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2020实用技术 |天津同阳——非接触式机动车尾气测量技术与监控平台
发布时间:2021年10月14日
2020-64

技术名称

天津同阳——非接触式机动车尾气测量技术与监控平台

申报单位

天津同阳科技发展有限公司

推荐单位

天津市环境保护产业协会

适用范围

本技术适用于柴油车,汽油车的尾气排放监测,高排放车辆筛查,对过往车辆进行24h全天候的尾气排放快速监测,黑尾气柴油车等尾气污染大户将无处可逃。

主要技术内容

一、基本原理

利用长光程特性在道路上监测正常行驶的汽车排放污染物浓度。采用可调谐半导体激光、非色散红外等红外光源,紫外差分吸收的紫外光源,半导体激光吸收的国标绿光光源,发射到道路对面的反射镜形成回路到接收器中,利用光谱的吸收特性对机动车尾气排放进行在线测量。

汽车尾气从排气管中高压喷出后,立即被环境空气流所稀释,浓度发生较大变化,但其成分的比例变化不大。当汽车穿过激光束时,检测仪在不到1s的时间内对其排放的尾气即时进行50次左右不间断检测,尾气浓度从高到低依次稀释,分析仪器随即将测得的CO、HC、NO浓度作图,并检查其线性度,由此测出QCO、QHC、QNO

在监测过程中,遥测仪在汽车经过前的极短时间内,对环境空气中的CO、HC、NO背景值进行监测,随后在对汽车排放的烟羽监测时自动扣除背景值。汽油中99%以上是碳氢化合物,其他元素含量极少,一般汽车发动机所排放的CO2浓度约在12%以上,而以化学计量空气量进入发动机时所排放的CO2为13.04%。所以实际上汽车发动机的空燃比相当接近化学计量空燃比,使用电喷技术的汽车更是如此。

在实际检测中,遥测仪所测量的是汽车排放的各种气体的相对浓度,即CO/CO2、HC/CO2、NO/CO2,再由发动机的化学计量空燃比燃烧所导的理论关系式,计算其所排放的各种气体的绝对浓度。所以,在化学计量空燃比燃烧状态下行驶的车辆其遥测值比较准确,遥测的成功率也比较高。

二、技术关键

1. 测量速度

非接触式机动车尾气测量技术与监控平台是基于可调谐半导体激光、非色散红外等红外光源,紫外差分吸收的紫外光源,半导体激光吸收的国标绿光光源,其测量时间可以做到10ms,保证了机动车尾气排放遥测中化学成分测量的高精度和高稳定性。

2. 检测算法精准度

检测仪在每辆车经过后采集到50组数据,可能包括有用也可能包含无效或干扰的数据,本技术使用一种尾气烟团位置智能检测算法,可以自动快速分析出车辆的轮廓图、车型以及尾气烟囱位置,有效地提高了检测的准确性。

车辆轮廓及烟团位置分析图

如图所示,当车辆经过检测点位时,系统通过数据采集和分析模块采集车辆经过的数据,数据采集的是多组检测机构的实时光能量值。数据采集完成后由数据采集和分析模块对数据进行软件滤波、线性校正、归一化处理,并通过内置的智能检测算法,分析出车辆的轮廓图、车型以及尾气烟团位置。

三、针对不同排气管的车辆,如何保证能测量到?

本技术研制了一种多维矩阵式机动车尾气遥测仪,能够测量排气管位置不同的各类车辆的尾气排放,解决了侧排超标车无法检测的难题。

架设于道路两边与龙门架上的多维矩阵式尾气遥测仪、地面清扫系统、蜂窝遮阳防风矩阵、速度/加速度测量系统、车辆抓拍识别系统、环境气象检测系统、前端主控和服务器平台。针对不同车辆特别是柴油车排气口位置在车辆下部或左侧,系统采用矩阵式布局,可以实现对99%以上车辆排气口的污染物直接测量。

系统中采用蜂窝遮阳防风矩阵,可以有效降低外界环境(阳光、刮风)对检测的干扰。采用多维矩阵式检测,通过对不同维度的检测数据进行动态分析,设置环境因子补偿功能,从而保证测量的有效性和准确性。此方案可解决侧排车辆的污染物排放测量,经在北京某地实测,侧排尾气超标的车辆可通过此系统检测出来,填补了国内市场的空白。

主要技术指标

1. VSP最大允许误差:±2kW/t

2. 车辆图形抓获率:≥98%

3. 车辆牌照识别率:≥80%

投资情况

1. 总投资为800万元,其中,设备投资为350万元;

2. 主体设备寿命为5年。

推广情况

目前项目成果已陆续在北京、天津、河北、河南、山东等十几个省(直辖市)环保监测部门安装运行,累计80台,示范安装点各项指标通过环保验收,同时支持接入环境空气、黑烟车、道路车流量等信息,平台实现了三级联网;结合国家及各地方环保政策,抓住机遇,迅速打开市场,通过参加行业展会,举办各种技术论坛,逐渐打开市场,并取得不俗成绩;完成了柴油车过境检测站多维矩阵的设计和开发,本系统将检测站的效率提升了3~6倍,遥感测量数据和手持设备测量数据吻合率高达40%以上;针对在线遥感监测仪的在线数据挖掘,开发了多套智能算法,给后续遥感监测的准确性提供了支撑。

获奖情况

1. 2018年12月,获得由天津市科学技术局颁发的天津市重点新产品证书,证书编号18XCHPJH012;

2. 2019年12月,获得由中国产学研合作促进会颁发的2019年中国产学研合作创新成果奖二等奖,证书编号20199115。


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