针对非道路移动源排放的空天地一体化综合治理系统设计
2021-01-26武建伟张华伟
武建伟 张华伟
1.中国电子科技集团公司第二十七研究所； 2.华北水利水电大学
一、引言
非道路移动源作为重要的生产和生活工具，对我国经济社会发展发挥了重要作用。这里的非道路移动源主要指工程机械、农业机械等非道路移动机械，与道路机动车相比，它们主要以柴油机为动力源，排放以氮氧化物和颗粒物为主，长期以来我国对非道路移动源排放缺乏有效的监督管理，这类机械普遍存在技术水平低、使用年限长、维护保养差、燃油消耗高、燃油质量差、排放污染大等特点，已逐渐成为影响我国城市和区域空气质量的一个重要来源。由于非道路移动源点多面广，流动性强，监管困难，排放控制面临诸多挑战。
二、迫切性
2013年国务院印发《大气污染防治行动计划》以来，通过实施能源结构调整、产业结构调整、重大减排工程等重大举措，到2017年，全国地级及以上城市可吸入颗粒物浓度比2012年下降10%以上，优良天数逐年提高；全国地级及以上城市PM10平均浓度比2013年下降22.7%。统计数据分析来看，燃煤、工业对PM2.5的贡献显著下降，但是移动源的下降幅度最小，其在现阶段的贡献率升高。2017年，“2+26”城市PM2.5来源解析初步研究结果表明，移动源（包括柴油车和非道路移动源）对PM2.5的贡献率约在10%至50%之间。
移动源对大气污染贡献率在升高，是新一轮大气污染物防控关键对象，其中，非道路移动机械减排潜力巨大。
三、政策背景
（一）国家层面
为进一步巩固成果，大幅减少主要大气污染物排放总量，进一步明显降低细颗粒物（PM2.5）浓度，明显减少重污染天数，国务院启动了2018-2020行动计划-打赢蓝天保卫战三年行动计划。
具体实施途径就包含调整运输结构，强化移动源污染治理，“推进老旧柴油车深度治理，具备条件的安装污染控制装置、配备实时排放监控终端，并与生态环境等有关部门联网，协同控制颗粒物和氮氧化物排放；开展非道路移动机械摸底调查，划定非道路移动机械低排放控制区，严格管控高排放非道路移动机械，重点区域2019年底前完成”。同时开展重大专项行动，打好柴油货车污染治理攻坚战，“建立天地车人一体化的全方位监控体系，推进工程机械安装实时定位和排放监控装置，建设排放监控平台，重点区域2020年底前基本完成”。
（二）省级层面
河南省人民政府印发了关于河南省污染防治攻坚战三年行动计划(2018—2020年)的通知，通过五个标志性攻坚战役，坚决打赢蓝天保卫战。其中包括柴油货车治理攻坚战，“划定高排放非道路移动机械禁用区。在全省范围内开展非道路移动机械摸底调查,并采取边排查边执法查处的形式,开展施工机械等非道路移动机械专项检查,严禁‘冒黑烟’等污染严重的施工机械进入工地施工。依托信息互联功能和空间定位技术,建立施工机械等非道路移动机械动态数据库和动态监控平台,全面掌控施工机械和车辆的位置信息、作业状况和排放情况”。
四、系统设计
（一）技术路线
为切实达到非道路移动源污染治理效果，构建集“油路车”综合治理、空天地三维监测及大数据效果评估于一体的综合管控平台。系统技术路线如下图所示，基于北斗定位、4G/5G移动通信、OBD、DPF/DOC处理，以及大数据、人工智能等技术手段，从工程机械污染源头入手，严格控制车辆用油油品，确保加装尾气净化装置，实时上报工程机械作业区域、实际工况信息到后台；同时结合天基、空基及地面监测手段，确保污染源作业监察无死角。
技术路线
（二）系统架构
主要由工程机械提标减排综合治理、空天地三维监管、大数据效果评估等三部分构成。系统架构如下图所示。
系统架构
（三）系统功能
1.基于卫星遥感的天基普查
①城区在建工地、周边露天矿区、农业机械集中作业区等重点区域的位置普查；
②相关重点区域的裸露土地监测；
③工地（非道路移动源作业区）布局分布情况统计展示；
④关注区域不同时段遥感影像数据比对分析等。
2.基于无人机载荷的航空详查
①城区在建工地、周边露天矿区、农业机械集中作业区等重点区域的位置详查；
②相关重点区域的八个百分百实施情况监测；
③相关重点区域内非道路移动源数量统计；
④相关重点区域上方空气质量实时网格化监测（PM2.5、PM10、NOx、CO等）；
⑤在建工地环保情况定期排查、突击检查等。
3.基于嵌入式智能终端的地面监测
①非道路移动源实时位置、作业轨迹上报；
②非道路移动源工作状态上报；
③非道路移动源电子标签（信息备案及查询）；
④工地非道路移动源油料溯源（监控加油车运行轨迹）；
⑤基于工作时间的非道路移动源油耗估算；
⑥提标减排后处理系统作业状态上报。
4.基于提标减排后处理系统的综合治理
①超标排放实时处理；
②作业状态实时上报；
③治理效果技术验证；
④设备异常及故障报警。
5.基于综合平台的管治效果评估
①基于卫星遥感影像图、标准地图的三维GIS综合展示；
②非道路移动源及其作业区域备案及相关信息实时展现；
③普查、详查、监测等手段的实时监管态势展现；
④尾气提标减排后处理综合效果评估；
⑤基于大数据的统计分析报表，移动源排放大气污染物超标系统自动识别和预警功能；
⑥环保业务系统接口扩展及接入，污染控制区移动源排放大气污染物实时监测与情报推送功能。
五、结束语
通过典型区域非道路移动源大气污染物排放综合治理应用示范，为区域大气颗粒物、NOx等浓度监测及治理提供技术和数据支撑，进而为制定大气环保相关政策提供依据。
项目成果可延伸到城区建设工地、城区周围露天矿场、农忙时农业机械密集区的大气污染物监测及治理；同时可延伸到移动源大气污染物排放综合治理领域；为政府提供服务平台，为环保治理产业化提供技术支撑和平台服务。
