浅谈机动车尾气排放遥感监测

南京交通职业技术学院汽车工程学院 边 伟南京通久汽车销售服务有限公司 童久利

浅谈机动车尾气排放遥感监测

南京交通职业技术学院汽车工程学院 边 伟南京通久汽车销售服务有限公司 童久利

第十二届全国人民代表大会第五次会议3月5日在人民大会堂举行开幕会，李克强总理作政府工作报告时指出，2017年要坚决打好蓝天保卫战；二氧化硫、氮氧化物排放量要分别下降3%，重点地区细颗粒物（PM2.5）浓度明显下降。李克强表示，治理雾霾一要加快解决燃煤污染问题；二要全面推进污染源治理；三要强化机动车尾气治理；四要有效应对重污染天气；五要严格环境执法和督查问责。由此可见，机动车尾气排放污染问题已经引起国家的高度重视。如何找到和治理高排放车是人们必须面对的一个现实问题。

有报道称，从2016年11月开始，哈尔滨市机动车排气污染管理办公室的5台遥感监测车走上街头，对机动车尾气排放物进行检测。今年以来，共检测车辆61 211台，查出高排放车辆1 209台，占1.9%，哈尔滨市机动车排气污染管理办公室已陆续通知车主，要求其维修车辆并进行复检，逾期不参加复检的将被处以500元罚款。哈尔滨市现有的5台遥感检测车装有汽柴一体式机动车尾气遥感检测系统，能分析出经过的车辆尾气中的一氧化碳、二氧化碳等污染物浓度，同时，摄像机能快速抓拍车辆牌照，与检测数据进行匹配并存储，整个过程只需要1 s。本文就来谈谈机动车尾气排放遥感监测的相关问题。

1 机动车尾气排放遥感监测的必要性

随着我国经济社会持续快速发展，机动车保有量继续保持高速增长态势，机动车带来的环境污染问题日显突出。公安部交管局最新统计数据显示，截至2017年3月底，全国机动车保有量首次突破3亿辆，其中汽车达2亿辆，近5年年均增加1 400万辆，2017年一季度，全国新注册登记机动车820万辆，与2016年同期基本持平。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。

随着我国机动车尾气排放标准逐步升级，在道路上行驶的各种车辆排放水平有很大差距。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。目前控制机动车尾气排放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《中华人民共和国道路交通安全法》实施后，交警部门在机动车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。三是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，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；工况法检测则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年起，我国非营运性机动车年检制度取消，改为每6年1次，改变了现行的机动车尾气强制性检测模式。加上目前我国城市机动车尾气在线排放监控几乎空白，这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。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，其尾气排污情况会有很大变化，车主也很难关心到其车辆的尾气排放是否依旧超标，除定期检验外管理部门也没有其他更有效的手段，这也就造成了监管空白。机动车尾气排放遥感监测技术凭借其快速、灵便和监测面广的优点越来越受到人们的关注和信赖，它主要应用在发现高排放车辆、豁免清洁车辆、地区性排放因子特征的研究和评估等3个方面。采用遥感测量方法对在道路上行驶的机动车进行污染物排放监测，一旦发现污染物排放严重的车辆，可以通知车主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。遥感监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。

2 机动车尾气排放遥感监测

2.1 机动车尾气排放遥感监测发展、应用状况

机动车尾气遥感检测技术于20世纪80年代末就开始在美国出现，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。在香港、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、中山、佛山、肇庆、东莞等很多城市都已经配备了机动车尾气遥感监测系统。采用机动车尾气排放遥感监测系统对道路行驶中的车辆进行尾气监测，可以快速地发现行驶中的高排放车辆，是最有效、最经济、最方便的在用机动车尾气监测方法，具有是快速、检测效率高（每个监测点一天可检测5 000辆以上，效率是传统方法的10倍以上）、不影响车辆正常行驶、防止舞弊、不会造成交通堵塞、对清洁车辆自动豁免、自动化程度高和和能较真实反映车辆道路实际排放状况等突出优点，并且监测人员受污染程度大大减少，劳动强度大大降低，避免了和车主的正面冲突，工作环境更加健康安全。目前各地大多采取车载式遥感监测（图1）和固定式遥感检测方式，其中固定式遥感检测又包括单车道对测式遥感监测（图2）和多车道龙门架式遥感监测。固定式机动车尾气遥感监测系统适用于多点布设，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”的筛选、识别和I/M制度项目评估等管理。车载式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。

2.2 机动车尾气排放遥感监测内容

机动车尾气排放遥感监测的内容主要是机动车尾气排放的污染物（CO、CO2、HC、NOx）、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。尾气排放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 s就能检测出一辆车所排放的CO、CO2、HC、NOx、烟度等污染指标。

图1 车载式遥感监测

图2 单车道对测式遥感监测

图3 多车道龙门架式遥感监测

（2）车辆行驶速度。尾气排放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尾气检测误差。

（3）记录车辆牌照。尾气排放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。

2.3 机动车尾气排放遥感监测系统的组成和工作原理

无论是车载式遥感监测，还是单（多）车道固定式遥感监测，其基本组成均包括光源发射/接收端、反射镜、视频车牌捕捉系统、车辆行驶速度/加速度检测系统工控机、气象站及机动车尾气排放遥感监测控制软件等。

机动车尾气排放遥感检测是一种实验室光谱分析技术，因此又被称为长光程吸收光谱法，它能对道路上正常行驶的机动车所排放的污染物的浓度进行监控。其主要的工作原理是，通过遥测设备的光源发生器向道路对面的光学反光镜发送紫外光和红外光（或激光），光学反光镜会将其反射到检测器中。道路上行驶的车辆通过这些光束时，车辆排出的尾气会对紫外光和红外光（或激光）同时产生吸收，从而改变透射光的强度，从而通过对检测器中光强的变化进行检测，使用红外光（或激光）对道路行驶的机动车排放的CO、CO2和HC进行测量，使用紫外光对道路行驶的机动车排放的NOx进行测量，车辆的行驶速度和加速度则使用另一束单独激光测量。采用红外及紫外光路一体化技术，同一设备可实现所有气体污染物及颗粒物的测量，可以同时检测汽油车、柴油车及CNG车，可大大降低设备体积及能耗，增加安装及使用便易性。

机动车尾气排出后，会立即向周围的空气中扩散和稀释，其浓度也会发生变化，空气扰动和风向风速等因素会影响机动车尾气的稀释浓度，因此，通过直接测量排气烟羽中的各污染物浓度的方式并不能有效地反映车辆的实际排放状况。事实上，机动车尾气排放遥测是使用了CO2作为参比气体进行各种排气污染物的测量，例如NOx/CO2、HC/CO2、CO/CO2等，之后再依据一定的公式进行推导和计算，从而得出机动车尾气中各种气体的绝对浓度。

3 机动车尾气排放遥感监测存在的问题及对策

3.1 机动车尾气排放遥感检测存在的问题

（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，由于各地环境监测人力和技术能力的不足，无法实现“全天候”机动车尾气监测，“黄标车”、“超标车”的管理无法完全到位；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套～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污染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。究其原因是：单车道的选择必须满足遥感监测条件；高污染排放车和黄标车的捕捉率差；车型的差别（如排气管高度的不一致）会造成尾气测量误差；当两辆车同时通过车道时便会导致尾气检测失败。

（3）多车道固定式遥感监测系统同单车道固定式遥感对测方式一样，可实现无人值守和全天候同步监测，且可在不影响机动车行驶的情况下多车道同时进行尾气检测。但也存在因车型的差别（如排气管高度的不一致）造成的尾气测量误差问题。

3.2 遥感监测管控城市机动车尾气排放的对策

虽然目前国内很多城市都陆续配置了相应的机动车尾气排放遥感监测设备，但由于各地环境监测人力和技术能力不足，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。笔者认为，要实现城市机动车尾气污染控制与减排的要求，应以车载式遥感监测系统为辅助，采用单车辆对测式和多车道龙门架式机动车尾气遥感监测方法，按照“科学的测点布局、严格的数据质控、先进的检测技术”的思路，采取“统一规划、统一标准、统一建设和统一运营”的模式，进行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。

（1）在城市的主干线（如高速公路、国道/省道出入口）和城市交通密集区路段，安装龙门架固定式遥感监测设备进行多车道的行驶车辆尾气排放监测，以大量、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。

（2）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。

（3）采取内置标气池日校准、标气定期校准的双模式实施监测数据的质控，保证遥测数据的可靠性。

（4）可以采用“建设+运营一体化”设模式，按照“统一规划、统一标准、统一建设、统一运营管理”的原则推进城市机动车尾气遥感监测，不但可弥补环境监测人员的人力和技术不足的问题，强化环境管理部门的监管职能，还可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。

2017-04-20）

江苏省教育厅高校哲学社会科学研究项目《校企合作双主体办学机制的创新研究》（项目编号为2016SJD880033）和南京交通职业技术学院科研项目《顾客认知价值对轿车升级消费影响调查研究-以南京地区为例》（项目编号为JR1602）