樊勇吉，陳軒，袁大海，唐昭

（1.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院機(jī)動(dòng)車(chē)污染監(jiān)控中心，廣西南寧 530022；2.廣西衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院檢驗(yàn)系，廣西南寧 530021）

隨著廣西區(qū)內(nèi)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)成為居民出行必不可少的工具，居民對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的需求持續(xù)增長(zhǎng)。目前廣西新能源汽車(chē)發(fā)展較快，但道路機(jī)動(dòng)車(chē)的燃料仍以化石能源為主，2020 年廣西區(qū)域內(nèi)在用機(jī)動(dòng)車(chē)保有量為1 420 萬(wàn)輛，較2019 年增長(zhǎng)了131 萬(wàn)輛，較2018 年增長(zhǎng)了209 萬(wàn)輛。在大氣移動(dòng)源污染排放中，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放占比較大，2020 年廣西機(jī)動(dòng)車(chē)氮氧化物排放量為12.78 萬(wàn)t，機(jī)動(dòng)車(chē)排放是廣西城市大氣污染的主要來(lái)源之一，發(fā)展與利用機(jī)動(dòng)車(chē)排放遙感檢測(cè)技術(shù)和方法已經(jīng)成為機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制的必然趨勢(shì)[1-5]。根據(jù)《中國(guó)移動(dòng)源環(huán)境管理年報(bào)（2021）》，目前全國(guó)已完成建設(shè)遙感監(jiān)測(cè)（含黑煙抓拍）點(diǎn)位2 956 個(gè)，與國(guó)家-省-市三級(jí)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)2 150 個(gè)，累計(jì)報(bào)送93 622.4 萬(wàn)條監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)在機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的監(jiān)管中發(fā)揮了重要作用，當(dāng)前階段機(jī)動(dòng)車(chē)遙感監(jiān)測(cè)的目的為篩選超標(biāo)車(chē)[6]，但目前針對(duì)大范圍的超標(biāo)車(chē)及高峰時(shí)段污染物的排放研究較少[7-10]。本文通過(guò)對(duì)廣西機(jī)動(dòng)車(chē)排放遙感點(diǎn)位平臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估廣西遙感監(jiān)測(cè)車(chē)輛的高峰時(shí)段，并分析其中高排放車(chē)的排放狀況，為今后的機(jī)動(dòng)車(chē)污染遙測(cè)研究和廣西機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染控制提供參考。

1 機(jī)動(dòng)車(chē)道路尾氣排放遙感及黑煙車(chē)監(jiān)測(cè)平臺(tái)

1.1 機(jī)動(dòng)車(chē)道路尾氣排放遙感及黑煙車(chē)監(jiān)測(cè)原理

目前機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為一種道路機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)方法，是機(jī)動(dòng)車(chē)排污檢控體系的重要組成部分，可在不影響車(chē)輛通行的情況下，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由控制模塊、外部環(huán)境實(shí)習(xí)分析系統(tǒng)、顯示控制器、監(jiān)控大屏及配套的軟體等5 個(gè)部分組成，分為固定安裝式和非固定遙感2 種類(lèi)型。固定安裝式有垂直和水平2 種固定安裝方式，道路兩側(cè)的鋼制框架，通過(guò)前期選點(diǎn)安裝在主要道路上，通過(guò)發(fā)射不可見(jiàn)紫外光及紅外光，對(duì)框架下經(jīng)過(guò)的機(jī)動(dòng)車(chē)的尾氣進(jìn)行監(jiān)控，原理是通過(guò)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣吸收光路中的光線(xiàn)，進(jìn)而改變對(duì)應(yīng)的光譜，通過(guò)分析反算實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)排放的氮氧化物、碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嫉任廴疚锏捏w積分?jǐn)?shù)的監(jiān)測(cè)[11]。機(jī)動(dòng)車(chē)道路尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)原理如圖1 所示。

圖1 機(jī)動(dòng)車(chē)道路尾氣排放遙感監(jiān)測(cè)原理

黑煙電子抓拍系統(tǒng)是將智能視頻（IV）技術(shù)應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染的監(jiān)控，根據(jù)采集的實(shí)時(shí)視頻信息探測(cè)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣管部位判定其冒煙狀況，根據(jù)DSP 數(shù)據(jù)信號(hào)的有煙和無(wú)煙，以及尾氣煙羽背后的深色和淺色目標(biāo)之間對(duì)比度的差異，來(lái)衡量尾氣煙羽的黑度。

系統(tǒng)抓拍的黑煙車(chē)可以自動(dòng)選取冒黑煙視頻中最具代表性的一幅圖像，與按照比例縮小的林格曼煙度條在同一幅畫(huà)面中進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)尾氣黑煙體積分?jǐn)?shù)判定其污染等級(jí)并進(jìn)行標(biāo)定。林格曼黑度等級(jí)如圖2所示。

圖2 林格曼黑度等級(jí)

1.2 平臺(tái)點(diǎn)位分布情況

截至2022 年8 月，廣西分布的黑煙及遙感監(jiān)測(cè)站點(diǎn)共58 個(gè)，其中道路遙感監(jiān)測(cè)站點(diǎn)8 個(gè)、黑煙車(chē)35 個(gè)、混合點(diǎn)位15 個(gè)，遙感監(jiān)測(cè)及黑煙抓拍站點(diǎn)區(qū)域分布如表1 所示。

1.3 監(jiān)督抽測(cè)不合格機(jī)動(dòng)車(chē)及判定依據(jù)

黑煙車(chē)判定依據(jù)GB 3847—2018《柴油車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（自由加速法及加載減速法）》、GB 18285—2018《汽油車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（雙怠速法及簡(jiǎn)易工況法）》[12]，對(duì)道路行使機(jī)動(dòng)車(chē)等進(jìn)行監(jiān)督抽檢，檢查排放有明顯可見(jiàn)煙度或一次林格曼黑度超過(guò)1 級(jí)的機(jī)動(dòng)車(chē)。

遙感超標(biāo)車(chē)輛判定依據(jù)：污染物檢測(cè)結(jié)果超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值1.1 倍的機(jī)動(dòng)車(chē)。

遙感高排放車(chē)輛：遙感監(jiān)測(cè)的各種污染物排放量為前10%且未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值的機(jī)動(dòng)車(chē)。

裝用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)污染物排放限值如表2所示。

表2 裝用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)污染物排放限值

1.4 平臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源

平臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為2022 年3 月在廣西分布的黑煙及遙感監(jiān)測(cè)站點(diǎn)產(chǎn)生的黑煙及遙感數(shù)據(jù)，具體點(diǎn)位如表1所示。遙感系統(tǒng)平臺(tái)共檢測(cè)機(jī)動(dòng)車(chē)1 209 412 輛，其中有效檢測(cè)量為786 633 輛，有效檢測(cè)率為65.04%，平均超標(biāo)率為1.75%，超標(biāo)車(chē)輛總數(shù)為7 224 輛。高排放車(chē)為42 772 輛，占比為7.33%，總檢測(cè)量中汽油車(chē)占比為75.2%，柴油車(chē)占比為22.5%，其他類(lèi)型為電動(dòng)車(chē)及混合動(dòng)力車(chē)型，占比為0.2%。其中按車(chē)型分類(lèi)，小型轎車(chē)占比32.7%，SUV 占比21.7%，為所有車(chē)型中檢測(cè)量最大的2 種車(chē)型，這是因?yàn)榕艢夤芨叨雀叩能?chē)輛的尾氣煙羽在垂直固定式（龍門(mén)架式）的光源發(fā)射檢測(cè)時(shí)相對(duì)容易檢出，也由于路上SUV 車(chē)型占比較高，所以相應(yīng)檢測(cè)出的車(chē)型占比也高。

2022 年3 月，黑煙車(chē)抓拍系統(tǒng)超標(biāo)黑煙車(chē)檢測(cè)量532 輛，其中小貨車(chē)166 輛，占比31.2%；重型貨車(chē)143 輛，占比26.9%；中型客車(chē)27 輛，占比5.1%；皮卡車(chē)26 輛，占比4.9%；其他類(lèi)型車(chē)輛170 輛，占比31.9%。從抓拍的黑煙車(chē)林格曼等級(jí)判斷，其中林格曼等級(jí)為1、2、3、4、5 級(jí)的分別有6、62、121、161、182 輛。黑煙車(chē)抓拍捕捉到的機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)輛大部分為小貨車(chē)及大貨車(chē)，貨車(chē)共占66.1%，貨車(chē)國(guó)Ⅰ、國(guó)Ⅱ的車(chē)輛較多，早期的貨車(chē)容易因年久失修而出現(xiàn)冒黑煙的現(xiàn)象。2022 年3 月廣西各市機(jī)動(dòng)車(chē)遙感及超標(biāo)數(shù)據(jù)分布如表3 所示。

表3 2022 年3 月廣西各市機(jī)動(dòng)車(chē)遙感及超標(biāo)數(shù)據(jù)分布

2 結(jié)果和分析

2.1 遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果分析

將1.3 節(jié)中經(jīng)過(guò)篩選后的有效數(shù)據(jù)按照車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型分為汽油車(chē)和柴油車(chē)2 個(gè)類(lèi)型，并分別對(duì)汽油車(chē)的CO、HC、NO 排放情況及柴油車(chē)的NO 及不透光度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

汽油車(chē)和柴油車(chē)各污染因子體積分?jǐn)?shù)遙測(cè)排放均值如表4 所示。

表4 汽油車(chē)和柴油車(chē)各污染因子體積分?jǐn)?shù)遙測(cè)排放均值

由表4 及圖3 可見(jiàn)，廣西3 月份汽油車(chē)的CO 遙測(cè)排放均值為10 600×10-6，HC 的均值為110.76×10-6，NO 的均值為335.13×10-6；柴油車(chē)的NO 均值為591.29×10-6，其中不透光度均值為11.24%。從各設(shè)區(qū)市的排放均值分析，百色市汽油車(chē)CO 的均值排放量較廣西平均水平高了72.6%；河池市HC 較廣西均值高了87.5%；桂林市汽油車(chē)NO 均值較廣西均值高了131%，而柴油車(chē)的NO 污染物排放南寧市和崇左市的均值較高，較廣西均值分別高了43.9%、39.1%，柴油車(chē)不透光度桂林市較廣西均值高39.1%。這一結(jié)果表明，廣西污染因子排放均值差異較大，存在區(qū)域性排放特征。值得注意的是，表4 中反映的2 種類(lèi)型車(chē)型污染物的實(shí)際道路遙測(cè)結(jié)果大部分高于GB 18285—2018《汽油車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（雙怠速法及簡(jiǎn)易工況法）》及GB 3847—2018《柴油車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（自由加速法及加載減速法）》中規(guī)定的限值（如表5、表6 所示），而HJ 845—2017《在用柴油車(chē)排氣污染物測(cè)量方法及技術(shù)要求（遙感檢測(cè)法）》中對(duì)NO 及不透光進(jìn)行了限定[13]。

表6 穩(wěn)態(tài)工況法排氣污染物體積分?jǐn)?shù)排放限值

圖3 汽油車(chē)NO 及HC 體積分?jǐn)?shù)全區(qū)排放均值分布圖

2.2 高峰期各污染物體積分?jǐn)?shù)分析

2022 年3 月，遙感監(jiān)測(cè)共檢測(cè)機(jī)動(dòng)車(chē)6 653 067 輛，收集有效數(shù)據(jù)6 321 791 組，其中中型客車(chē)、大型客車(chē)、小型客車(chē)、小型貨車(chē)、重型貨車(chē)、中型貨車(chē)、其他類(lèi)型車(chē)輛分別占比26.8%、1.9%、47.8%、8.7%、14.4%、0.1%、0.3%，可以發(fā)現(xiàn)主要車(chē)流量集中在2022-03-30，其占比為64.3%，其原因?yàn)樵碌紫到y(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行了數(shù)據(jù)的合并統(tǒng)計(jì)，如圖4 所示。每日車(chē)流量有3 個(gè)高峰，分別為07：00—09：00、14：00—15：00、17：00—18：00，如圖5 所示。原因?yàn)? 個(gè)峰分別對(duì)應(yīng)上下班高峰期的車(chē)流量，因此選取3 月30 日07：00—09：00、14：00—15：00、17：00—18：00 時(shí)間段進(jìn)行遙感污染物體積分?jǐn)?shù)分析。

圖4 2022 年3 月遙感監(jiān)測(cè)車(chē)流量分布

圖5 2022-03-30 遙感監(jiān)測(cè)車(chē)流量分布

20 2 2 年3 月，平均每日道路遙感檢測(cè)車(chē)輛13 529 輛，無(wú)效數(shù)據(jù)不計(jì)入總數(shù)，遙感檢測(cè)車(chē)輛在早中晚高峰期間內(nèi)的排放量之和作為該污染物當(dāng)天交通高峰期的排放量總量[14]，廣西高峰期時(shí)段及CO、HC和NOx的排放量平均值分布情況如表7 所示。

表7 各點(diǎn)位各污染物排放量平均值

從表7 中可以得出一天當(dāng)中17：00—18：00 時(shí)段的CO、CO2、NO 均值在3 個(gè)時(shí)間段中是最高的，分別較30 日均值高出22.58%、-0.47%、10.99%，HC排放最高的時(shí)段為早上07：00—09：00，此時(shí)排放量為0.246 t，較30 日均值高21.77%。CO2的排放較30 日均值低的原因在于，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的碳含量中，CO 和HC 增加之后因碳總量固定會(huì)影響CO2的排放。

2.3 遙感高排放車(chē)及全區(qū)機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放量分析

為詳細(xì)分析遙感超標(biāo)排放車(chē)輛的具體數(shù)據(jù)，隨機(jī)選取了廣西3 月30 日這一天的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，其中比功率與車(chē)輛合格數(shù)之間的關(guān)系如表8 所示。傳統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車(chē)排放分析盡管考慮到了機(jī)動(dòng)車(chē)參數(shù)、運(yùn)行狀況、道路條件、環(huán)境因素等對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)排放的影響，但作為對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)排放產(chǎn)生關(guān)系密切的機(jī)動(dòng)車(chē)的輸出功率并沒(méi)有考慮[15]。比功率是衡量汽車(chē)動(dòng)力性能的一個(gè)綜合指標(biāo)，具體是指汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率與汽車(chē)總質(zhì)量之比。一般來(lái)講，對(duì)同類(lèi)型汽車(chē)而言，比功率越大，汽車(chē)的動(dòng)力性越好。

表8 30 日各點(diǎn)位比功率區(qū)間分布表單位：%

其中合格車(chē)、不合格車(chē)及高排放車(chē)中，比功率P在（0，10]kW/t 區(qū)間內(nèi)的占比最大，接近或超過(guò)60%，其中值得注意的是高排放車(chē)中，比功率小于等于0 kW/t 的區(qū)間內(nèi)，其占比達(dá)到了14.30%，說(shuō)明高排放車(chē)中動(dòng)力性弱的汽車(chē)所占比例高。

通過(guò)對(duì)2022 年3 月遙感監(jiān)測(cè)各點(diǎn)位排放量最高的CO、CO2、NO 等污染物排放前10%的車(chē)輛開(kāi)展數(shù)據(jù)收集及分析，其結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 2022 年3 月各監(jiān)控點(diǎn)位高排放車(chē)輛總污染排放量及占比

如表9 所示，點(diǎn)位前10%的高排放車(chē)貢獻(xiàn)率CO、NO、HC、不透光度（%）均占比較高，最少的都超過(guò)30%的區(qū)間線(xiàn)，而CO2排放貢獻(xiàn)前10%的高排放車(chē)數(shù)量占比僅為14.37%，其原因在于CO2的數(shù)據(jù)波動(dòng)幅度較小且最大最小值的極值差異不大，而HC 的極值差異較大，高排放車(chē)的占比達(dá)到了70.33%，其中大部分機(jī)動(dòng)車(chē)輛對(duì)排放貢獻(xiàn)的比例較低。與此同時(shí)，占比前10%的車(chē)輛貢獻(xiàn)了遙感檢測(cè)車(chē)輛的大部分污染輸出，值得注意的是，柴油車(chē)以25.3%的比例，占NO 高排車(chē)數(shù)量的62.5%，占HC 高排車(chē)的59.8%，其原因?yàn)椴裼蛙?chē)中此次統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)中79%為大型貨車(chē)，大型貨車(chē)的排放量中國(guó)Ⅲ、國(guó)Ⅳ車(chē)型中的污染物排放水平較高，以3 月30 日的排放數(shù)量作為日均值，在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下，單位換算成mg/m3，得出每輛車(chē)NO、HC 污染物排放均值分別為462.72 mg/m3、122.46 mg/m3。以2020年廣西區(qū)域內(nèi)在用機(jī)動(dòng)車(chē)保有量1 420萬(wàn)輛為總量，參考文獻(xiàn)選取機(jī)動(dòng)車(chē)平均燃油消耗量為9.0 L/100 km[16]，機(jī)動(dòng)車(chē)平均年行駛里程《道路機(jī)動(dòng)車(chē)大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南（試行）》中的推薦值，平均年行駛里程選擇2.3×104km 作為參數(shù)值，計(jì)算得出NO、HC污染物分別為13.60 萬(wàn)t、3.60 萬(wàn)t。NO、HC 基于距離的平均排放因子分別為 0 . 4 2 g / k m 、0.11 g/km。移動(dòng)源污染已成為廣西城市空氣污染的重要來(lái)源，是造成細(xì)顆粒物、光化學(xué)煙霧污染的重要原因，后續(xù)需建立完善移動(dòng)源污染治理體系，提升機(jī)動(dòng)車(chē)污染防治水平。

3 結(jié)論

廣西污染因子排放均值差異較大，存在區(qū)域性排放特征。廣西3 月份汽油車(chē)的CO 遙測(cè)排放均值為10 600×10-6，HC 的均值為110.76×10-6，NO 的均值為335.13×10-6，柴油車(chē)的NO 的均值為591.29×10-6，不透光度均值為11.24%。

對(duì)于3 個(gè)時(shí)段內(nèi)交通高峰期的污染物排放體積分?jǐn)?shù)，17：00—18：00 時(shí)段CO、CO2、NO 的均值在3 個(gè)時(shí)間段中最高，分別較30 日均值高出22.58%、-0.47%、10.99%，HC 排放最高的時(shí)段為07：00—09：00，此時(shí)為245.59×10-6，較30 日均值高21.77%。CO2的排放較30 日均值低的原因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的碳含量中，CO 和HC 增加之后因碳總量固定會(huì)影響CO2的排放。

高排放車(chē)中，比功率小于等于0 kW/t 的區(qū)間內(nèi)，其占比達(dá)到了14.3%，排放車(chē)中汽車(chē)的動(dòng)力性弱的反而占高排放車(chē)的比例高，且點(diǎn)位前10%的高排放車(chē)貢獻(xiàn)率CO、NO、HC、不透光度（%）均占比較高，最少的都超過(guò)30%的區(qū)間線(xiàn)，而CO2排放貢獻(xiàn)前10%的高排放車(chē)數(shù)量占比僅為14.37%，原因在于CO2的數(shù)據(jù)極值差異不大，高排放車(chē)的占比達(dá)到了70.33%，少量的高排放車(chē)對(duì)整個(gè)車(chē)隊(duì)的排放有很大貢獻(xiàn)。柴油車(chē)以25.3%的比例，占NO 高排車(chē)數(shù)量的62.5%，占HC 高排車(chē)的59.8%，其原因?yàn)椴裼蛙?chē)中此次統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)中79%為大型貨車(chē)，大型貨車(chē)的排放量中國(guó)Ⅲ、國(guó)Ⅳ車(chē)型中的污染物排放水平較高。通過(guò)單日遙感檢測(cè)車(chē)輛的平均污染物排放數(shù)據(jù)得出，廣西2020 年NO、HC污染物分別為13.60 萬(wàn)t、3.60 萬(wàn)t，基于距離的平均排放因子分別為0.42 g/km、0.11 g/km，廣西在車(chē)輛的NO 和HC 減排管理方面仍有提升空間。