何 冬，李 涛，汪 欣，曾东建，尹 胧

(1.西华大学汽车与交通学院，成都 610039；2. 四川省机动车排污监控中心，成都 610091； 3.南充市生态环境局机动车排污监控中心，四川 南充 637000)

前 言

截止2019年，全国机动车保有量达到3.48亿辆，全国机动车CO、HC、NOX和PM 4项污染物排放总量为1 603.8万t[1]。汽车是大气污染的主要贡献者，而柴油货车排放的NOX和PM是光化学烟雾、臭氧及雾霾天气产生的致命因素。所以机动车污染排放物总量的控制及检测是保护大气环境的一个重要课题。我国现行的在用柴油货车排气污染物检测方法主要有加载减速法和自由加速法，加载减速法能近似模拟车辆的实际工况；自由加速法简单、便捷[2～5]。这两种方法经过多年的实践检验，技术成熟，得到广泛认可。然而这两种方法的缺点是被检测车辆必须静止在规定的检测场所才能进行检测，且检测车况特殊且复杂，不便作为行驶在道路上、工况不受控制的、正在行驶的柴油货车的检测。相比于传统的检测方法，遥感检测法有检测速度快、检测范围宽、检测效率高、成本低、等优点[6]，是一种灵活的、快捷的机动车排气污染物检测手段。且柴油货车排气污染物遥测技术可以采用非接触、不停靠、不影响车辆正常通行的一种检测方法，为柴油货车排气污染物的道路检测提供了可能[7]。但是，遥感检测技术作为一种方便、快捷的柴油货车排放污染物检测技术，其所检测排放污染物数据与传统的检测技术所测得的污染物数据相比较，其可靠性、相关性还需要进一步研究。

为了深入了解遥感检测法与传统柴油货车排气污染物检测方法区别，在四川省检测尾气排放工作中能更好的应用不同的手段方法，对在用机动车有效的管理和控制。本文基于GB 3847-2018《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方式》和HJ 845-2017《在用柴油车排气污染物测量方法及技术要求(遥感检测法)》[8-9]，对这两种检测方法进行了相关性对比试验和分析。

1 试验设备及方案

1.1 试验检测设备

本次对比试验采用车载移动式遥感检测设备，设备主要由排气污染测量分析系统、工控机、摄像系统、车牌自动识别系统、环境条件检测仪等组成，如图1所示。

图1 车载移动式遥感检测设备Fig.1 Vehicle-mounted mobile remote sensing detection equipment

自由加速法检测柴油机颗粒排放物所用设备：厦门海腾发动机测试设备有限公司生产的海腾DISMOKE 480BT不透光烟度计，如图2所示。

图2 海腾DISMOKE 480BT不透光烟度计Fig.2 Haiteng DISMOKE 480 BT opaque smoke meter

1.2 试验环境条件

为了保证对比试验的有效性、科学性，根据HJ 845-2017《在用柴油车排气污染物测量方法及技术要求(遥感检测法)》要求，对试验地点、环境等条件提出如下要求，如表1所示。

表1 环境参数要求Tab.1 Environmental parameter requirements

1.3 试验方案

按照表1规定要求，在德阳、绵阳、巴中三个城市随机选择多个对比试验地点，针对过往的柴油车分别用遥感法和自由加速法进行尾气检测。本次对比试验一共检测了17不同型号的78辆柴油车。对比试验按以下步骤进行：

1.3.1 在测试路段设置引导路线，指引测试车辆进入测试路段。对测试车辆排气中的颗粒状污染物进行遥感检测(见图3)。

图3 柴油车排气颗粒物遥感检测中Fig.3 Remote sensing detection of diesel exhaust particles

1.3.2 将已经过遥感检测的测试车引导停靠在指定地点，按照自由加速法进行排气污染物中的颗粒物进行检测(见图4)。

图4 柴油车按照自由加速法进行排气颗粒检测中Fig.4 Exhaust particle detection of diesel vehicles according to the free acceleration method

2 对比试验结果及相关性分析

2.1 试验数据处理

为了进行试验结果的相关性分析，将测得的光吸收系数通过计算公式(1)转化为不透光烟度。

(1)

式中：N——不透光烟度，%；

K ——相应的光吸收系数值；

L ——透过被测气体的光通道的有效长度。

相关性一般使用线性相关系数R来进行评判，为了获取相关系数R，一般都先计算可决系数R2，见式(2)。

(2)

其中：R=0为完全不相关，0<│R│<0.3为基本不相关，0.3<│R│<0.5为低度相关，0.5<│R│<0.8为显著相关，0.8<│R│<1为高度相关，│R│=1为完全相关。

2.2 遥感法、自由加速法检测数据相关性分析

利用线性回归的方法，对77辆抽样试验柴油车自由加速法和遥感法不透光烟度整体相关性进行分析，抽样车辆自由加速法和遥感法不透光烟度相关性分析结果和整体相关性结果如图5所示。不透光烟度的线性相关系数为0.675，是为显著相关。

图5 不透光烟度相关性分析Fig.5 Correlation analysis of opaque smoke

机动车在实际道路行驶过程中，由于交通流和道路状况的影响，会引起机动车运行状态的改变，进而带来车辆功率需求的变化，从而导致发动机瞬时油耗和排放量的差异。所以遥感法测得颗粒物所在的高排放工况很可能只是某种特殊情况下的瞬时高排放，从而错误判定该机动车为高排污车辆。为了避免这种误判，准确地描述功率需求随车辆行驶状态的变化，美国麻省理工学院的 Jiménez-Palacios 提出了机动车比功率VSP(Vehicle Specific Power)这一概念[10-11]，VSP意指某一时刻单位质量机动车所对应的功率(kw/t或者m2/s3)，它表示发动机克服滚动阻力和空气阻力所做的功率、汽车因内部机构工作摩擦产生的传动损失功率以及增加机动车的动能和势能所需要发出的功率。另外，Jiménez- Palacios还总结提出了适用于机动车排放计算的比功率计算的公式，如式(3)所示：

VSP=v[1.1a+9.8as+0.132]+0.000302v3

(3)

式中，v——机动车行驶速度，单位：m/s；

a——机动车行驶瞬时加速度，单位：m/s2；

s——为坡度(无量纲)。

因此为了减少误判，业内广泛采用VSP来对遥感数据进行筛选鉴别，把VSP分为3个区域：

(1)VSP < 0时，此时车辆制动减速频繁，减速度值比较大；

(2)0 < VSP <5 kw/t时，车辆相对行驶顺畅，没有急加速或者急减速的情况产生；

(3)VSP > 5 kw/t时，车辆车速较高，加速度较大，一般对应的是车辆急加速的情况。

根据VSP分区，对在不通过分区内的柴油车辆自由加速法和遥感法不透光烟度相关性进行分析，分析结果分别如图6～图8所示。

图6 不透光烟度相关性分析(VSP < 0)Fig.6 Correlation analysis of opaque smoke (VSP <0)

图7 不透光烟度相关性分析(0 < VSP <5 kw/t)Fig.7 Correlation analysis of opaque smoke (0

图8 不透光烟度相关性分析(VSP > 5 kw/t)Fig.8 Correlation analysis of opaque smoke (VSP> 5 kw/t)

表2是按VSP分区后，柴油车辆自由加速法和遥感法不透光烟度相关性分析结果。

表2 VSP分区自由加速法、遥感法检测值相关性分析Tab.2 Correlation analysis of the detection values of the VSP zoning free acceleration method and remote sensing method

由表2可知，VSP<0以及大于VSP>5 kw/t时，柴油车辆自由加速法和遥感法测得的不透光烟度的具有较高的线性相关系数。而0 < VSP <5 kw/t时，柴油车辆自由加速法和遥感法测得的不透光烟度相关性系数较低。由此说明：车辆在急加速或急减速时，两种测试方法所经历的汽车运行工况相似，因此测得的不透光烟度结果表明，两种测量方法具有高相关性；而当0 < VSP <5 kw/t时，采用遥感法进行排放颗粒物测量时，车辆行驶相对顺畅，没有急加速或者急减速的情况产生，故此与自由加速法测量工况相差较大，两种测量方法测得的不透光烟度的相关性系数表明，两种测量方法具有显著相关性。

2.2.1 增压柴油汽车与自然吸气柴油汽车遥感、自由加速法检测数据相关性分析

如图9、图10所示，为增压、自然吸气柴油汽车自由加速法和遥感法不透光烟度相关性分析。

图9 增压柴油汽车不透光烟度相关性分析Fig.9 Correlation analysis of opaque smoke of supercharged diesel vehicles

图10 自然吸气柴油汽车不透光烟度相关性分析Fig.10 Correlation analysis of opaque smoke of naturally aspirated diesel vehicles

如图9、图10所示，增压发动机车辆的烟度值在两种测量方法所得结果线性相关系数为0.759，整体相关系数较高，相关性为显著相关；而自然吸气柴油汽车车辆的烟度值在两种测量方法所得结果线性相关性系数为0.484，整体相关系数较低，相关性为弱相关。本次对比试验中，增压柴油汽车共有68辆，自然吸气柴油车仅有9辆，自然吸气柴油车测试样本数少，这也是相关性弱的原因之一。

2.2.2 针对增压柴油汽车遥感法、自由加速法检测数据相关性分析

针对增压柴油汽车进行VSP分区(分区范围同上)相关性分析，结果如图11～图13所示，表3为具体结果分析。

表3 增压柴油汽车VSP分区后自由加速法、 遥感法试验数据相关性分析Tab.3 Correlation analysis of test data of free acceleration method and remote sensing method after VSP partitioning of supercharged diesel vehicles

结果表明：增压柴油汽车按VSP分区后自由加速法、遥感法对比试验数据相关性系数普遍较高。

图11 增压车辆不透光烟度相关性分析(VSP < 0)Fig.11 Correlation analysis of opaque smoke of supercharged vehicles (VSP <0)

图12 增压柴油汽车不透光烟度相关性分析(0 < VSP <5)Fig.12 Correlation analysis of opaque smoke of supercharged diesel vehicles (0

图13 增压柴油汽车不透光烟度相关性分析(VSP > 5)Fig.13 Correlation analysis of opaque smoke of supercharged diesel vehicles (VSP> 5)

3 结 论

3.1 77辆柴油汽车分别按自由加速法、遥感法进行试验，所得颗粒污染物数据经线性回归处理后，发现其相关性为显著相关。

3.2 68辆增压柴油汽车自由加速法、遥感法颗粒污染物数据相关性为强相关；9辆自然吸气柴油汽车自由加速法、遥感法颗粒污染物数据相关性为弱相关。

3.3 按VSP分区后。VSP < 0时，颗粒污染物数据相关性为显著相关；0 < VSP <5时，颗粒污染物数据相关性也为显著相关；VSP > 5时，颗粒污染物数据相关性为高相关。增压柴油汽车，不论VSP在何区间，自由加速法、遥感法颗粒污染物数据相关性为强相关。

3.4 作为一种新的汽车尾气快速检测方法，遥感法不仅在检测速度和检测效率方面超越传统柴油货车排气污染物检测方法，其结果的准确性和相关性也与传统柴油货车排气污染物检测方法接近。可以预测遥感法能逐渐代替传统柴油货车排气污染物检测方法在四川机动车排气检测工作中发挥重要作用。