重型柴油车污染排放OBD在线监控系统研究

李晓斌　李毓勤　刘颖　陈志润

摘 要：针对重型柴油车排污监管中存在的问题，提出了重型柴油车污染排放OBD在线监控系统的框架和功能。通过对OBD车载终端和车载烟度计的车辆排放及定位数据的采集，对重型柴油车的污染排放进行实时监测，识别高排车辆，并开展一系列深度分析。

关键词：重型柴油车 OBD车载终端 排污 监管

1 引言

机动车排放已经成为城市大气污染的一个重要来源，重型柴油车保有量占比小，但是NOx和PM排放占比却相对比较高[1]。根据2019年生态环境部发布的《中国机动车环境管理年报》柴油车污染排放数据，柴油车排放的氮氧化物接近汽车排放总量的70%，颗粒物超过90%[2]。基于加大对重型柴油车监控力度的需求，开发基于重型柴油车车载诊断系统（OBD）的远程在线监控系统，建设和完善智能化的机动车排放监控体系，为生态环境局等相关部门对环卫、物流、校车等“用车大户”柴油车的监管执法提供强力依据，为打好柴油车污染治理战役奠定坚实的基础。

2 系统架构

在重型柴油车上安装OBD车载终端，它通过公共移动网络（2G/3G/4G）将发动机运行数据、后处理系统数据、定位数据发送到在线监控系统[3]。主管部门用户可利用在线监控系统开展日常的柴油车排放监管，企业用户可利用移动终端实现车辆信息查询和故障上报。

系统的总体框架为典型物联网架构，主要分为感知层、传输层、支撑层、应用层和用户层五大部分。总体框架如图1所示：

感知层是物联网的皮肤和五官，可以识别物体，采集信息。感知层的设备为安装在重型柴油车上的OBD车载终端，它与车辆的CAN总线或其它接口对接，获取车辆发动机运行数据、后处理系统数据、故障数据、定位数据等，以实现对重型柴油机的污染排放的监管。

网络层是物联网的神经，起到终端接入和数据传输作用。OBD车载终端的数据传输主要采用移动运营商的无线移动网络（2G/3G/4G）。

2.1 支撑层

支撑层分为两部分，分别为：基础设施支撑和应用基础支撑。基础设施支撑是指基于硬件资源和软件资源的云计算服务，提供虚拟化计算资源。应用基础支撑是系统建设的一些基础的、共用的构件和服务，它们为上层应用赋能。应用基础支撑主要包括：数据网关服务、数据共享服务、数据分析服务、GIS服务[4]。

2.2 应用层

应用层主要为本系统的应用模块，包括：监控数据大屏、基础信息管理、车辆监控、业务管理、告警管理、查询统计、数据智能分析、系统管理、移动端APP/小程序等。

3 硬件设备

3.1 OBD车载终端

OBD车载终端产品符合《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）（GB 17691-2018）》标准中关于OBD车载终端的相关技术要求。OBD车载终端所采集的数据如表1。

3.2 车载式烟度计

车载烟度计是一种采用光透射法的传感器，可对重型柴油车尾气中的颗粒物浓度进行检测。当尾气通过探测室时，激光会被阻挡，光电或光线探测器会将此记录下来，通过CAN总线接口传输数据。

4 系统功能

4.1 监控数据大屏

监控数据大屏通过可视化界面、多维度数据剖析，多角度并直观地对重要数据进行深入观察和解析，可供决策者及监控人员全面、快速地把握柴油车排放的总体情况。

监控数据大屏显示系统的关键数据和统计图表，同时在地图上展示柴油车在行政区域内交通路网排放的时空分布状况，运用不同颜色代表重型柴油车排放的严重程度，直观地展示重型柴油车的排放分布状况及时间变化趋势。

4.2 车辆监控

在地图上可查看全区域装有OBD车载终端的柴油车的动态信息以及整个系统的运行情况。用户可按照查询条件，或在地图上圆选对车辆进行批量筛选，并加入地图监控列表，在地图上显示所筛选的柴油车的地理位置，以及实时及历史监测数据，地理位置可随时间动态更新。系统可对超标车辆进行实时监控，在地图上显示全市超标车辆实时位置，并动态滚动显示超标车辆告警记录。

4.3 告警管理

告警信息将会按照等级、类型等，以醒目的方式在监控中心界面上呈现。用户也可以采用数据表格的方式按照组合条件查询系统中的实时与历史告警信息。对于告警信息，用户可以选择人工处理或自动处理。对于自动处理，则按照系统预设的自动处理规则，筛选出符合条件的车辆并列入待通知维修车辆清单。对于人工处理，则由用户根据超标持续时间、超标严重程度等条件进行人工判断，是否需要列入待通知维修车辆清单。

4.4 数据智能分析

4.4.1 OBD监测数据有效性分析

系统可对OBD监测的排放信息数据有效性进行校验，校验读取的OBD参数是否为发动机真实的运行数据，防止恶意篡改发动机OBD参数。

4.4.2 黑加油点定位分析

系统可根据车辆OBD车载终端监控车辆油箱液位变化情况，结合GPS地图判定非法加油点的存在，来监控预警可能存在的黑加油点。

4.4.3 加油点油品分析

系统可根据车辆OBD车载终端监控车辆油箱液位变化情况，结合NOx的变化进行融合分析，判断附近加油站的油品是否存在问题。

4.4.4 排放时空分布分析

系统支持根据重型柴油车的时间和空间分布，采用热力图显性、直观地反应出区域内重型柴油车排放超标情况。用不同颜色的区块，代表排放强度。可结合交通运行状况，分区域分块分时段不同显示。

5 结语

本文基于重型柴油车的排污监管需求，提出了重型柴油车污染排放在线监控系统的整体框架和系统功能，并应用于广东省东莞市、佛山市等地的系统建设，应用效果良好。未来将在两个方面进行改善，一是建立更加有效的高排车的识别模型，及时发现超标或违规行为，支撑深度监管;另一方面对重型柴油车污染排放对区域环境的影响，以及减排措施的有效性等方面开展更深入的研究。

参考文献：

[1]汪洋.重型柴油车排污现状及监管对策[J].资源节约与环保，2019，（6）：113.

[2]生态环境部.2019中国机动车环境管理年报[[EB/OL].北京：中华人民共和国生态环境部，2019[2019-09-04]. http：//www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk15/201909/t20190904_732374.html.

[3]罗源.基于国六标准的重型柴油车远程排放監控系统研发[D].杭州：浙江大学，2019：14.

[4]汪玉峰，周文英，马飞.市级机动车排气污染监控信息化建设研究-以成都市机动车排气污染监管信息系统为例[J].环境保护，2016，44（15）：65-68.