黎 楓，郝向麟，王玉兵

（1.佛山市南海區(qū)機(jī)動(dòng)車排氣污染管理所，廣東 佛山 528200；2.中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京 100102；3.河北峪耳崖黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司，河北 承德 067601）

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全國機(jī)動(dòng)車保有量呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢(shì)。據(jù)公安部交管局統(tǒng)計(jì)[1]，截至2012年6月底，全國機(jī)動(dòng)車總保有量達(dá)2.33億輛，其中汽車就達(dá)到1.14億輛，廣東省和山東省的機(jī)動(dòng)車保有量超過了2 000萬輛，佛山市在今年第三季度進(jìn)入機(jī)動(dòng)車保有量百萬城市的行列中。機(jī)動(dòng)車保有量的大幅度增加，雖然極大地方便了交通運(yùn)輸，然而隨之而來的機(jī)動(dòng)車排氣污染也成為城市大氣污染的主要來源。機(jī)動(dòng)車排放的污染物主要是一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）及氮氧化物（NOx），我國這3種氣體污染物已占空氣總污染物的79%[2]。因此，控制機(jī)動(dòng)車排氣污染已成為當(dāng)前環(huán)境污染治理的首要任務(wù)之一，而加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車排氣監(jiān)測(cè)則是控制機(jī)動(dòng)車排氣污染的前提和基礎(chǔ)。目前我國機(jī)動(dòng)車檢測(cè)主要采用怠速法、自由加速煙度法等，但這些方法的缺陷也很明顯：與實(shí)際路況排放效果差異大、檢測(cè)效率低、社會(huì)經(jīng)濟(jì)成本高等[3]。

1988年，美國丹佛大學(xué)率先成功采用非分光紅外法測(cè)出汽車尾氣中的CO，隨后通用汽車公司和休斯公司研制出的樣機(jī)可用于CO、CO2、HC及背景值的檢測(cè)。1995年新西蘭首先啟用了路面監(jiān)測(cè)汽車排放的遙測(cè)系統(tǒng)，之后在美國、加拿大、墨西哥、日本、新加坡、澳大利亞、英國以及中國臺(tái)灣、香港等國家或地區(qū)得到了重視和應(yīng)用[4]。2000年北京市和2002年廣州市先后從國外引進(jìn)了機(jī)動(dòng)車排氣遙測(cè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試研究[5]。北京市于2005年底發(fā)布了DB11/318-2005《裝用點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣污染物限值及檢測(cè)方法（遙測(cè)法）》，規(guī)定了遙測(cè)法檢測(cè)點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣污染物的排放限值和檢測(cè)方法。2008年底，廣東省環(huán)保局發(fā)布了省標(biāo)DB44/T 594-2009《在用汽車排氣污染物限值及檢測(cè)方法（遙測(cè)法）》，不僅檢測(cè)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車（包括氣用燃料車），也檢測(cè)柴油車，而且污染物排放限值比DB11/318-2005更為嚴(yán)格。由于遙測(cè)法具有檢測(cè)成本低、效率高、不影響車輛正常行駛、真實(shí)反映車輛路面排放狀況以及有利于高排污車輛的鑒別與低排污車輛的篩選等突出優(yōu)點(diǎn)，可以預(yù)見遙測(cè)技術(shù)終將在我國機(jī)動(dòng)車排氣污染物檢測(cè)中獲得更加廣泛的應(yīng)用，也必將成為控制機(jī)動(dòng)車排氣污染的利器和尖兵。

1 遙測(cè)技術(shù)的基本原理

1.1 設(shè)備組成和測(cè)試原理

機(jī)動(dòng)車排氣遙測(cè)設(shè)備主要由排氣分析系統(tǒng)、行駛狀況檢測(cè)系統(tǒng)、車牌信息記錄系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)4個(gè)部分組成。排氣分析系統(tǒng)的核心部件是氣體分析儀-光源/探測(cè)模塊，其發(fā)射的測(cè)試光束（紅外光和紫外光）經(jīng)道路對(duì)面的反射鏡反射后再被分析模塊接收。當(dāng)車輛通過測(cè)試光束時(shí)，尾氣會(huì)選擇性吸收這些光束特定波段的紅外光或紫外光，分析模塊通過分析吸收光譜的變化，就能計(jì)算出CO、CO2、HC、NOx排放濃度。行駛狀況檢測(cè)系統(tǒng)由速度、加速度模塊組成，通過三點(diǎn)測(cè)量時(shí)間法計(jì)算經(jīng)過車輛的速度和加速度。車牌信息記錄系統(tǒng)使用攝像儀對(duì)被測(cè)車輛信息進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)則將采集到的信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)并實(shí)時(shí)顯示。遙測(cè)設(shè)備系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 遙測(cè)設(shè)備系統(tǒng)安裝示意圖

1.2 測(cè)試條件

1.2.1 環(huán)境條件

環(huán)境條件對(duì)遙測(cè)法檢測(cè)機(jī)動(dòng)車排氣是有影響的，如雨雪天、霧天、灰霾天、沙塵天等天氣會(huì)造成不穩(wěn)定的背景值，對(duì)測(cè)量結(jié)果造成較大偏差。揚(yáng)塵或附近有鍋爐、窯爐排煙的地方也不宜開展檢測(cè)工作。風(fēng)速過大也會(huì)造成很大干擾，從而影響測(cè)量結(jié)果。DB44/T 594-2009給出的測(cè)試點(diǎn)環(huán)境條件是：（1）風(fēng)速不能持續(xù)超過10m/s；（2）環(huán)境溫度在5～45℃范圍內(nèi)；（3）相對(duì)濕度小于80%。

1.2.2 路面條件和行駛工況

路面狀況不良會(huì)影響光束捕捉車輛排氣煙羽量，下坡道會(huì)使車輛負(fù)荷不準(zhǔn)確，所以要求路面平坦，并且最好有一定坡度的上坡路面。文獻(xiàn)[4]推薦坡度為0°～5°之間。目前的標(biāo)準(zhǔn)DB44/T 594-2009要求道路為單車道行駛，車輛間距要保證兩輛車先后通過測(cè)試點(diǎn)的時(shí)間不小于1 s。

1.3 遙測(cè)法檢測(cè)項(xiàng)目和污染物限值

DB44/T 594-2009規(guī)定汽油車（包括液化石油氣和天然氣）檢測(cè)CO和HC，柴油車檢測(cè)不透光煙度。其具體要求見表1。

表1 DB44/T 594-2009遙測(cè)法檢測(cè)項(xiàng)目和污染物限值

DB44/T 594-2009不檢測(cè)NOx，這主要與遙測(cè)法與其他常規(guī)方法偏差大有關(guān)。據(jù)研究[6-7]，遙測(cè)法與ASM5025工況法、高怠速法進(jìn)行對(duì)比，CO的檢測(cè)結(jié)果相關(guān)性較強(qiáng)，而HC的相關(guān)性較差，NOx的差別更是在幾十倍以上。

2 遙測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究

2.1 測(cè)試數(shù)據(jù)

實(shí)車試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)測(cè)試獲得1 564組數(shù)據(jù)，剔除異常數(shù)據(jù)后得到1 512組有效數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)有效率為96.68%。綜合有效數(shù)據(jù)，得到統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 有效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

2.2 數(shù)據(jù)分析

2.2.1 高排污車輛篩選分析

高排污車輛是指污染物排放比正常車輛高2～3倍的車輛[8]。目前，遙測(cè)法與其他常規(guī)法檢測(cè)結(jié)果還是有一定差別，大多數(shù)地區(qū)采用遙測(cè)法僅作參考，不做判別依據(jù)，但是遙測(cè)法用于篩選高排污車輛受到較多肯定，實(shí)踐中使用遙測(cè)法選出高排污車輛，再使用常規(guī)方法進(jìn)行驗(yàn)證和判別是不錯(cuò)的做法。本文按照DB44/T 594-2009關(guān)于2001年10月1日后的指標(biāo)限值為依據(jù)，將超過限值的排污車輛作為高排污車輛，由于DB44/T 594-2009沒有規(guī)定NOx限值，NOx不作為判斷高排污車輛依據(jù)，僅作為參考。另外，由表1可見不透光度都沒有超過25%，所以可以不用考慮不透光度。現(xiàn)假定所有車輛的排量相同，以高排污車輛濃度之和除以所有有效車輛濃度之和作為高排污車輛污染物排放量占所有有效車輛污染物排放量的比例，如圖2所示。

圖2 高排污車輛污染物排放量占所有有效車輛污染物排放量的比例

由圖2可知，僅占所有有效車輛數(shù)量10.98%的高排污車輛，其排放的污染物量以CO計(jì)占所有有效車輛排放污染物量的49.45%，這與文獻(xiàn)介紹的30%～80%[2]（50%[4，8]）的機(jī)動(dòng)車排放污染物來自10%的高排污車的研究結(jié)果基本上是吻合的。這進(jìn)一步表明篩選高排污車是治理機(jī)動(dòng)車排氣污染的有效途徑。

2.2.2 比功率分布與污染物排放濃度的關(guān)系

比功率（VSP）是指車輛行駛過程中，單位車輛質(zhì)量的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的實(shí)際功率（單位為kW/t）。比功率主要用來克服車輪旋轉(zhuǎn)阻力、空氣動(dòng)力學(xué)阻力以及增加車輛動(dòng)能和勢(shì)能所增加的功率。比功率簡(jiǎn)化之后的計(jì)算式為

式中：ν——車輛行駛速度，m/s；

a——車輛行駛加速度，m/s2；

α——路面坡度角度，（°）。

由實(shí)車試驗(yàn)得所有有效車輛VSP分布與排放CO、HC、NOx濃度之間的關(guān)系圖，如圖3所示。

圖3 比功率分布區(qū)間與CO、HC、NOx排放濃度之間的關(guān)系散點(diǎn)圖

由圖3可知，測(cè)試的排污濃度主要集中在比功率0～6 kW/t區(qū)間內(nèi)，更細(xì)分是在 0.6～5.4 kW/t區(qū)間內(nèi)。明確比功率區(qū)間的意義在于：在相同的比功率區(qū)間內(nèi)，不同測(cè)量之間會(huì)顯示基本一致的變化趨勢(shì)，這對(duì)于確保遙測(cè)測(cè)量的一致性以及與其他常規(guī)測(cè)量方法（如怠速法）有可比性，都是非常重要的[2]。另外比功率區(qū)間的確定對(duì)于建立和改進(jìn)高排污車輛鑒別模型也有幫助，例如當(dāng)測(cè)試結(jié)果不在可靠的比功率區(qū)間內(nèi)時(shí)，就說明誤判的可能性較大，這樣就減少了遙測(cè)法誤判的概率。研究表明，機(jī)動(dòng)車的VSP能夠更真實(shí)地反映被測(cè)車輛運(yùn)行工況與污染物排放量之間的關(guān)系。

2.2.3 排氣中CO、HC、NOx濃度與CO2濃度的相關(guān)性分析

遙測(cè)技術(shù)在監(jiān)測(cè)機(jī)動(dòng)車排氣時(shí)，由于尾氣煙羽非常不穩(wěn)定，所以不是直接測(cè)量煙羽中的污染物濃度，而是測(cè)量CO、HC、NOx相對(duì)CO2的體積比系數(shù)（濃度比）。對(duì)同一煙羽，這些體積比系數(shù)在不同位置基本上是穩(wěn)定的。令QCO=CO/CO2、QHC=HC/CO2、QOX=NOx/CO2，有下面關(guān)系[3]：

圖4 CO、HC、NOx與CO2關(guān)系散點(diǎn)圖

以測(cè)試數(shù)據(jù)CO、HC、NOx的濃度對(duì)CO2濃度關(guān)系做散點(diǎn)圖，如圖4所示。

由圖4可知，CO與CO2線性相關(guān)性很強(qiáng)，所有點(diǎn)都穿過了擬合直線；而HC、NOx與CO2沒有明顯的線性相關(guān)性。對(duì)CO與CO2進(jìn)行回歸分析，其R、R2、調(diào)整R2均為1.000，估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤為0.00497；方差分析F=69 384 153.45，P=0.000，說明相關(guān)性非常強(qiáng)。其線性回歸方程為

3 結(jié)束語

遙測(cè)技術(shù)作為一項(xiàng)有一定優(yōu)勢(shì)的機(jī)動(dòng)車排氣監(jiān)測(cè)技術(shù)，雖然目前應(yīng)用上還有些問題，主要是NOx、HC的檢測(cè)結(jié)果與常規(guī)檢測(cè)方法的相關(guān)性較差，但其用于篩選高排車的效率卻是非常出色的。因此，當(dāng)前將遙測(cè)技術(shù)用于大批量的道路監(jiān)測(cè)，篩選出高排污車輛再用常規(guī)方法進(jìn)行復(fù)測(cè)，有利于高排污車輛的污染治理。

[1]公安部交管局.全國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)2.33億輛 駕駛?cè)藬?shù)量達(dá)2.47億人[EB/OL].[2012-07-17].http://www.mps.gov.cn/n16/n1282/n3553/3413423.htm l.

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