Vgas7000機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹及應(yīng)用

時(shí)間：2020-07-06作者：華電智控（北京）技術(shù)有限公司瀏覽：213

Vgas7000機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹及應(yīng)用

摘要  文章對(duì)Vgas7000機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)原理和系統(tǒng)組成進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)分析，展示了系統(tǒng)的應(yīng)用**，為機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染的管控、進(jìn)一步改善環(huán)境空氣質(zhì)量具有重要意義。

關(guān)鍵詞：尾氣遙感；TDLAS；激光；機(jī)動(dòng)車

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)*，機(jī)動(dòng)車排放污染物對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量影響的比重在逐年升高。文獻(xiàn)表明，機(jī)動(dòng)車尾氣排放的CO、HC(碳?xì)浠衔?span>)、NOx約占空氣總污染物的71.5%，72.9%，3.8%，已上升為空氣中污染物的主要來(lái)源^[1]。以北京市為例，2017年北京市全年PM_2.5主要來(lái)源中本地排放占三分之二，其中移動(dòng)源占比45%，是較大的貢獻(xiàn)源^[2]。機(jī)動(dòng)車尾氣污染中，高排污車輛又是其中較重要的污染源，約80％的機(jī)動(dòng)車尾氣污染物來(lái)自20％的高排污車輛^[3]。因此，有效鑒別高污染車輛，及時(shí)對(duì)高污染車輛進(jìn)行檢修調(diào)整，對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣污染治理具有重要意義。機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)作為近幾年的新興的檢測(cè)技術(shù)手段，正逐步在國(guó)內(nèi)開(kāi)展應(yīng)用，已經(jīng)表現(xiàn)了較好的使用性能，具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。

1 機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要原理

機(jī)動(dòng)車尾氣遙感檢測(cè)技術(shù)是利用光學(xué)原理，遠(yuǎn)距離檢測(cè)行駛中的機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染物濃度和尾氣煙羽不透光度的檢測(cè)技術(shù)。目前市場(chǎng)上機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)原理主要有TDLAS（可調(diào)諧二極管激光吸收光譜）技術(shù)，NDIR（非分散紅外光譜）技術(shù)、DOAS（紫外差分吸收光譜）技術(shù)，三種技術(shù)的對(duì)比見(jiàn)表1。由于TDLAS技術(shù)相比其它兩種監(jiān)測(cè)技術(shù)具有高靈敏度、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)維成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有較廣闊的應(yīng)用潛力。

表1 三種常見(jiàn)機(jī)動(dòng)車尾氣遙測(cè)技術(shù)對(duì)比

檢測(cè)方法	NDIR	DOAS	TDLAS
光源	紅外光源	紫外光源（氘燈/氙燈）	激光器
光源特性	復(fù)合光、穩(wěn)定性弱、發(fā)散角大	復(fù)合光、穩(wěn)定性弱、發(fā)散角大	單色光、穩(wěn)定性強(qiáng)、準(zhǔn)直光
光源壽命	1年	2年	10年
測(cè)量方法	采用直接吸收測(cè)量	采用直接吸收測(cè)量	采用波長(zhǎng)調(diào)制光譜測(cè)量
信號(hào)穩(wěn)定性	探測(cè)信號(hào)受到環(huán)境因素及震動(dòng)等低頻噪音干擾，信號(hào)穩(wěn)定性低	探測(cè)信號(hào)受到環(huán)境因素及震動(dòng)等低頻噪音干擾，信號(hào)穩(wěn)定性低	測(cè)量域從低頻轉(zhuǎn)**頻，消除了環(huán)境因素及震動(dòng)等低頻域噪音干擾，信號(hào)穩(wěn)定性高
靈敏度	靈敏度低	靈敏度低	靈敏度高
系統(tǒng)漂移	易發(fā)生漂移，需頻繁標(biāo)定	易發(fā)生漂移，需頻繁標(biāo)定	無(wú)漂移，*頻繁標(biāo)定
測(cè)量選擇性	光源為復(fù)合光，光譜范圍寬，包含多種氣體吸收譜線，選擇性低		激光為單色光，光譜線寬較窄可以精確測(cè)量待測(cè)氣體單根分子吸收譜線，分辨率高
背景氣體影響	測(cè)量易受背景氣體（尤其是濕度）干擾影響	受大氣分子、水汽和氣溶膠影響較大，特別是大氣能見(jiàn)度低時(shí)不能在探測(cè)端得到足夠光強(qiáng)從而無(wú)法進(jìn)行測(cè)量	不受背景氣體影響
地面反射方式	鏡面反射，不易安裝，受振動(dòng)影響光路*跑偏	鏡面反射，不易安裝，受振動(dòng)影響光路*跑偏	后向反射，易安裝，不受振動(dòng)影響，不用頻繁現(xiàn)場(chǎng)調(diào)光
運(yùn)維成本	光源需定期更換，系統(tǒng)漂移需定期標(biāo)定、鏡面反射需頻繁維護(hù)，運(yùn)維成本高	光源需定期更換，系統(tǒng)漂移需定期標(biāo)定、鏡面反射需頻繁維護(hù)，運(yùn)維成本高	光源壽命長(zhǎng)，系統(tǒng)無(wú)漂移*頻繁標(biāo)定，后向反射*頻繁維護(hù)，運(yùn)維成本低

1.1 Vgas7000系統(tǒng)技術(shù)原理

Vgas7000機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用TDLAS檢測(cè)技術(shù)原理，根據(jù)CO、CO₂、HC、NO氣體在紅外光譜上具有的特定吸收峰，選取對(duì)應(yīng)該吸收峰波段的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器作為氣體檢測(cè)光源。根據(jù)煙團(tuán)對(duì)可見(jiàn)光的吸收原理，選擇綠光激光作為不透光度檢測(cè)光源。光源由遙測(cè)系統(tǒng)主機(jī)發(fā)出，當(dāng)機(jī)動(dòng)車經(jīng)過(guò)測(cè)試地點(diǎn)時(shí)，發(fā)出的檢測(cè)光束經(jīng)過(guò)機(jī)動(dòng)車尾氣煙團(tuán)，再由反射模塊返回接收模塊，光譜強(qiáng)度和特征會(huì)發(fā)生改變。根據(jù)該變化可計(jì)算出氣體的濃度及不透光度。通過(guò)產(chǎn)品內(nèi)置的燃燒方程反演算法，可反演機(jī)動(dòng)車真實(shí)的尾氣濃度。




圖1 水平式機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)原理示意

1.2 Vgas7000系統(tǒng)組成

Vgas7000機(jī)動(dòng)車尾氣遙測(cè)系統(tǒng)由尾氣遙測(cè)單元、速度與加速度檢測(cè)單元、車輛拍照及車牌識(shí)別單元、氣象監(jiān)測(cè)單元及軟件控制單元共五部分組成。根據(jù)實(shí)際道路監(jiān)測(cè)的需求，還可增加黑煙抓拍、安防攝像、道路車流量監(jiān)控及環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)等單元。

l  尾氣遙測(cè)單元  用于完成過(guò)往行駛的機(jī)動(dòng)車的尾氣污染物濃度分析，包括光學(xué)結(jié)構(gòu)和光路調(diào)整系統(tǒng)，光源**和接收控制系統(tǒng)，供電系統(tǒng)，恒溫控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通訊分析及傳輸系統(tǒng)，反射裝置等。根據(jù)主機(jī)和反射裝置安裝方式的不同，可分為水平式遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、垂直式遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、移動(dòng)便攜式遙感監(jiān)測(cè)設(shè)備。

l  速度和加速度單元  采用光電測(cè)速模塊，獲取機(jī)動(dòng)車的速度和加速度檢測(cè)數(shù)據(jù)，聯(lián)動(dòng)車牌識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)往車輛VSP（比功率）計(jì)算以及車速獲取及**速判斷。

l  車輛拍照及車牌識(shí)別單元  采用模塊化車牌識(shí)別攝像機(jī)，及時(shí)抓取并識(shí)別車輛照片和車牌號(hào)、車輛類型等車輛的相關(guān)信息，并與尾氣監(jiān)測(cè)結(jié)果匹配，用于對(duì)車輛是否**標(biāo)排放的查詢依據(jù)。針對(duì)尾氣**標(biāo)車輛，系統(tǒng)會(huì)利用拍照方式對(duì)違規(guī)車輛的車牌信息進(jìn)行記錄。

l  氣象監(jiān)測(cè)單元  包括溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速和大氣壓力傳感器模塊，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速和大氣壓力數(shù)值。

l  軟件控制單元  實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各單元的控制聯(lián)動(dòng)和數(shù)據(jù)提取、設(shè)備標(biāo)定功能，通過(guò)光纖傳輸，將現(xiàn)場(chǎng)所有監(jiān)測(cè)結(jié)果上報(bào)到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)。

1.3 Vgas7000系統(tǒng)特點(diǎn)

Vgas7000機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

(1)        采用TDLAS技術(shù)，相比NDIR、DOAS檢測(cè)手段，方法靈敏度較高，測(cè)量精度好，響應(yīng)速度快，不受環(huán)境背景干擾。

(2)        采用進(jìn)口激光光源，采用分布反饋半導(dǎo)體激光器、帶間級(jí)聯(lián)半導(dǎo)體激光器、**級(jí)聯(lián)半導(dǎo)體激光器和綠光半導(dǎo)體激光器作為系統(tǒng)的檢測(cè)光源，光源穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)。

(3)        采用*特的光路設(shè)計(jì)，將多波段光束整合，光路設(shè)計(jì)布局緊湊，系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度高。

(4)        采用**的后向反射技術(shù)，系統(tǒng)抗震能力強(qiáng)，維護(hù)成本低。

(5)        采用進(jìn)口光學(xué)探測(cè)器，性能穩(wěn)定、寬波長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間短，信號(hào)噪聲低，動(dòng)態(tài)范圍寬。

(6)        采用系統(tǒng)整體精準(zhǔn)控溫技術(shù)，消除溫度漂移影響，適應(yīng)多地區(qū)、全年度、多種環(huán)境氣候條件要求。

(7)        軟件內(nèi)置燃燒方程算法、溫度壓力補(bǔ)償算法等**算法模型，反演機(jī)動(dòng)車尾氣中污染物氣體的濃度，保證測(cè)量結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確。

(8)        系統(tǒng)具備在線標(biāo)定功能，運(yùn)行維護(hù)方式簡(jiǎn)單。

(9)        系統(tǒng)軟件高度集成，實(shí)現(xiàn)多單元集成控制及精準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸。

4 應(yīng)用效果

要提高汽車尾氣遙感監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確率，就必須選擇合適的檢測(cè)地點(diǎn)。機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝點(diǎn)應(yīng)處于一定坡度的上坡點(diǎn)，或者在高速路出口處，車輛需要加速路段。（VSP一般要求約在0-14kW/t范圍內(nèi)的檢測(cè)數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)）。此外系統(tǒng)安裝點(diǎn)位還應(yīng)考慮以下原則：

l  建議較大不**過(guò)三車道；

l  高排放車輛（貨車、重卡、大客等）通行頻繁的路段；

l  盡量避免在風(fēng)口路段，選擇背風(fēng)測(cè)量環(huán)境相對(duì)較好處安裝布點(diǎn)，風(fēng)速＜5.4m/s。

水平式尾氣遙測(cè)系統(tǒng)可用于多車道尾氣監(jiān)測(cè)，垂直式尾氣遙測(cè)系統(tǒng)適用于單車道尾氣監(jiān)測(cè)，移動(dòng)便攜式一般用于水平的道路執(zhí)法抽檢。當(dāng)監(jiān)測(cè)地點(diǎn)進(jìn)行確定之后，還要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)調(diào)整儀器的具體位置。

在某城市兩處位置分別安裝Vgas7000水平式和垂直式機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分別監(jiān)測(cè)3車道和單車道的機(jī)動(dòng)車尾氣排放情況。選取兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)3月份上傳至監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，只低一個(gè)百分點(diǎn)，僅有1%的黃牌大貨車沒(méi)有**標(biāo)，說(shuō)明黃牌大貨車的監(jiān)管是機(jī)動(dòng)車尾氣控制的主要方向。無(wú)論是水平式還是垂直式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，均較好地反映了車輛的**標(biāo)情況。在明確汽車工況的前提下，系統(tǒng)可準(zhǔn)確地對(duì)重污染車輛進(jìn)行篩選，多次檢測(cè)**標(biāo)的高污染排放車輛將列入黑名單。通過(guò)與交管部門的平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)，勒令重污染車輛進(jìn)行整改、淘汰高排污車輛，有效的對(duì)**標(biāo)車輛進(jìn)行監(jiān)管，對(duì)城市空氣質(zhì)量環(huán)境改善具有重要作用。

5 問(wèn)題與建議

目前機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染控制仍是國(guó)內(nèi)多數(shù)城市改善環(huán)境空氣質(zhì)量的關(guān)鍵問(wèn)題之一。Vgas 7000機(jī)動(dòng)車遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)精度高、響應(yīng)速度快，不受背景環(huán)境的干擾，真實(shí)反映車輛尾氣信息，系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用對(duì)機(jī)動(dòng)車監(jiān)管、改善空氣質(zhì)量具有重要的意義。但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，考慮到資金投入和系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境，采用TDLAS原理的尾氣遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)尚不能完全替代現(xiàn)有其它技術(shù)。此外，現(xiàn)實(shí)檢測(cè)過(guò)程中不能有效地排除人為干擾，如人為的怠速、排氣筒改造等造成“數(shù)據(jù)無(wú)效”或無(wú)法檢出，因此，機(jī)動(dòng)車遙感尾氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用仍需要國(guó)家法規(guī)政策的引導(dǎo)。當(dāng)前機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還有進(jìn)一步的提升空間，如提高檢出率、提高單車重復(fù)率等問(wèn)題，相關(guān)的配套設(shè)備和監(jiān)管平臺(tái)也應(yīng)進(jìn)一步完善，提供較加準(zhǔn)確、合理的數(shù)據(jù)分析支持，配合國(guó)家政策**，打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)。

6 參考文獻(xiàn)

[1] 城市汽車尾氣排放與環(huán)境污染及其防治對(duì)策[J]

[2] 北京市生態(tài)環(huán)境局 較新科研成果新一輪北京市PM2.5來(lái)源解析正式發(fā)布

[3] 機(jī)動(dòng)車比功率在高排污車輛鑒別中的應(yīng)用[J]




（引用請(qǐng)注明轉(zhuǎn)載，否則依法追究相關(guān)責(zé)任）


華電智控（北京）技術(shù)有限公司專注于VOCs監(jiān)測(cè)系統(tǒng),機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng),便攜式監(jiān)測(cè)儀等

• 詞條

  詞條說(shuō)明

• 華電智控誠(chéng)邀您參加 2022*六屆中原經(jīng)濟(jì)區(qū)（鄭州） 環(huán)保產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)

  ??由河南省環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)主辦的“*六屆中原經(jīng)濟(jì)區(qū)（鄭州）環(huán)保產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)”將于2022年8月13-15日在鄭州**會(huì)展中心拉開(kāi)帷幕。?? ? ?華電智控如約參加本次展覽會(huì)，向業(yè)界展示我司針對(duì)“十四五”環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求而研發(fā)的產(chǎn)品，包括GC4210污染源VOC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、GC4310便攜式VOCs檢測(cè)儀等產(chǎn)品，誠(chéng)邀您蒞臨參觀交流。?

• GS4210-Ex 煙氣采樣探頭

  產(chǎn)品介紹：GS4210-Ex 煙氣采樣探頭（防爆型）是華電智控根據(jù)防爆的氣體監(jiān)測(cè)場(chǎng)合的需求*的一款防爆型采樣探頭，探頭自帶精細(xì)過(guò)濾功能，防止后續(xù)氣路堵塞，自帶加熱功能，防止冷凝。該產(chǎn)品已獲得防爆合格證，可以有效應(yīng)用在石油化工、噴涂、橡膠、醫(yī)藥、印刷包裝等氣體檢測(cè)的防爆監(jiān)測(cè)場(chǎng)合。規(guī)格參數(shù)：1. 采樣溫度：600℃ Max2. 采樣壓力：0.4~3BarMax.3. 環(huán)境溫度：-20℃~40℃4

• GC4210 污染源揮發(fā)性**物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

  產(chǎn)品介紹：GC4210?污染源揮發(fā)性**物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用抽取式采樣方法，樣氣經(jīng)高溫伴熱，預(yù)處理后進(jìn)入色譜儀單元，測(cè)定樣氣中的污染因子濃度，同時(shí)測(cè)量煙氣的溫度、壓力、流速、濕度等參數(shù)，計(jì)算樣氣中污染因子濃度和排放量。性能特點(diǎn)：1.?具有三級(jí)密碼保護(hù)功能；2.?具有斷電保護(hù)和**溫保護(hù)功能；3.?具備全程和近端自動(dòng)標(biāo)定功能；4.?全程高溫伴熱，無(wú)冷端設(shè)

• 便攜式VOCs分析儀標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析及發(fā)展建議

  一、引言：? ? ? 傳統(tǒng)的VOCs檢測(cè)分析是將現(xiàn)場(chǎng)采集的VOCs樣品送入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量分析，由于分析的滯后性以及樣品在采樣、運(yùn)輸、檢測(cè)分析時(shí)的條件差異，傳統(tǒng)方法無(wú)法準(zhǔn)確反映原始樣品VOCs的真實(shí)情況。對(duì)于眾多VOCs檢測(cè)分析的需求者而言，提供一種便攜的、準(zhǔn)確的便攜式VOCs檢測(cè)儀，能夠真實(shí)的反映樣品的VOCs濃度尤為重要。近幾年，VOCs監(jiān)管力度逐年加大，生態(tài)環(huán)境部