氧化碳、二氧化碳等污染物濃度，同時，攝像機能快速抓拍車輛牌照，與檢測數(shù)據(jù)進行匹配并存儲，整個過程只需要1 s。本文就來談談機動車尾氣排放遙感監(jiān)測的相關問題。

1 機動車尾氣排放遙感監(jiān)測的必要性

隨著我國經濟社會持續(xù)快速發(fā)展，機動車保有量繼續(xù)保持高速增長態(tài)勢，機動車帶來的環(huán)境污染問題日顯突出。公安部交管局最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2017年3月底，全國機動車保有量首次突破3億輛，其中汽車達2億輛，近5年年均增加1 400萬輛，2017年一季度，全國新注冊登記機動車820萬輛，與2016年同期基本持平。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(fā)的重要成因。據(jù)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(shù)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。根據(jù)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(jiān)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(fā)生時，機動車尾氣排放的貢獻率相應大幅度增加。

隨著我國機動車尾氣排放標準逐步升級，在道路上行駛的各種車輛排放水平有很大差距。有效降低機動車排放對環(huán)境空氣質量的污染，發(fā)現(xiàn)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。目前控制機動車尾氣排放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(jiān)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(jiān)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《中華人民共和國道路交通安全法》實施后，交警部門在機動車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。三是傳統(tǒng)的監(jiān)測方法為接觸式檢測，對機動車排氣管采樣，然后用常規(guī)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，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；工況法檢測則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年起，我國非營運性機動車年檢制度取消，改為每6年1次，改變了現(xiàn)行的機動車尾氣強制性檢測模式。加上目前我國城市機動車尾氣在線排放監(jiān)控幾乎空白，這給環(huán)保部門開展高排放車和黃標車污染的管理增加了更大的難度。事實上，車輛在一個年檢周期后上路行駛時，由于保養(yǎng)維修、載重負荷、駕駛習慣等原因，其尾氣排污情況會有很大變化，車主也很難關心到其車輛的尾氣排放是否依舊超標，除定期檢驗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。機動車尾氣排放遙感監(jiān)測技術憑借其快速、靈便和監(jiān)測面廣的優(yōu)點越來越受到人們的關注和信賴，它主要應用在發(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估等3個方面。采用遙感測量方法對在道路上行駛的機動車進行污染物排放監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)污染物排放嚴重的車輛，可以通知車主到當?shù)貦C動車排放檢測機構按照當?shù)匾?guī)定的檢測方法進行污染物排放檢測。遙感監(jiān)測過程中所錄入的大量信息數(shù)據(jù)還能為管理層和社會提供審計、篩選、檢查、城考、限行、區(qū)域排比等多方面的技術參數(shù)，可反復使用，為環(huán)境管理提供可靠依據(jù)，與傳統(tǒng)的檢驗方法相比具有巨大的社會效益和經濟效益。

2 機動車尾氣排放遙感監(jiān)測

2.1 機動車尾氣排放遙感監(jiān)測發(fā)展、應用狀況

機動車尾氣遙感檢測技術于20世紀80年代末就開始在美國出現(xiàn)，目前已經在北美、歐洲、東亞等國家和地區(qū)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(jiān)測、固定式遙感監(jiān)測等。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配備了機動車尾氣遙感監(jiān)測系統(tǒng)。采用機動車尾氣排放遙感監(jiān)測系統(tǒng)對道路行駛中的車輛進行尾氣監(jiān)測，可以快速地發(fā)現(xiàn)行駛中的高排放車輛，是最有效、最經濟、最方便的在用機動車尾氣監(jiān)測方法，具有是快速、檢測效率高（每個監(jiān)測點一天可檢測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、不會造成交通堵塞、對清潔車輛自動豁免、自動化程度高和和能較真實反映車輛道路實際排放狀況等突出優(yōu)點，并且監(jiān)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（圖1）和固定式遙感檢測方式，其中固定式遙感檢測又包括單車道對測式遙感監(jiān)測（圖2）和多車道龍門架式遙感監(jiān)測。固定式機動車尾氣遙感監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)控，還可與城市機動車尾氣排放年檢管理系統(tǒng)結合，開展“黃標車”、“超標車”的篩選、識別和I/M制度項目評估等管理。車載式遙感監(jiān)測系統(tǒng)可用于應急或臨時性移動執(zhí)法以及單車道固定執(zhí)法，機動性和靈活性較強。

2.2 機動車尾氣排放遙感監(jiān)測內容

機動車尾氣排放遙感監(jiān)測的內容主要是機動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）機動車污染排放的實時性數(shù)據(jù)。尾氣排放遙感檢測設備可以在道路上同時監(jiān)測汽油車和柴油車，并對采集的數(shù)據(jù)進行分析，做出判斷，鑒別出“高污染”、“高排放”車輛。只需0.7 s就能檢測出一輛車所排放的CO、CO2、HC、NOx、煙度等污染指標。

圖1 車載式遙感監(jiān)測

圖2 單車道對測式遙感監(jiān)測

圖3 多車道龍門架式遙感監(jiān)測

（2）車輛行駛速度。尾氣排放遙感檢測設備還可通過車輛觸發(fā)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(fā)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(tài)下而產生的尾氣檢測誤差。

（3）記錄車輛牌照。尾氣排放遙感檢測設備還配備了數(shù)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(tǒng)，將照片和該車的排放數(shù)據(jù)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(jù)。

2.3 機動車尾氣排放遙感監(jiān)測系統(tǒng)的組成和工作原理

無論是車載式遙感監(jiān)測，還是單（多）車道固定式遙感監(jiān)測，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/加速度檢測系統(tǒng)工控機、氣象站及機動車尾氣排放遙感監(jiān)測控制軟件等。

機動車尾氣排放遙感檢測是一種實驗室光譜分析技術，因此又被稱為長光程吸收光譜法，它能對道路上正常行駛的機動車所排放的污染物的濃度進行監(jiān)控。其主要的工作原理是，通過遙測設備的光源發(fā)生器向道路對面的光學反光鏡發(fā)送紫外光和紅外光（或激光），光學反光鏡會將其反射到檢測器中。道路上行駛的車輛通過這些光束時，車輛排出的尾氣會對紫外光和紅外光（或激光）同時產生吸收，從而改變透射光的強度，從而通過對檢測器中光強的變化進行檢測，使用紅外光（或激光）對道路行駛的機動車排放的CO、CO2和HC進行測量，使用紫外光對道路行駛的機動車排放的NOx進行測量，車輛的行駛速度和加速度則使用另一束單獨激光測量。采用紅外及紫外光路一體化技術，同一設備可實現(xiàn)所有氣體污染物及顆粒物的測量，可以同時檢測汽油車、柴油車及CNG車，可大大降低設備體積及能耗，增加安裝及使用便易性。

機動車尾氣排出后，會立即向周圍的空氣中擴散和稀釋，其濃度也會發(fā)生變化，空氣擾動和風向風速等因素會影響機動車尾氣的稀釋濃度，因此，通過直接測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際排放狀況。事實上，機動車尾氣排放遙測是使用了CO2作為參比氣體進行各種排氣污染物的測量，例如NOx/CO2、HC/CO2、CO/CO2等，之后再依據(jù)一定的公式進行推導和計算，從而得出機動車尾氣中各種氣體的絕對濃度。

3 機動車尾氣排放遙感監(jiān)測存在的問題及對策

3.1 機動車尾氣排放遙感檢測存在的問題

（1）車載式遙感監(jiān)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，由于各地環(huán)境監(jiān)測人力和技術能力的不足，無法實現(xiàn)“全天候”機動車尾氣監(jiān)測，“黃標車”、“超標車”的管理無法完全到位；一套車載式遙感監(jiān)測系統(tǒng)的價格比較高，現(xiàn)在每個城市通常只配置1套～2套，對于城市多出入口的監(jiān)測，還不能做到全天候同步監(jiān)控，無法滿足及時篩選和識別高污染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(xiàn)無人值守和全天候同步監(jiān)測，但車輛有效數(shù)據(jù)不高，高污染排放車輛的識別率不理想。究其原因是：單車道的選擇必須滿足遙感監(jiān)測條件；高污染排放車和黃標車的捕捉率差；車型的差別（如排氣管高度的不一致）會造成尾氣測量誤差；當兩輛車同時通過車道時便會導致尾氣檢測失敗。

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

3.2 遙感監(jiān)測管控城市機動車尾氣排放的對策

雖然目前國內很多城市都陸續(xù)配置了相應的機動車尾氣排放遙感監(jiān)測設備，但由于各地環(huán)境監(jiān)測人力和技術能力不足，未能實現(xiàn)“全天候”機動車尾氣監(jiān)測，“黃標車”、“超標車”的管理不能完全到位。筆者認為，要實現(xiàn)城市機動車尾氣污染控制與減排的要求，應以車載式遙感監(jiān)測系統(tǒng)為輔助，采用單車輛對測式和多車道龍門架式機動車尾氣遙感監(jiān)測方法，按照“科學的測點布局、嚴格的數(shù)據(jù)質控、先進的檢測技術”的思路，采取“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一建設和統(tǒng)一運營”的模式，進行城市交通干線出入口及環(huán)境敏感區(qū)的機動車尾氣遙感監(jiān)測網絡建設，實現(xiàn)對城市行駛機動車尾氣排放的全程管控。

（1）在城市的主干線（如高速公路、國道/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)測設備進行多車道的行駛車輛尾氣排放監(jiān)測，以大量、快速篩選“黃標車”、“綠標車”，同時監(jiān)控道路各時段的空氣質量情況。

（2）與城市機動車尾氣年檢管理系統(tǒng)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。

（3）采取內置標氣池日校準、標氣定期校準的雙模式實施監(jiān)測數(shù)據(jù)的質控，保證遙測數(shù)據(jù)的可靠性。

（4）可以采用“建設+運營一體化”設模式，按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一建設、統(tǒng)一運營管理”的原則推進城市機動車尾氣遙感監(jiān)測，不但可彌補環(huán)境監(jiān)測人員的人力和技術不足的問題，強化環(huán)境管理部門的監(jiān)管職能，還可通過專業(yè)化公司的運營服務來保證系統(tǒng)的運行正常和數(shù)據(jù)可靠性。

2017-04-20）

江蘇省教育廳高校哲學社會科學研究項目《校企合作雙主體辦學機制的創(chuàng)新研究》（項目編號為2016SJD880033）和南京交通職業(yè)技術學院科研項目《顧客認知價值對轎車升級消費影響調查研究-以南京地區(qū)為例》（項目編號為JR1602）