黎少陽

（西南林業(yè)大學(xué)，云南 昆明650224）

非道路移動機(jī)械指一般情況下不在道路上行駛的機(jī)械類別，例如一些大型工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、林業(yè)機(jī)械以及裝卸機(jī)械。在農(nóng)業(yè)中比較常見的柴油機(jī)械有農(nóng)用拖拉機(jī)、收割機(jī)、播種機(jī)、農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)以及農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械。此類非道路移動柴油機(jī)械的排放物中的碳煙顆粒，是我國目前大氣污染PM2.5的重要來源，研究這類機(jī)械對防治大氣污染具有重要意義。

1 平臺搭建背景

《第二次全國污染源普查公報(bào)》數(shù)據(jù)顯示[1]，截至2017年末，全國統(tǒng)計(jì)匯總機(jī)動車保有量2.67億輛，工程機(jī)械保有量413.20萬臺。農(nóng)業(yè)機(jī)械柴油機(jī)總動力7.62億kW，營運(yùn)船舶數(shù)量27.82萬艘，鐵路內(nèi)燃機(jī)車燃油消耗量246.18萬t，民航飛機(jī)起降架次1 024.89萬次。僅2017年，大氣污染物排放量：二氧化硫42.08萬t，氮氧化物1 064.88萬t，顆粒物35.01萬t，揮發(fā)性有機(jī)物239.16萬t。其中，機(jī)動車污染源排放量：595.14萬t，顆粒物9.58萬t，揮發(fā)性有機(jī)物196.28萬t。非道路移動機(jī)械污染源排放量：二氧化硫42.08萬t，氮氧化物469.74萬t，顆粒物25.43萬t，揮發(fā)性有機(jī)物42.88萬t。非道路移動機(jī)械污染源排放量中，工程機(jī)械排放氮氧化物157.32萬t，顆粒物6.89萬t，揮發(fā)性有機(jī)物19.22萬t；農(nóng)業(yè)機(jī)械排放氮氧化物189.30萬t，顆粒物9.37萬t，揮發(fā)性有機(jī)物22.45萬t；營運(yùn)船舶在核算水域排放二氧化硫42.08萬t，氮氧化物102.48萬t，顆粒物8.44萬t；鐵路內(nèi)燃機(jī)排放氮氧化物13.37萬t，顆粒物0.49萬t，揮發(fā)性有機(jī)物0.72萬t；民航飛機(jī)排放氮氧化物7.27萬t，顆粒物0.24萬t，揮發(fā)性有機(jī)物0.49萬t。

面對我國大氣污染程度不斷加劇的現(xiàn)狀，非道路移動機(jī)械污染源在保有量遠(yuǎn)落后于道路機(jī)動車污染源的情況下，氮氧化物、顆粒物、揮發(fā)性有機(jī)物排放量逼近道路機(jī)動車污染源排放量。2019年7月29日，生態(tài)環(huán)境部辦公廳正式發(fā)文《關(guān)于加快推進(jìn)非道路移動機(jī)械摸底調(diào)查和編碼登記工作的通知》，按照《柴油貨車污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動計(jì)劃》的要求[2]，于2019年年底前完成在用非道路移動機(jī)械摸底調(diào)查和編碼登記，新購置或轉(zhuǎn)入的非道路移動機(jī)械，應(yīng)在購置或轉(zhuǎn)入之日起30日內(nèi)完成編碼登記。每臺工程機(jī)械需建立標(biāo)準(zhǔn)檔案，進(jìn)行實(shí)時定位，實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械信息化管理。

2 平臺存在的問題

目前，各省市建立的非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺僅僅對在用的非道路移動機(jī)械進(jìn)行登記以及北斗定位，并沒有對非道路移動機(jī)械進(jìn)行有效的監(jiān)測和管控。以河南省洛陽市非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺為例，該非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺目前的運(yùn)作是對全市所有非道路移動機(jī)械進(jìn)行登記注冊以及提供年檢、半年檢的服務(wù)。其中，登記注冊的內(nèi)容具體為登記設(shè)備信息、登記所有人信息、發(fā)放車牌號、加裝北斗、初檢排放顆粒物透光度情況，后續(xù)的年檢、半年檢均為顆粒物排放情況的核查以及北斗的檢查和維護(hù)。非道路移動機(jī)械初檢時加裝的北斗模塊，如圖1所示。

圖1 非道路移動機(jī)械初檢時加裝的北斗模塊

可見，該平臺并未對非道路移動機(jī)械進(jìn)行實(shí)時監(jiān)管，僅僅做到《柴油貨車污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動計(jì)劃》要求的建檔立案、實(shí)時定位以及實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械信息化管理，無法實(shí)現(xiàn)有效的實(shí)時監(jiān)管[3]。根據(jù)下一階段的需求，非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺下一步的升級完善，必然是在實(shí)時監(jiān)測的基礎(chǔ)上對非道路移動機(jī)械進(jìn)行監(jiān)督和管控，實(shí)現(xiàn)對非道路移動機(jī)械的動態(tài)多維度管理。

3 平臺可利用的現(xiàn)有技術(shù)

非道路移動機(jī)械監(jiān)管模式和平臺的完善，對我國非道路移動機(jī)械的排放現(xiàn)狀的改進(jìn)起到至關(guān)重要的作用。其中一些關(guān)鍵性技術(shù)的應(yīng)用，是極其有效果的，如RFID、OBD、區(qū)塊鏈、氮氧化物檢測儀等。

3.1 RFID（電子射頻識別技術(shù)）

在工信部及國防科聯(lián)合發(fā)布的《軍用技術(shù)轉(zhuǎn)民用推廣目錄（2018年度）》中提及的RFID電子射頻標(biāo)簽識別系統(tǒng)，可以有效應(yīng)用到物流行業(yè)。在非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺區(qū)域性以及復(fù)雜性的條件下，RFID技術(shù)可以有效應(yīng)用到監(jiān)管平臺上。通過給登記在冊的非道路移動機(jī)械安裝RFID電子標(biāo)簽，在特定場地安裝RFID接收設(shè)備，對安裝RFID的非道路移動機(jī)械進(jìn)行識別，有效掌握非道路移動機(jī)械運(yùn)行的時間、空間分布情況。這對于非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺的運(yùn)行起到了極其重要的作用，在后續(xù)的數(shù)據(jù)分析中，可以利用RFID采集的非道路移動機(jī)械運(yùn)行情況，在作業(yè)區(qū)域設(shè)置電子圍欄，對城市農(nóng)村低排區(qū)進(jìn)行劃分，分時段、地段使用非道路移動機(jī)械。

首先，根據(jù)非道路機(jī)械運(yùn)行情況，固定式RFID讀寫器的有效識別距離應(yīng)該不小于10 m，設(shè)定位置一般為非道路移動設(shè)備的運(yùn)行區(qū)域邊緣進(jìn)出口位置，可及時有效地監(jiān)控其運(yùn)行軌跡。其次，監(jiān)管部門利用手持式RFID讀寫器，實(shí)時道路抽查非道路移動機(jī)械基本信息，準(zhǔn)確無誤地對非道路移動機(jī)械進(jìn)行路檢。市面上某款RFID超高頻讀寫器規(guī)格參數(shù)，如表1所示。

表1 某款RFID超高頻讀寫器規(guī)格參數(shù)

3.2 OBD（車載診斷系統(tǒng)）

OBD（On Board Diagnostics，汽車車載故障診斷系統(tǒng)）可以實(shí)時監(jiān)測發(fā)動機(jī)、催化轉(zhuǎn)化器、顆粒捕集器、氧傳感器、排放控制系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、EGR等系統(tǒng)和部件，也可以實(shí)時監(jiān)測汽車運(yùn)行過程中發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)以及車輛其他功能模塊的工作狀況。利用汽車OBD與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，能及時查看汽車運(yùn)行狀況。在歐洲，歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)中最重要的部分就是加載OBD系統(tǒng)。

非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺可以通過對登記車輛加載OBD系統(tǒng)模塊，實(shí)時監(jiān)測非道路移動機(jī)械作業(yè)時的排放情況，非道路移動機(jī)械排放一旦超標(biāo)，就會提示故障，并且會通過一定的程序?qū)⒐收洗a記入存儲器，以便后續(xù)維修能夠準(zhǔn)確找到故障問題的性質(zhì)和部位。汽車廠家可以利用這些問題，開發(fā)出性能更加可靠的柴油機(jī)后處理系統(tǒng)。加載OBD系統(tǒng)后，柴油機(jī)在使用時對油品的要求也會更高，油品的優(yōu)良是影響柴油機(jī)燃燒排放雜質(zhì)含量的重要因素，可以有效緩解后處理系統(tǒng)的壓力。同時，OBD系統(tǒng)可以減少非道路移動機(jī)械“帶傷作業(yè)”情況[4]，出現(xiàn)故障可以及時查明維修，避免出現(xiàn)二次損傷而造成額外的損失。

3.3 區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)

區(qū)塊鏈（Block Chain）是分布式數(shù)據(jù)存儲、點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、共識機(jī)制、加密算法等計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用模式，具有去中心化、開放性、獨(dú)立性、安全性和匿名性的特征，其核心技術(shù)在于分布式賬本、非對稱加密、共識機(jī)制、智能合約。目前，區(qū)塊鏈已在金融領(lǐng)域、物聯(lián)網(wǎng)與物流領(lǐng)域、公共服務(wù)領(lǐng)域、數(shù)字版權(quán)領(lǐng)域、保險(xiǎn)領(lǐng)域、公益領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，且效果明顯[5]。憑借區(qū)塊鏈特征的去中心化、安全性和獨(dú)立性，區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)投入到非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺中，對執(zhí)行平臺數(shù)據(jù)的收集和處理分析是極其有效的，能實(shí)時對非道路移動機(jī)械排放的量和地域性進(jìn)行分析處理。

3.4 氮氧化物檢測儀

氮氧化物檢測儀是通過氣體傳感器對NOx進(jìn)行檢測分析，常見的氣體傳感器有半導(dǎo)體式、催化燃燒式、固體熱導(dǎo)式、光干涉式、紅外吸收式、定電位電解式、固定電解質(zhì)式等。汽車尾氣中的NOx經(jīng)紫外線照射會反應(yīng)形成有毒煙霧，這個有毒煙霧為光化學(xué)煙霧，光化學(xué)煙霧具有特殊氣味，刺激眼睛，傷害植物，并使大氣能見度降低。另外，NOx與空氣中的水反應(yīng)生成的硝酸和亞硝酸是酸雨的主要成分。

非道路機(jī)械排放的NOx占據(jù)NOx總排放量的大部分。目前，根據(jù)《非道路柴油移動機(jī)械污染物排放控制技術(shù)要求（HJ 1014—2020）》的要求[6]，非道路移動機(jī)械NOx排放在130 kW~560 kW功率段限制加嚴(yán)近50%，且要求非道路移動機(jī)械柴油機(jī)上應(yīng)該配備NCD（NOx控制診斷系統(tǒng)），要求NCD系統(tǒng)具有診斷NOx控制故障原因的功能。

在后續(xù)的非道路移動機(jī)械檢測中，不僅僅停留在對顆粒物煙度的檢測，對排放的NOx的檢測是非道路移動機(jī)械監(jiān)管的下一步要求。有效利用氮氧化物檢測儀對非道路移動機(jī)械路檢以及半年檢時進(jìn)行檢測，有效避免NOx超標(biāo)的非道路移動機(jī)械大范圍使用，為防治非道路移動機(jī)械NOx的排放提供有力的支撐。

4 平臺技術(shù)升級完善研究

針對平臺目前的問題，首先，通過RFID、OBD、區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)、氮氧化物檢測儀對非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺進(jìn)行升級完善，有效防治大氣污染。其次，對檢測數(shù)據(jù)以及運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立后續(xù)排放標(biāo)準(zhǔn)以及地方排放法規(guī)，有效防治大氣污染。從對現(xiàn)有非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺的分析，到RFID、OBD、區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)和氮氧化物檢測儀的支持，再到后續(xù)數(shù)據(jù)的分析，最后是非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺運(yùn)作方案的推廣。非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺升級的具體技術(shù)路線圖，如圖2所示。

圖2 非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺技術(shù)路線圖

通過RFID、OBD采集的數(shù)據(jù)（車輛編碼、車輛位置、工作時間、發(fā)動機(jī)實(shí)時功率、排放情況），通過電子標(biāo)簽登記的車輛所有人信息以及更多車輛信息（設(shè)備類型、設(shè)備使用年限、發(fā)動機(jī)額定功率），是非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺所需的重要數(shù)據(jù)資源。當(dāng)對非道路移動機(jī)械進(jìn)行實(shí)時抽檢（路檢）以及執(zhí)法時，這些數(shù)據(jù)可以保證第一時間獲取設(shè)備的基本信息、排放情況以及排放超標(biāo)記錄。并且在車輛半年檢時，獲取有效的數(shù)據(jù)材料，以判斷該車輛設(shè)備是否支持繼續(xù)運(yùn)作，是否通過半年檢驗(yàn)，從而緩解問題車輛排放違規(guī)情況，有效解決部分高頻超標(biāo)設(shè)備環(huán)境污染問題。從非道路移動機(jī)械的分布情況、使用情況以及排放情況，對非道路移動機(jī)械的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，合理規(guī)劃低排放區(qū)且限制使用時段，為下一階段的排放標(biāo)準(zhǔn)提供充分的內(nèi)容和依據(jù)。

5 總結(jié)

應(yīng)用本課題介紹的RFID、OBD、區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù)、氮氧化物檢測儀，對非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺進(jìn)行升級完善是必然趨勢。打贏“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”不僅需要對非道路移動機(jī)械進(jìn)行登記以及安裝北斗模塊進(jìn)行定位，更需要切實(shí)有效地解決污染問題。新技術(shù)的融合為非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺的運(yùn)維提供了有力的數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支撐，有效實(shí)現(xiàn)年檢、抽查、實(shí)時監(jiān)測三重監(jiān)查。同時，非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺展現(xiàn)的數(shù)據(jù)不僅僅是非道路移動機(jī)械設(shè)備的保有量，更多的是空間分布、作業(yè)時間分布的規(guī)律。這些規(guī)律為有效劃分非道路移動機(jī)械低排區(qū)，制定分時段限時使用非道路移動機(jī)械政策提供了有效數(shù)據(jù)來源。通過非道路移動機(jī)械監(jiān)管平臺，實(shí)現(xiàn)對非道路移動機(jī)械全天候、全生命周期的監(jiān)管，有效緩解非道路移動機(jī)械對大氣的污染破壞，為大氣污染綜合治理提供有效依據(jù)。