柴油车尾气林格曼黑度测量方法发展现状

孔繁国 邓杰成 徐德伟

（佛山市南海区环境保护监测站 广东佛山 528200）

引言

随着经济的发展，机动车保有量的与日俱增，机动车尾气在大气污染中占比不断上升，已成为影响空气质量的重要因素。而柴油车的NOx和颗粒物贡献在机动车尾气中占比高达80%，是重点污染源。机动车尾气测量新国标和遥感法已都已将林格曼黑度列入到柴油车的测量指标中，加强柴油车监管。柴油车尾气林格曼黑度测量方法目前仍处在发展阶段，本文将结合实例介绍其发展现状。

1 林格曼黑度[1]

林格曼黑度是将排气污染物颜色与林格曼浓度图对比得到的一种烟尘浓度表示法，分为0-5级。对应林格曼浓度图有六种，0级为全白，1级黑度为20%，2级为40%，3级为60%，4级为80%，5级为全黑。[1]林格曼黑度最初用于企业烟囱的烟气黑度测量，在根据使用场景改进后被引入到柴油车尾气测量中。传统机动车尾气指标相比，林格曼黑度具有可视性和直观性，还能便捷地用于行驶中机动车尾气的测量。在最新的遥感检测法（HJ845-2017）和柴油车限值及测量方法（GB3847-2018）中均已将林格曼黑度纳入到柴油车排气污染物测量指标中，作为控制柴油车污染的重要手段和依据。

2 测量方法

目前，林格曼黑度在机动车污染控制领域的使用才刚刚起步，借鉴了工业源监测上的一些原有方法，同时在结合信息和图像技术后，也产生了新的测量方法。林格曼黑度的三种主要测量方法介绍如下。

2.1 林格曼标准图谱法[1]

林格曼标准图谱法是最原始、最基本的林格曼黑度测量方法。该方法要求，在相似的天空背景下设置林格曼烟气黑度图，观测人员在足够距离处连续观测排气黑度（一般选择排气黑度最大处观测），将排气黑度与林格曼烟气黑度图比较，记下最大值作为测量结果。

该方法所需设备简单，操作简便，但易受主观因素影响，准确度和稳定性较差，人员需求量大，无法用于在线监测。根据当前机动车污染控制工作的需求，该方法难以作为林格曼黑度测量的主要方法，但由于其为最基础之方法，故可作为视为其他方法开发的基石，或作为日常监管中的辅助手段。

2.2 光电测烟仪法[2]

光电测烟仪法顾名思义就是使用光电测烟仪进行林格曼黑度测量的方法。光电测烟仪是半自动化的林格曼黑度测量仪器，该仪器利用光学系统搜集烟的图像，把烟的透光率和仪器内部的标准黑度板透光率比较，通过光学系统处理，把光信号变成电信号输出，从而显示烟气的黑度。该仪器结果重复性和稳定性较好，仪器反应时间较快，基本可满足连续瞬时值的测量需要。光电测烟仪使用前需进行光照背景值测量，而且光照背景值在后续测量过程中变化不能太大，在工业烟囱测量中一般以天空作为背景，但机动车尾气测量中这一要求难以实现。目前已有相关研究表明，通过设置合适光强的背景面可达到该仪器使用条件的要求，让该方法在机动车尾气测量中使用成为可能。

2.3 基于视频拍摄的遥感检测法[3]（黑烟车电子抓拍技术）

基于视频拍摄的遥感检测法在HJ845-2017中被首次提出，让林格曼黑度测量方法有了新的路径。作为代表的黑烟车电子抓拍技术已在全国多个省市先后落地，既是林格曼黑度测量的新方法，也是目前柴油车林格曼黑度测量使用较为广泛的方法。黑烟车电子抓拍技术是动态图像识别技术在环保监测领域的延伸，通过分析抓拍场景中一定时间段的过车视频，运用光流矢量、色彩纹理及动态建模等算法分离烟气本体，并将烟气本体灰度与预设的林格曼标准图谱比对，从而测量出烟气的林格曼黑度值。当前不断有研究在完善该方法的测量和溯源体系，为该方法的进一步发展提供有力支持。[4]下面就结合南方某地区开展黑烟车电子抓拍的先进经验，介绍该方法的特点。

首先，该地区共设置了25个黑烟车点抓拍监控点位，实现了对于行驶车辆的即时筛查。2018年全年筛查车辆超过六百多万车次，抓拍黑烟柴油车6771车次，而同期传统路检抽查车辆9571车次，发现超标车辆仅148车次，可见黑烟车电子抓拍技术筛查效率比传统方法大大提高。其次，黑烟车电子抓拍技术仅需零点几秒即可自动识别出黑烟车，该地区环保部门仅用6人即可完成黑烟车监控工作，结合信息技术，自动化和智能化水平高，能有效节省人力资源。再次，在地方立法后，该地区已将2083辆黑烟车移送公安交警部门处理，实现了多部门联动，让环保执法真正落地，效能大为提升。然后，在数据积累后还能进行重点高排车辆的行驶轨迹筛查、排放阶段统计、型号统计等一系列的大数据分析应用，为高排车辆的精准防控提供有力支持。[5],[6]

结语

随着林格曼黑度被纳入到柴油车尾气检测的标准体系中，机动车尾气林格曼黑度的测量方法迎来了发展机遇。目前常见的三种测量方法均有各自特点和主要应用场景。作为新方法出现的黑烟车电子抓拍技术由于具有自动化和智能化特点，目前具有宽广的应用前景。该方法为在用柴油车的在线监测提供了一条有效路径。此外，伴随科学进步、机动车污染控制形势变化和柴油车污染防治攻坚战的开展，想必会有更多新技术和新方法在这一领域涌现，让柴油车尾气林格曼黑度测量更加高效和准确。