Vgas7000機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測系統(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：217

Vgas7000機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測系統(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)測技術(shù)原理和系統(tǒng)組成進(jìn)行了簡要的介紹，并通過實(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，我國機(jī)動(dòng)車保有量增長*，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源^[1]。以北京市為例，2017年北京市全年PM_2.5主要來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)測技術(shù)作為近幾年的新興的檢測技術(shù)手段，正逐步在國內(nèi)開展應(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)測技術(shù)的主要原理

機(jī)動(dòng)車尾氣遙感檢測技術(shù)是利用光學(xué)原理，遠(yuǎn)距離檢測行駛中的機(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技術(shù)。目前市場上機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測技術(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)比見表1。由于TDLAS技術(shù)相比其它兩種監(jiān)測技術(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 三種常見機(jī)動(dòng)車尾氣遙測技術(shù)對(duì)比

檢測方法	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
測量方法	采用直接吸收測量	采用直接吸收測量	采用波長調(diào)制光譜測量
信號(hào)穩(wěn)定性	探測信號(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	無漂移，*頻繁標(biāo)定
測量選擇性	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量待測氣體單根分子吸收譜線，分辨率高
背景氣體影響	測量易受背景氣體（尤其是濕度）干擾影響	受大氣分子、水汽和氣溶膠影響較大，特別是大氣能見度低時(shí)不能在探測端得到足夠光強(qiáng)從而無法進(jìn)行測量	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，系統(tǒng)無漂移*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)測系統(tǒng)采用TDLAS檢測技術(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光源。根據(jù)煙團(tuán)對(duì)可見光的吸收原理，選擇綠光激光作為不透光度檢測光源。光源由遙測系統(tǒng)主機(jī)發(fā)出，當(dāng)機(jī)動(dòng)車經(jīng)過測試地點(diǎn)時(shí)，發(fā)出的檢測光束經(jīng)過機(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)測原理示意

1.2 Vgas7000系統(tǒng)組成

Vgas7000機(jī)動(dòng)車尾氣遙測系統(tǒng)由尾氣遙測單元、速度與加速度檢測單元、車輛拍照及車牌識(shí)別單元、氣象監(jiān)測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)測等單元。

l  尾氣遙測單元  用于完成過往行駛的機(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)測系統(tǒng)、垂直式遙感監(jiān)測系統(tǒng)、移動(dòng)便攜式遙感監(jiān)測設(shè)備。

l  速度和加速度單元  采用光電測速模塊，獲取機(jī)動(dòng)車的速度和加速度檢測數(shù)據(jù)，聯(lián)動(dòng)車牌識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)過往車輛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，通過光纖傳輸，將現(xiàn)場所有監(jiān)測結(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)測系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

(1)        采用TDLAS技術(shù)，相比NDIR、DOAS檢測手段，方法靈敏度較高，測量精度好，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)的檢測光源，光源穩(wěn)定性好，使用壽命長。

(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)探測器，性能穩(wěn)定、寬波長、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)測的準(zhǔn)確率，就必須選擇合適的檢測地點(diǎn)。機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測系統(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。

水平式尾氣遙測系統(tǒng)可用于多車道尾氣監(jiān)測，垂直式尾氣遙測系統(tǒng)適用于單車道尾氣監(jiān)測，移動(dòng)便攜式一般用于水平的道路執(zhí)法抽檢。當(dāng)監(jiān)測地點(diǎn)進(jìn)行確定之后，還要通過實(shí)驗(yàn)來調(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)測系統(tǒng)，分別監(jiān)測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%的黃牌大貨車沒有**標(biāo)，說明黃牌大貨車的監(jiān)管是機(jī)動(dòng)車尾氣控制的主要方向。無論是水平式還是垂直式監(jiān)測系統(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**標(biāo)的高污染排放車輛將列入黑名單。通過與交管部門的平臺(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 問題與建議

目前機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染控制仍是國內(nèi)多數(shù)城市改善環(huán)境空氣質(zhì)量的關(guān)鍵問題之一。Vgas 7000機(jī)動(dòng)車遙感監(jiān)測系統(tǒng)檢測精度高、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)檢測過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)無效”或無法檢出，因此，機(jī)動(dòng)車遙感尾氣監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用仍需要國家法規(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]




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• 詞條

  詞條說明

• GC 4210-N氣相色譜儀

  產(chǎn)品介紹：GC?4210-N氣相色譜儀由柱箱、進(jìn)樣器、檢測器、氣路控制系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)組成，采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法GC-FID法，完全滿足HJ604-2017?、HJ38-2017的要求。性能特點(diǎn)：1.?采用進(jìn)口EPC技術(shù)控制氣體流量，控制精度高，穩(wěn)定性好；2.?填充柱、毛細(xì)柱可選，多種檢測器可選；3.??可根據(jù)分析對(duì)象進(jìn)行定制，線性范圍寬，

• DC4210-N動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)儀的參數(shù)

  DC4210-N動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)儀的參數(shù)：技術(shù)參數(shù)：1. 環(huán)境溫度：5℃~50℃2. 精度保證溫度：15~35℃3. 相對(duì)濕度：<85%RH4. 電源：AC220V±22V,50Hz5. 外形尺寸：標(biāo)準(zhǔn)4U結(jié)構(gòu)6. 重量：6Kg7. 響應(yīng)時(shí)間：10s8. 稀釋比例：1:1000(可擴(kuò)展)9. 精度：±1.0%S.P.( ≥30%F.S.)9. ±0.3% F.S. ( <30%F.S.)10.

• GC 4210-N氣相色譜儀的性能特點(diǎn)

  GC 4210-N氣相色譜儀的性能特點(diǎn)：1. 采用進(jìn)口EPC技術(shù)控制氣體流量，控制精度高，穩(wěn)定性好;2. 填充柱、毛細(xì)柱可選，多種檢測器可選;3. 可根據(jù)分析對(duì)象進(jìn)行定制，線性范圍寬，重復(fù)性好;4. 5U結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)置獨(dú)立風(fēng)扇，具有良好的散熱性能;5. 可獨(dú)立分析數(shù)據(jù)，多種數(shù)據(jù)傳輸方式可選。產(chǎn)品介紹：GC 4210-N氣相色譜儀由柱箱、進(jìn)樣器、檢測器、氣路控制系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)組成，采用國家標(biāo)準(zhǔn)方

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  華電智控成立于2014年，公司致力于智能化廢氣污染監(jiān)測儀器儀表領(lǐng)域，從事VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)、設(shè)計(jì)、銷售、服務(wù)。公司以做較智能化的在線監(jiān)測儀器為使命，從智能儀器、遠(yuǎn)程運(yùn)維、數(shù)據(jù)云平臺(tái)、微信報(bào)警云平臺(tái)等方面進(jìn)行創(chuàng)新突破。公司以專業(yè)博士為帶頭人，聚集了一批環(huán)境工程、激光光學(xué)、應(yīng)用化學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域的博士、碩士研究生人才。 公司目前已獲得ISO9001、ISO14001、IS