机动车排气检测领域遥测技术应用研究
摘要：随着我国机动车拥有量不断增长，尾气污染已成为大气污染的重要因素。传统的尾气检测方法已不能满足时代的需求，因此出现了遥测法。本文在遥测法基本原理的基础上，介绍了遥测法的测试条件和应用，并给出了几个排放污染的重要因素及其试验数据。为遥测技术在排气检测领域的应用提供了参考。
关键词：机动车；排气检测；遥测技术
中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0135-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.064
Abstract： With the increasing number of motor vehicles in China， exhaust pollution has become an important factor in air pollution. The traditional method of exhaust gas detection can not meet the needs of the times， so there is a telemetry method. Based on the basic principle of telemetry， this paper introduces the test conditions and application of telemetry method， and gives some important factors and test data of emission pollution. Which provides a reference for telemetry technology in the field of exhaust detection.
Key words：Motor vehicle；Exhaust detection；Telemetry technology
随着我国经济的发展和人们生活水平的提高，社会上的机动车数量也在急剧增长，在当前环境形势恶劣的背景下，机动车排气污染作为城市大气污染的关键因素，已越来越受到政府和人们的关注。机动车尾气检测与排放控制成为一项长期而艰巨的任务。
1 我国尾气污染及检测技术现状分析
我国的机动车排气检测技术发展较晚，应用前期主要采用传统的怠速法、自由加速烟度法等进行排气检测，但随着机动车数量的日益增加，这些方法在检测速度、检测效果和检测成本上都已不能满足社会发展的需求。于是逐步开始引入了国外先进的机动车排气遥测技术。目前我国已形成许多汽车排气检测的地方标准。
机动车排气遥测技术的先进之外在于，它能够在不影响正常交通秩序的情况下对汽车尾气中的主要污染物浓度进行快速检测，效率极高。当然，遥测技术有其自身的局限性，例如对道路情况、车辆行驶工况、气象条件等因素都有较理想的要求，否则会影响其检测的精度。
2 遥测法的基本原理
机动车排气遥测系统是一个综合性的大型系统，由排气分析系统、电子照相系统、车辆识别系统、速度检测系统、气象监控系统、主控计算机系统等众多子系统构成。首先，遥测系统的光源通电发出红外和紫外波段的强激光束，通过道路对面的反射镜反射回设备的检波单元，在空气质量良好的条件下，检波单元几乎能接收到发射光谱的所有成份。当道路上有车辆穿行时，其排出的尾气将会吸收红外激光的部分光谱，采集设备将反射光谱数据收集后传入计算机系统中进行分析计算，即可得出此时空气中CO、CO2、HC及NOx的实时浓度。
实际上，汽尾气排出后，会立即受到空气流动的影响而得到不同程度的扩散。因此，如果按上述过程对空气中的污染物进行直接测量，将会造成严重的误差，现实中的遥测设备实际上是利用CO2作为参比气体对各种排气污染物进行相对测量的。下面从数学的角度对遥测法的原理进行定性分析。假设QCQ、QHC、QNO分别为污染物CO、HC、NOx对CO2浓度的比率，则有：
相关研究表明，在给定排气烟羽的条件下，QCO、QHC、QNO是相对保持稳定的，受气流的扩散和稀释作用不明显。基于此，如果能够在极短的时间内对排气烟羽进行多次重复测量，就可以计算出CO、HC、NOx的浓度与CO2浓度之比，从而推算出QCO、QHC、QNO的值。而作为参考量的CO2浓度则是通过碳平衡法来确定的，其理论公式为：
由（式1）可知，各污染物的排放浓度为：
CO% = QCO×CO2%，HC% = QHC×CO2%，NO% = QNO×CO2% （式3）
由上面的分析不难发现，遥测系统所测量的实际上是污染物的相对浓度，而不是绝对浓度。
3 测试条件分析
3.1 环境条件
作为一种非接触式测量方式，机动车排气遥测法检测受环境的影响非常大，特别是极端天气，如雨雪、雾霾、沙尘等，会对测量结果造成重大误差。DB44/T 594-2009（以广州市地方标准[1]为例）规定的环境条件有：（1）风速不能持续超过 10m/s；（2）环境温度在 5～45℃范围内；（3）相对湿度小于 80%。
3.2 路面条件和行驶工况
汽车排气情况与其行驶状态有直接关系，例如下坡路段会使车辆负荷不准确，拐弯路段的车辆负荷不稳定。因此遥测应选择在路面平坦的路段进行，且有小幅上坡路面為佳。DB44/T 594-2009（以广州市地方标准为例）规定测量道路应为单车道行驶，且两辆车先后通过测试点的时间不小于1s。
4 排气遥测技术应用分析
排气遥测技术的研究对于交通管理部门、气象部门和汽车制造商都有着重要的指导意义。通过大量的遥测试验采集数据，可以为相关领域的工作和研究提供非常有价值的数据参考。本文主要给出几项常用的实验数据。
4.1 车辆供油方式对排放污染的影响
表1是文献[2]给出的根据车辆供油方式进行数据统计的结果。结果表明，化油式供油车辆的遥测污染物均值明显比电喷式车辆高，其中CO排放均值达到电喷车辆的2倍，而HC排放均值更是达到了电喷车辆的3.5倍。可见，电喷供油方式较化油式供油方式环保。
4.2 车辆新旧程度对排放污染的影响
表2是文献[2]给出的车辆新旧程度对排放污染[3]均值统数据。由表2可以发现，车辆越老旧，其污染越严重；这不但与车辆长期使用所造成的性能损失有关，也与当时汽车生产水平有直接的关系。而近十年来的汽车其污染程度明显较低，这一方面是由于车辆使用年限不长，性能保持良好，另一方面，现代汽车制造水平已有质的飞越，使污染量大大降低。
4.3 车辆行驶里程排放状况分析
表3是文献[2]给出的不同累计行驶里程车辆的遥测污染物均值统计数据。由表3数据可知，随着车辆行驶里程的增加，其排放污染也随之加重。这主要是由于发动机性能损耗造成的。
5 结论
机动车排气检测遥测法一种非接触式测量手段，具有速度快、效率高、操作简便等特点。遥测法的检测精度需要一定的条件来保证，包括环境条件、路面条件和行驶工况、检测项目及污染物限值。本文研究表明，电喷供油方式较化油式供油方式更环保；车辆越老旧其污染越严重；排放污染程度随着车辆行驶里程的增加而增加。排气遥测技术[4]的研究可为相关领域的工作提供非常有价值的参考。
参考文献
[1]DB44/T594-2009， 在用汽车排气污染物限值及检测方法（遥测法）[S].
[2]严悦然.数据挖掘技术在机动车排气检测中的应用研究[D].上海：上海大学，2007.
[3]石丽娜，赵旭东，韩发.遥感技术在环境监测中的应用和发展前景[J].贵州农业科学，2010，38（01）：175-178.
[4]曹冬梅.遥感技术及其在环境监测方面的应用[J].环境研究与监测.2013 ，27（6） ：16-18.
作者简介：杜俊毅（1991-），男，土家族，研究生，助理工程师，研究方向为环境监测。
关键词：机动车；排气检测；遥测技术
中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0135-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.064
Abstract： With the increasing number of motor vehicles in China， exhaust pollution has become an important factor in air pollution. The traditional method of exhaust gas detection can not meet the needs of the times， so there is a telemetry method. Based on the basic principle of telemetry， this paper introduces the test conditions and application of telemetry method， and gives some important factors and test data of emission pollution. Which provides a reference for telemetry technology in the field of exhaust detection.
Key words：Motor vehicle；Exhaust detection；Telemetry technology
随着我国经济的发展和人们生活水平的提高，社会上的机动车数量也在急剧增长，在当前环境形势恶劣的背景下，机动车排气污染作为城市大气污染的关键因素，已越来越受到政府和人们的关注。机动车尾气检测与排放控制成为一项长期而艰巨的任务。
1 我国尾气污染及检测技术现状分析
我国的机动车排气检测技术发展较晚，应用前期主要采用传统的怠速法、自由加速烟度法等进行排气检测，但随着机动车数量的日益增加，这些方法在检测速度、检测效果和检测成本上都已不能满足社会发展的需求。于是逐步开始引入了国外先进的机动车排气遥测技术。目前我国已形成许多汽车排气检测的地方标准。
机动车排气遥测技术的先进之外在于，它能够在不影响正常交通秩序的情况下对汽车尾气中的主要污染物浓度进行快速检测，效率极高。当然，遥测技术有其自身的局限性，例如对道路情况、车辆行驶工况、气象条件等因素都有较理想的要求，否则会影响其检测的精度。
2 遥测法的基本原理
机动车排气遥测系统是一个综合性的大型系统，由排气分析系统、电子照相系统、车辆识别系统、速度检测系统、气象监控系统、主控计算机系统等众多子系统构成。首先，遥测系统的光源通电发出红外和紫外波段的强激光束，通过道路对面的反射镜反射回设备的检波单元，在空气质量良好的条件下，检波单元几乎能接收到发射光谱的所有成份。当道路上有车辆穿行时，其排出的尾气将会吸收红外激光的部分光谱，采集设备将反射光谱数据收集后传入计算机系统中进行分析计算，即可得出此时空气中CO、CO2、HC及NOx的实时浓度。
实际上，汽尾气排出后，会立即受到空气流动的影响而得到不同程度的扩散。因此，如果按上述过程对空气中的污染物进行直接测量，将会造成严重的误差，现实中的遥测设备实际上是利用CO2作为参比气体对各种排气污染物进行相对测量的。下面从数学的角度对遥测法的原理进行定性分析。假设QCQ、QHC、QNO分别为污染物CO、HC、NOx对CO2浓度的比率，则有：
相关研究表明，在给定排气烟羽的条件下，QCO、QHC、QNO是相对保持稳定的，受气流的扩散和稀释作用不明显。基于此，如果能够在极短的时间内对排气烟羽进行多次重复测量，就可以计算出CO、HC、NOx的浓度与CO2浓度之比，从而推算出QCO、QHC、QNO的值。而作为参考量的CO2浓度则是通过碳平衡法来确定的，其理论公式为：
由（式1）可知，各污染物的排放浓度为：
CO% = QCO×CO2%，HC% = QHC×CO2%，NO% = QNO×CO2% （式3）
由上面的分析不难发现，遥测系统所测量的实际上是污染物的相对浓度，而不是绝对浓度。
3 测试条件分析
3.1 环境条件
作为一种非接触式测量方式，机动车排气遥测法检测受环境的影响非常大，特别是极端天气，如雨雪、雾霾、沙尘等，会对测量结果造成重大误差。DB44/T 594-2009（以广州市地方标准[1]为例）规定的环境条件有：（1）风速不能持续超过 10m/s；（2）环境温度在 5～45℃范围内；（3）相对湿度小于 80%。
3.2 路面条件和行驶工况
汽车排气情况与其行驶状态有直接关系，例如下坡路段会使车辆负荷不准确，拐弯路段的车辆负荷不稳定。因此遥测应选择在路面平坦的路段进行，且有小幅上坡路面為佳。DB44/T 594-2009（以广州市地方标准为例）规定测量道路应为单车道行驶，且两辆车先后通过测试点的时间不小于1s。
4 排气遥测技术应用分析
排气遥测技术的研究对于交通管理部门、气象部门和汽车制造商都有着重要的指导意义。通过大量的遥测试验采集数据，可以为相关领域的工作和研究提供非常有价值的数据参考。本文主要给出几项常用的实验数据。
4.1 车辆供油方式对排放污染的影响
表1是文献[2]给出的根据车辆供油方式进行数据统计的结果。结果表明，化油式供油车辆的遥测污染物均值明显比电喷式车辆高，其中CO排放均值达到电喷车辆的2倍，而HC排放均值更是达到了电喷车辆的3.5倍。可见，电喷供油方式较化油式供油方式环保。
4.2 车辆新旧程度对排放污染的影响
表2是文献[2]给出的车辆新旧程度对排放污染[3]均值统数据。由表2可以发现，车辆越老旧，其污染越严重；这不但与车辆长期使用所造成的性能损失有关，也与当时汽车生产水平有直接的关系。而近十年来的汽车其污染程度明显较低，这一方面是由于车辆使用年限不长，性能保持良好，另一方面，现代汽车制造水平已有质的飞越，使污染量大大降低。
4.3 车辆行驶里程排放状况分析
表3是文献[2]给出的不同累计行驶里程车辆的遥测污染物均值统计数据。由表3数据可知，随着车辆行驶里程的增加，其排放污染也随之加重。这主要是由于发动机性能损耗造成的。
5 结论
机动车排气检测遥测法一种非接触式测量手段，具有速度快、效率高、操作简便等特点。遥测法的检测精度需要一定的条件来保证，包括环境条件、路面条件和行驶工况、检测项目及污染物限值。本文研究表明，电喷供油方式较化油式供油方式更环保；车辆越老旧其污染越严重；排放污染程度随着车辆行驶里程的增加而增加。排气遥测技术[4]的研究可为相关领域的工作提供非常有价值的参考。
参考文献
[1]DB44/T594-2009， 在用汽车排气污染物限值及检测方法（遥测法）[S].
[2]严悦然.数据挖掘技术在机动车排气检测中的应用研究[D].上海：上海大学，2007.
[3]石丽娜，赵旭东，韩发.遥感技术在环境监测中的应用和发展前景[J].贵州农业科学，2010，38（01）：175-178.
[4]曹冬梅.遥感技术及其在环境监测方面的应用[J].环境研究与监测.2013 ，27（6） ：16-18.
作者简介：杜俊毅（1991-），男，土家族，研究生，助理工程师，研究方向为环境监测。
