鄭柏林 常 杪 郭冬冬 邵鵬飛 楊江龍

非道路移動機械普遍使用柴油發(fā)動機，其排放的氮氧化物（NOx）已成為移動源排放污染的重要來源之一，對空氣質(zhì)量影響不容忽視。《中國移動源環(huán)境管理年報（2021年）》顯示，2020年全國道路機動車NOx排放量為626.3萬噸，非道路移動源排放NOx 478.2萬噸，其排放量接近于機動車。根據(jù)北京市2018年發(fā)布的PM2.5源解析研究成果，移動源排放在北京本地源中貢獻獨大，占比高達45%，其中非道路移動機械貢獻14%（約為所有本地源的6%）。

北京市生態(tài)環(huán)境局基于大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建北京市非道路移動機械智能監(jiān)管平臺，以加強對非道路移動機械的遠程在線監(jiān)控、備案、現(xiàn)場巡查等工作的技術(shù)支撐，從而實現(xiàn)對北京市非道路移動機械的全方位監(jiān)管，促進形成統(tǒng)一規(guī)范有效的管理機制。

加強非道路移動機械監(jiān)管，助力打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)

2018年6月，國務(wù)院印發(fā)了《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，明確提出強化移動源污染防治，需開展非道路移動機械摸底調(diào)查，劃定非道路移動機械低排放控制區(qū)，嚴(yán)格管控高排放非道路移動機械，重點區(qū)域2019年底前完成。

2019年1月，生態(tài)環(huán)境部等十一個部門聯(lián)合發(fā)布了《柴油貨車污染治理攻堅戰(zhàn)行動計劃》（環(huán)大氣〔2018〕179號），提出強化非道路移動機械的綜合監(jiān)督管理，要求2019年年底前，各地完成非道路移動機械摸底調(diào)查和編碼登記。推進工程機械安裝精準(zhǔn)定位系統(tǒng)和實時排放監(jiān)控裝置，2020年年底前，新生產(chǎn)、銷售的工程機械應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定安裝。

河北、天津以及佛山、南京、成都、呂梁等地相繼出臺制定機動車和非道路移動機械排氣污染防治辦法，主要涉及以下管理措施：

（1）備案登記。按照報送程序進行申報，報送非道路移動機械的排氣污染相關(guān)信息，其中山東省依托“山東省非道路移動源排放監(jiān)管平臺”進行信息采集和編碼登記；上海要求試點區(qū)域環(huán)保局聯(lián)合轄區(qū)內(nèi)各非道路移動機械行業(yè)主管部門對非道路移動機械的存量、產(chǎn)權(quán)單位、大氣污染物排放、燃油和使用情況進行調(diào)查梳理，建立非道路移動機械主要排放源清單。

（2）標(biāo)志管理。實行排放標(biāo)志管理制度，對非道路移動機械裝用的發(fā)動機，根據(jù)其所能達到的排放階段標(biāo)準(zhǔn)進行標(biāo)志。

（3）劃定高排放禁止區(qū)。劃定并公布禁止使用高排放非道路移動機械的區(qū)域，可以采用電子標(biāo)簽、電子圍欄、排氣監(jiān)控等技術(shù)手段對禁止區(qū)域進行實時監(jiān)控。

（4）制定并執(zhí)行地方排放標(biāo)準(zhǔn)。2016年7月1日，上海市《在用非道路移動機械用柴油機排氣煙度排放限值及測量方法》（DB31/981-2016）通過審批并開始實施，為在用非道路移動機械排放監(jiān)管提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。

（5）利用環(huán)境監(jiān)管平臺加大執(zhí)法監(jiān)管力度，對違規(guī)進入排放控制區(qū)或超標(biāo)排放的非道路移動機械依法實施處罰。2021年，南京市開展非道路移動機械環(huán)保標(biāo)識升級，將現(xiàn)有非道路移動機械環(huán)保數(shù)字號牌升級為二維碼加無源射頻識別（RFID）電子標(biāo)識，并開展建設(shè)支撐工地非道路移動機械管理的“智慧門禁”試點工作，自動判定哪些非道路移動機械屬于高排放范圍，將違法線索發(fā)送至監(jiān)管部門。

北京市非道路移動機械監(jiān)管取得成效

2018年7月，《中共北京市委、北京市人民政府關(guān)于全面加強生態(tài)環(huán)境保護堅決打好北京市污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》提出，2019年底前，市環(huán)保部門制定非道路移動機械備案和標(biāo)識管理政策，開展在線監(jiān)控試點，2020年在各遠郊區(qū)重點區(qū)域設(shè)置低排放區(qū)。

2018年9月，北京市政府印發(fā)了《北京市打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，明確提出2019年底前制定非道路移動機械備案和環(huán)保標(biāo)識管理政策，2020年非道路移動機械“低排放區(qū)”進一步拓展到各遠郊區(qū)重點區(qū)域。

2 0 2 0 年，北京市、天津市、河北省三地協(xié)同出臺《機動車和非道路移動機械排放污染防治條例》，推動區(qū)域協(xié)同管控，提出生態(tài)環(huán)境部門應(yīng)當(dāng)逐步通過電子標(biāo)簽、電子圍欄、遠程排放管理系統(tǒng)等對非道路移動機械的大氣污染物排放狀況進行監(jiān)督管理。

北京市各區(qū)多措并舉，積極配合強化非道路移動機械監(jiān)管執(zhí)法：

（1）房山區(qū)生態(tài)環(huán)境局為深入推進大氣污染防治工作，改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，將非道路移動機械檢查作為重點工作之一，通過建立健全各行業(yè)非道路移動機械臺賬，對全區(qū)所有非道路移動機械逐一排查登記，持續(xù)開展重點區(qū)域抽查檢測專項行動并強化聯(lián)合執(zhí)法，不斷加大監(jiān)管力度。

（2）朝陽區(qū)通過加強對進入低排放區(qū)內(nèi)作業(yè)的挖掘機、裝載機、叉車等機械的監(jiān)督檢查，定期對已登記的且在本轄區(qū)使用的機械進行檢查，全面加強非道路移動機械監(jiān)管。

（3）懷柔區(qū)通過建立健全各行業(yè)非道路移動機械臺賬，對全區(qū)所有非道路移動機械逐一排查登記，用不透光煙度計進行抽查抽測，確保非道路移動機械達標(biāo)排放，對于使用冒黑煙、排放不合格及未按照規(guī)定加裝和使用污染控制裝置非道路移動機械的單位和個人依法予以處罰等方式，加強非道路移動機械監(jiān)管。

（4）通州區(qū)通過低排區(qū)建設(shè)，實現(xiàn)四個目標(biāo)：一是提高準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)低排放，低排區(qū)內(nèi)各類非道路移動機械排放標(biāo)準(zhǔn)需達到《在用非道路柴油機械煙度排放限值及測量方法》（DB11/184-2013）規(guī)定的Ⅲ類限值標(biāo)準(zhǔn)；二是建立承諾制度，通過承諾書，在非道路移動機械的排放標(biāo)準(zhǔn)、使用申報、服從監(jiān)管等方面，做出相應(yīng)規(guī)定；三是完善登記管理，對達到使用標(biāo)準(zhǔn)的非道路移動機械進行摸排登記，加強檢測，嚴(yán)格進出管理等措施；四是建立動態(tài)管理平臺，適時實現(xiàn)信息化管理。

（5）昌平區(qū)興壽鎮(zhèn)人民政府發(fā)布的《關(guān)于叉車、勾機等非道路移動機械專項整治行動工作方案》要求各職能部門要以村為單位，圍繞施工工地、河道、園林綠化等重點區(qū)域及主要道路，開展一次全面摸排工作，有效發(fā)現(xiàn)違法車輛，并將摸排出的隱患點位、問題逐一登記，形成工作臺賬，上報鎮(zhèn)專項整治工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室。

從全市來看，北京市實際開展非道路移動機械監(jiān)管工作的過程中主要存在兩個難點：

（1）數(shù)據(jù)支撐不足。目前，備案系統(tǒng)屬交管部門管理，不同部門的數(shù)據(jù)交換共享比較困難，且外埠進京的各類非道路移動機械眾多，區(qū)域協(xié)同監(jiān)管需要投入較多的管理資源。

（2）違規(guī)監(jiān)管困難。非道路移動機械流動性強、保有量大，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和使用狀況掌握不充分，僅依靠重點區(qū)域抽查檢測難以覆蓋轄區(qū)內(nèi)所有非道路移動機械。

構(gòu)建大數(shù)據(jù)支撐平臺及智能化監(jiān)管應(yīng)用，為非道路移動機械污染防治攻堅提供重要支撐

為解決北京市非道路移動機械數(shù)據(jù)支撐不足、違規(guī)監(jiān)管困難的問題，需構(gòu)建非道路移動機械大數(shù)據(jù)支撐平臺及智能化監(jiān)管應(yīng)用，基于物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)非道路移動機械的遠程實時監(jiān)控與智能違規(guī)識別，從而對本地、外埠非道路移動機械管理工作進行全方位支撐，促進形成常態(tài)化監(jiān)管機制。

具體來說，北京市非道路移動機械智能監(jiān)管平臺為北京市非道路移動機械污染防治攻堅工作提供了四方面的重要支撐：

（1）研發(fā)備案登記系統(tǒng)及手機App，采集本地數(shù)據(jù)

非道路移動機械流動性強、點多面廣，通過紙質(zhì)化的業(yè)務(wù)表單填報開展備案登記難以高效推進摸底調(diào)查工作，且不利于后續(xù)監(jiān)管。

北京市生態(tài)環(huán)境局按照《關(guān)于開展非道路移動機械摸底調(diào)查和編碼登記工作》的部署要求，開展對本市在用非道路移動機械摸底調(diào)查和編碼登記工作，使用新研發(fā)的備案登記系統(tǒng)及手機App，便捷、高效地采集管理非道路移動機械備案信息，并發(fā)放環(huán)保號碼標(biāo)識，實現(xiàn)“一機一碼”。

基于備案登記系統(tǒng)也可實現(xiàn)對全市非道路移動機械的備案工作進度、所屬區(qū)域、機械類型、排放階段等數(shù)據(jù)的采集匯總和統(tǒng)計分析，并為后續(xù)開展非道路移動機械監(jiān)管工作提供扎實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2）建立大數(shù)據(jù)平臺匯聚外埠數(shù)據(jù)，支撐協(xié)同監(jiān)管

據(jù)測算，外埠進京貨車日均約3萬輛次，長期在京使用的外埠客車有100余萬輛，其中各類外埠非道路移動機械4萬至6萬臺。為不斷推進京津冀區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作，需要對非道路移動機械進行區(qū)域協(xié)同監(jiān)管。

通過構(gòu)建北京市非道路機械大數(shù)據(jù)支撐平臺，實現(xiàn)相關(guān)監(jiān)管數(shù)據(jù)的多渠道匯聚與全方位治理。該平臺通過對接、匹配國家非道路移動機械系統(tǒng)的備案信息，有效支撐區(qū)域協(xié)同監(jiān)管的訴求。對于外埠非道路移動機械，如果機械所有者的機械已在國家非道路移動機械系統(tǒng)中備案并領(lǐng)取環(huán)保標(biāo)識碼，可先輸入環(huán)保標(biāo)識碼查詢該機械的備案信息，如果存在并且與用戶手機號匹配，則可一鍵轉(zhuǎn)入該機械備案信息，并且該環(huán)保二維碼可在北京市生態(tài)環(huán)境局非道路移動機械系統(tǒng)中繼續(xù)使用。

除了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成能力，非道路移動機械大數(shù)據(jù)支撐平臺還具備全市數(shù)萬臺機械秒級數(shù)據(jù)實時接入、計算和存儲的能力，并可實時解析、存儲、計算和分析機械運行狀況信息。平臺通過流計算框架對在線監(jiān)控數(shù)據(jù)進行實時處理，實現(xiàn)實時報警分析、實時報表展示，同時采用Lambda架構(gòu)整合離線計算和實時計算，以滿足未來實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)合并計算的需求。

（3）基于車載診斷系統(tǒng)（OBD）數(shù)據(jù)，遠程實時監(jiān)控

以人工入戶為主對非道路移動機械進行監(jiān)管的工作方式很難形成有效監(jiān)管，需要在執(zhí)法模式、手段和方法等方面實現(xiàn)突破。

圖1 北京市非道路移動機械智能監(jiān)管平臺總體架構(gòu)設(shè)計

北京市生態(tài)環(huán)境局依托物聯(lián)接入平臺，匯聚采集非道路移動機械車載診斷系統(tǒng)（On Board Diagnostics，OBD）實時數(shù)據(jù)，通過OBD接口獲取運行中的非道路移動機械的GPS定位、數(shù)據(jù)流、里程累計等數(shù)據(jù)，實時獲取機械運行狀態(tài)、車速、里程、油耗等信息，為遠程監(jiān)管提供支撐。

需要注意的是，由于OBD系統(tǒng)不能測量非道路移動機械排放污染物的具體數(shù)值，且存在傳感器失靈以及遠程數(shù)據(jù)傳輸故障等原因，往往會導(dǎo)致諸如關(guān)鍵數(shù)據(jù)字段缺失、讀數(shù)錯誤、不同數(shù)據(jù)字段間邏輯關(guān)系不成立等一系列的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，因而可配備尾氣分析儀對非道路移動機械的尾氣排放情況進行準(zhǔn)確分析。

（4）依托機械工況——排放模型算法，智能識別違規(guī)

目前北京已劃定“低排放區(qū)”，而如何在劃定控制區(qū)后實現(xiàn)對高排放非道路移動機械的管控，仍是一個難題。其中，技術(shù)難點在于如何實現(xiàn)超標(biāo)排放的智能測算以及違規(guī)行為的智能識別，本文通過基于機器學(xué)習(xí)技術(shù)構(gòu)建“機械工況——排放模型”算法進行實現(xiàn)：

第一，根據(jù)OBD系統(tǒng)采集的燃油脈沖寬度、燃油壓力、進氣壓力等工況數(shù)據(jù)計算瞬時燃油消耗；

圖2 非道路移動機械大數(shù)據(jù)支撐平臺設(shè)計架構(gòu)圖

圖3 非道路移動機械低排放區(qū)違規(guī)機械自動識別與巡查任務(wù)派發(fā)流程

第二，通過車載排放測試系統(tǒng)（PEMS）測試獲取非道路移動機械在各個實際運行工況下的HC、CO、CO2、NOx等污染物排放量；

第三，基于PEMS實測排放數(shù)據(jù)，結(jié)合油耗、機械類型、功率、燃料類型等活動信息，獲得該類非道路移動機械的本地化排放因子；

第四，運用機器學(xué)習(xí)算法建立燃油消耗、排放因子等因素與尾氣排放之間的數(shù)學(xué)模型，而后基于該模型可計算非道路移動機械尾氣的HC、CO、CO2、NOX排放量；

第五，將獲取的排放量等數(shù)據(jù)與后臺設(shè)定的限值進行比較，若超出限值范圍即可認定為疑似超標(biāo)排放。

北京市生態(tài)環(huán)境局通過OBD遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)實時獲取非道路移動機械位置及運行狀況信息，結(jié)合“智慧門禁”RFID芯片技術(shù)識別環(huán)保標(biāo)識，綜合判斷被監(jiān)控非道路移動機械的進出場情況；同時，運用機器學(xué)習(xí)算法，根據(jù)機械運行工況自動識別疑似超標(biāo)排放機械，可快速定位低排放區(qū)需要重點監(jiān)管的非道路移動機械，根據(jù)配置的業(yè)務(wù)規(guī)則實時觸發(fā)報警和推送消息，實現(xiàn)對非道路移動機械駛?cè)氲团欧艆^(qū)等問題進行告警提示，并向特定區(qū)域的移動執(zhí)法終端派發(fā)任務(wù)。移動執(zhí)法終端獲取所在區(qū)域的巡查任務(wù)后，可調(diào)閱相關(guān)非道路移動機械備案登記信息并上傳現(xiàn)場巡查記錄，從而實現(xiàn)非道路移動機械閉環(huán)監(jiān)管。

北京市非道路移動機械智能監(jiān)管平臺應(yīng)用非道路移動機械遠程在線監(jiān)控技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)等先進的技術(shù)和理念，基于創(chuàng)新的非道路移動機械科學(xué)監(jiān)管模式，填補了北京市非道路移動機械信息化監(jiān)管的空白。該平臺基于大數(shù)據(jù)支撐平臺，實現(xiàn)了本市與外埠非道路移動機械備案登記信息的數(shù)據(jù)共享與協(xié)同監(jiān)管；依托物聯(lián)接入平臺，匯聚采集非道路移動機械O B D 實時數(shù)據(jù)，突破了以人工入戶為主的執(zhí)法監(jiān)管效率瓶頸；研發(fā)機械工況——排放模型算法，攻克了高排放非道路移動機械進入管控區(qū)的自動違規(guī)識別等技術(shù)難題。該平臺的應(yīng)用對改善北京市大氣環(huán)境質(zhì)量、降低非道路移動機械排放貢獻有重要意義?！颈疚氖潜本┦锌茖W(xué)技術(shù)委員會首都藍天行動培育項目（Z191100009119012）的研究成果】