重型柴油车排放远程监控系统设计与应用.pdf

第 卷 第 期 年 月内燃机与动力装置 .收稿日期:基金项目:山东省自然科学基金项目()第一作者简介:刘加昂()男山东济宁人工学硕士工程师主要研究方向为移动源污染物排放监控及管理:.通信作者简介:伊飞()男山东临沂人工程师主要研究方向为机动车及非道路移动机械污染物排放监控与管理:.:./.重型柴油车排放远程监控系统设计与应用刘加昂张妮刘树成伊飞.山东省机动车排气污染监控中心山东 济南 .中国环境科学研究院北京 摘要:为实时监测运营中重型柴油车的排气污染情况设计重型柴油车排放远程监控系统 在分析现有监控系统特点的基础上研究系统设计思路、系统总体架构及主要功能确定系统整体架构为数据接入层、数据分析层、数据存储层、业务分析层以及功能展现层并进行实际应用 结果表明:该远程监控系统在车辆道路实际排放分析、黑加油站点溯源、车辆“黑名单”“白名单”管控等方面应用效果较好可实现车辆监控、车辆报警管理、智慧化管控分析、数据融合分析等功能关键词:重型柴油车排放远程监控系统系统应用中图分类号:文献标志码:文章编号:()引用格式:刘加昂张妮刘树成等.重型柴油车排放远程监控系统设计与应用.内燃机与动力装置():.():.引言随着人们对环境保护的日益重视重型柴油车排放标准不断升级对重型柴油车排放监控更加严格目前生态环境主管部门对在用重型柴油车的监管手段主要有机动车定期排放检验、路检路查、集中停放地抽测、遥感监测等 机动车定期排放检验、路检路查和集中停放地抽测是一种有效检测重型柴油车排放状况的手段但都限于在特定工况下检测车辆当时的排放情况机动车遥感监测是一种新兴的车辆污染物监测手段可以检验车辆在通过监测点位的排放情况但限于在固定点位测量不能长期反映车辆的实际排放情况并且每个点位的安装和运维费用较高 面对日益增长的重型柴油车保有量重型柴油车污染排放总量居高不下由于监管人员数量和技术手段有限监管效果不理想亟需全过程监控重型柴油车的排放情况 本文中在分析现有监控系统特点的基础上研究重型柴油车排放远程监控系统设计思路确定系统建设框架和功能并就系统的应用提出建议实现有效监控重型柴油车实际运行状态和排放污染状况、提高监管效率的目的 远程监控系统设计.系统设计思路按照国五重型柴油车监控数据由市级生态环境部门向省级、省级向国家级传输国六重型柴油车监图 远程监控数据传输框架控数据由车辆生产企业向国家级传输、国家级向省级、省级向市级共享的模式依据文献等标准协议采集车辆的发动机数据流、车载排放诊断系统()监控数据、车辆定位等信息并将信息发送到生态环境主管部门为管理人员提供数据分析与应用等技术支撑服务 远程监控数据传输框架如图 所示 在用的国五重型柴油车采用后装车载终端的形式通过 移动网络以/网络控制协议作为底层通信承载协议采集监控数据 国六重型柴油车出厂时已安装车载终端按照国家标准有关要求将监控数据发送到国家监控系统由省级监控系统根据车辆车籍、使用地等信息请求共享国家监控系统数据.系统架构设计重型柴油车排放远程监控系统以数据标准规范体系和安全保障机制为基础将/层架构与“框架插件”架构 种典型架构形式相融合采用时序型数据库和分析型数据库 种数据库集群方式有效保证快速查询、读取、分析存储的监控数据 重型柴油车车载排放远程监控系统拓扑结构如图 所示图 重型柴油车排放远程监控系统拓扑结构监控系统整体架构分为数据接入层、数据分析层、数据存储层、业务分析层和功能展现层 数据接入层提供车载终端、国家系统、市级系统、车辆生产企业系统等多系统接入能力数据分析层将车辆静态信息、发动机数据流信息、信息等数据分类存储在特定数据库数据存储层采用高性能计算集群技术业务分析层包括排放分析、位置分析、污染物浓度分析、区域排放特征分析、智能管控分析以及联网状态分析等分析功能功能展现层包括车辆监控模块、车辆报警管理模块、智慧化管控模块及数据融合分析 个模块.系统功能设计依托地理信息系统()、云计算和大数据分析技术实现车辆报警管理自动分析监控数据传输状态以及计算日均 甄别连续离线超 和日均 排放体积分数大于的车辆实现监控终端拆除预警功能和 排放超标报警功能为管理决策、高排放车辆分析 内燃机与动力装置 年 月 第 卷和监控终端运维情况评估提供有力数据支撑 利用数据共享与整合技术实现智慧管控分析和遥感遥测、机动车环检数据的融合分析等 监控系统应用.车辆道路行驶 排放分析利用机动车排放因子计算的 排放不能反映车辆实际道路排放便携式排放测量系统()试验测量 排放需要花费较大的人力和财力资源 为此本文中基于文献推荐的 评估计算模型根据某个时间点车辆发动机实际运行工况(基于车辆 系统读取数据)构建车辆道路行驶 计算模型车辆燃料质量流量其中:为车辆燃料体积流量 为柴油密度 车辆原始湿基排气质量流量其中为车辆进气质量流量 质量流量 ()其中:()为车辆原始排气中 的体积分数 基于全时段车辆的 远程监控数据计算每个统计时间点的车辆道路行驶 排放质量流量结合整个统计时间区间计算全时段重型柴油车 排放 ()式中:为第 个采集时间段 质量流量/为某个 数据采集时间段时间 为采集时间样本数在山东省重型车排放远程监控系统中随机选取 辆典型品牌的重型柴油车车辆信息如表 所示 利用式()分析计算车辆自 年 月 日至 年 月 日的实际道路 排放情况结果如图 所示表 抽样重型柴油车信息序号制造商识别代码车辆型号序号制造商识别代码车辆型号图 不同品牌重型柴油车实际道路 排放第 期 刘加昂等:重型柴油车排放远程监控系统设计与应用 使用远程监控技术计算车辆实际道路排放情况既有效解决了现阶段无快速计算车辆道路实际 排放问题同时也可模拟区域内实际行驶车辆 排放情况实现了车辆 排放由根据排放因子静态模拟向实时动态计算的转变实现区域车辆实际 排放实时测算 进一步扩大样本分析数量可精确计算在用国五重型柴油车的排放情况结合区域环境空气质量站点测量的 排放进一步分析重型柴油车对环境空气污染的影响.溯源黑加油站点基于数据挖掘技术根据远程监控的车辆燃料箱液位精确判断车辆加油行为结合车辆位置信息构建车辆燃料加注点分析模型 为实现多维度评价车辆加注燃料的品质甄别黑加油站点采用 种方法进行分析:)分析车辆加注燃料前后污染物排放变化若污染物排放明显升高将该车辆燃料加注点标记为疑似黑加油站点)基于 技术和合法在营加油站点数据库分析车辆燃料加注点周边合法在营加油站点情况若该点位周边无合法加油站点备案将该车辆燃料加注点标记为疑似黑加油站点或流动加油站点以山东省某地车辆加油情况分析为例系统自动分析出 处疑似黑加油站点或流动加油站点将该线索移交给相关执法部门 经核实疑似点、现场发现黑加油站或流动加油站疑似点、未发现有关违法行为疑似点 发现一座刚备案合法的自备加油罐 实际应用表明利用远程监控融合分析技术可为执法人员提供问题线索解决了黑加油站点的甄别难题实现执法由“面”向“点”转变执法人员可以针对性地选取执法点位采取定点燃料抽测和突击检查的形式打击黑加油站点或黑流动加油车等违法行为.“白名单”“黑名单”管控按照文献的要求向生态环境主管部门实时上报相关排放数据的车辆根据数据上报情况可免于环保上线检验基于文献利用大数据和云计算技术对在线车辆进行筛选对满足以下条件的车辆实施“白名单”管理措施:)在一个排放检验周期内日均 排放不超过限值(国五柴油车尾气中 体积分数限值为 国六柴油车尾气中 质量分数限值为)在一个排放检验周期内国五、国六柴油车日均 排放分别不大于、的在线时间不少于在线总时间的)远程监控数据与车辆实际运行数据一致 纳入“白名单”管理的车辆免除其定期排放检验中的上线检测环节为车辆年审提速减轻用车经济成本若车辆连续超过 离线或连续 日均 排放超过限值或远程监控数据与车辆实际运行数据一致则纳入“黑名单”管控在监督抽测环节加强抽测频次在重污染天气应急或重点时段减少其使用频次降低 排放 年 月 日文献发布要求创新重型柴油车远程监控数据应用建立重型柴油车远程监控“黑白名单”管理制度“白名单”管理突出惠民“黑名单”管理重在严查以重型柴油车远程监控技术系统建设助力经济社会高质量发展 结束语在分析现有监控系统特点的基础上设计山东省重型柴油车排放远程监控系统 系统架构分为数据接入层、数据分类层、数据存储层、业务分析层、功能展现层 个层次包括车辆监控管理、车辆报警管理、智慧管控分析、数据融合分析、数据集成管理等功能模块可以帮助监管人员高效利用监控数据科学分析监控数据深入挖掘监控数据价值为监管决策提供可靠数据支撑 此外本文中还为车辆道路行驶排放分析、黑加油站点溯源、车辆“黑名单”“白名单”管控等方面远程监控数据的应用提出建议有利于充分发挥远程监控系统的作用多维度扩展远程监控数据的应用范围有效监控重型柴油车实际运行状态和排放污染情况提高监管效率 内燃机与动力装置 年 月 第 卷参考文献:孟茜.遥感技术在机动车排气检测和监管中的应用.当代化工研究():.胡艳琦张丁楠.关于机动车环保检验机构内部管理的探讨.环境科学与技术 (增刊):.生态环境部国家市场监督管理总局.重型柴油车污染物排放限值及测量方法:.北京:中国环境出版集团有限公司.生态环境部.重型车排放远程监控技术规范:第 部分:车载终端:.北京:中国标准出版社.:():.:.:.:.:():.:.张栋才.基于 和 的车载数据采集与信息交互终端开发.重庆:重庆大学.杨楠谢冠星肖雨琳.基于 和 的车载终端系统设计与实现.国外电子测量技术 ():.生态环境部.柴油车污染物排放限值及测量方法(自由加速及加载减速法):.北京:中国环境出版集团有限公司.胡宁.基于/架构的材料搜索平台的设计与研究.上海:复旦大学.钱枫刘梦杰王明达等.基于分布式微服务架构的重型车污染物排放监管平台.计算机系统应用 ():.黄成陈长虹景启国等.重型柴油车实际道路排放与行驶工况的相关性研究.环境科学学报 ():.山东省生态环境厅.重型柴油车车载排放远程监控技术规范:/.北京:中国环境出版集团有限公司.山东省生态环境厅山东省公安厅.关于进一步做好重型柴油车远程监控有关工作的通知/.().:/./.:.:(责任编辑:郎伟锋)第 期 刘加昂等:重型柴油车排放远程监控系统设计与应用