基于大數據的中國在用車排放狀況研究*

馬 冬 尹 航 丁 焰 王宏麗 王軍方 王燕軍 黃志輝

(中國環境科學研究院，北京 100012)

當前，中國大氣環境污染形勢嚴峻，灰霾現象頻發。2014年6月，環境保護部發布的《2013中國環境狀況公報》顯示，2013年全國74個新標準監測實施第一階段，城市環境空氣質量達標城市比例僅為4.1%[1]。最新公布的PM2.5源解析數據顯示，機動車、工業生產、燃煤、揚塵等是當前中國大部分城市環境空氣中顆粒物的主要污染來源，約占85%～90%。其中，北京、杭州、廣州、深圳4個城市的首要污染來源是機動車。機動車污染已成為中國大氣污染中最突出、最緊迫的問題之一。

依據公安部交通管理局公布的數據，截至2014年底，中國汽車保有量達1.54億輛。與固定點源排放不同，機動車排放屬于移動源，點多面廣、流動性強，為排放監管帶來巨大挑戰。為加強在用車污染防治，中國已有31個省、自治區、直轄市開展了機動車環保定期檢驗工作，對不達標車輛，不得上路行駛。截至2013年底，全國共建成機動車環保檢驗機構1 200余家，設立環保檢測線4 000余條。全國參加環保定期檢驗的汽車共有6 185.6萬輛，占全國汽車保有量的49.2%。天津、重慶、青島、南京等80個城市機動車環保定期檢驗率達到80%以上[2]。按照規定，所有檢測數據必須上傳到機動車排放監管部門，如何有效利用這些檢測數據，從而更好地為機動車排放監管服務，成為環保監管部門面臨的重要問題。隨著信息網絡及大數據技術的不斷發展，為海量數據的收集、整理及分析提供了可能。本研究通過對全國28個城市1 000多萬條在用車環保定期檢驗樣本數據進行分析，為全面了解中國在用車排放狀況、加強在用車排放監管提供重要依據。

1 發展現狀

1.1 污染防治現狀

作為國民經濟的重要支柱產業之一，中國汽車工業取得快速發展。中國汽車工業協會統計顯示，2014年中國全年累計產、銷汽車2 372.28萬、2 349.19萬輛，同比增長7.3%和6.9%，連續6年成為世界汽車產銷第一大國[3]。汽車保有量也隨之快速增長，給能源、環境帶來巨大壓力。

隨著新車標準的嚴格實施、黃標車及老舊車淘汰、油品升級等工作的不斷開展，中國機動車排放快速增長的勢頭得到有效控制。2013年，中國汽車污染物排放量為3 906.5萬t，與2000年相比，全國汽車保有量增長了近8倍，但污染物排放量僅增加了40%，具體如圖1所示。

圖1 中國汽車污染物排放量變化趨勢Fig.1 The development trend of vehicle emission in China

從2002年開始，環境保護部發布了一系列關于推進在用車環保監督管理的文件，涵蓋了汽車、摩托車、三輪汽車和低速貨車等，對控制在用機動車污染物排放發揮了重要的作用。目前，中國已建立了機動車環保定期檢驗、機動車環保合格標志等監督管理制度，定期對在用車進行環保檢驗，檢驗合格則發放環保合格標志，不合格強制進行維修，對于高排放車輛發放黃色檢驗標志進行重點治理[4]。隨著中國機動車保有量的快速增長，大氣污染防治工作日趨嚴峻，對機動車排放控制提出了更高的要求，相關標準已難以適應新形勢下環境保護工作。主要體現在檢測流程不規范、排放限值寬松且缺乏統一、標準內容需進一步完善[5-6]。通過對機動車環保定期檢驗數據進行大數據分析，可對在用車排放限值的修訂提供重要的參考依據。

2014年5月，中央電視臺對市場上出現的假國Ⅳ柴油車問題進行了曝光。為加強機動車污染源頭控制，2014年8月，環境保護部、工業和信息化部、公安部、工商總局、質檢總局等五部門，在全國范圍內聯合開展了新生產機動車環保達標監督檢查工作，以中重型柴油車為重點，在新車型檢測、生產、銷售、注冊登記等環節開展聯合執法，有效打擊了制造、銷售環保不達標機動車的違法行為，為機動車排放標準的有效實施提供了有力保障。由于目前中國尚未建立汽車及發動機產品排放缺陷召回制度，無法對汽車產品生命周期排放進行有效監管[7-9]。通過對年檢數據進行分析，可了解不同品牌車型的實際排放狀況，評估不同品牌車型的實際排放水平，為開展機動車生產一致性、在用符合性檢查以及未來的機動車環保召回提供數據支持。

1.2 數據平臺建設

2011年6月，世界著名的管理咨詢公司——麥肯錫公司，發布了關于“大數據”的報告，對“大數據”的影響、關鍵技術和應用領域等都進行了詳盡的分析，得到各行業普遍關注。大數據技術包括數據采集、存儲、管理、分析挖掘、可視化等技術及其集成[10-11]。通過大數據分析應用，不僅能帶來巨大的經濟效益，而且可有效提高社會管理水平，具有重要的社會經濟價值[12-13]。

為加強機動車環保檢驗管理、深化機動車污染防治工作，2013年4月，環境保護部發布了《機動車環保檢驗管理規定》，指出環保檢驗機構應與當地環保部門聯網，實時上傳環保檢驗數據，各級環保部門應建立機動車環保管理信息系統，定期向上級環保部門報送環保檢驗信息。目前，中國已有北京、上海、重慶、遼寧、浙江、內蒙古、山東、安徽、江蘇等15個省、自治區、直轄市實現了數據聯網，未來還將與國家機動車排放監管機構聯網，形成國家、省、市三級機動車排污監控平臺，從而為機動車污染防治大數據分析提供數據支撐。

2 大數據分析

2.1 數據樣本

本研究共收集了全國28個城市共計1 000多萬條在用車環保定期檢驗樣本數據。數據樣本主要分布區域為華北、華南、華東、東北，涵蓋京津冀、長三角、珠三角等重點區域，占全部樣本量的80%以上。

中國在用車排放標準主要有《點燃式發動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法(雙怠速法及簡易工況法)》(GB 18285—2005)和《車用壓燃式發動機和壓燃式發動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》(GB 3847—2005)，包括雙怠速法(TSI)、穩態工況法(ASM)、簡易瞬態工況法(VAMSS)、自由加速法(FA)和加載減速法(LUGDOWN)這5種檢測方法，各地依據實際情況選擇采用，其中雙怠速法、穩態工況法和簡易瞬態工況法用于汽油車氣態污染物測試，自由加速法和加載減速法用于柴油車煙度測試，不同檢測方法數據樣本分布如圖2所示。

圖2 不同檢測方法的數據樣本分布Fig.2 The data distribution of different test methods

由于目前在用車排放標準中沒有對車輛應記錄項目以及記錄方法提出明確規定，檢測結果缺乏規范管理，導致近10%的數據樣本無法進行有效統計分析。因此，未來應對在用車檢測設備、控制軟件、數據信息等提出統一規范要求，從而提高檢測數據的準確性、有效性。

2.2 環保檢驗

本研究對不同檢測方法的合格率、排放值累積分布進行了分析。各檢測方法加權平均合格率為89.5%，由于檢測方法及排放限值不同，合格率差異較大(如圖3所示)。自由加速和雙怠速為非工況法檢測，合格率相對較高，均達90%以上；簡易瞬態工、穩態工況和加載減速均為工況法檢測，其中加載減速法合格率相對偏低，不足75%。合格率偏高或偏低都不利于高排放車輛的有效篩查，因此需要對檢測方法及排放限值做進一步調整，從而提高篩查效率。《確定點燃式發動機在用汽車簡易工況法排氣污染物排放限值的原則和方法》(HJ/T 240—2005)和《確定壓燃式發動機在用汽車加載減速法排氣煙度限值的原則和方法》(HJ/T 241—2005)指出，確定的排放限值應能有效地檢測出高排放的車輛，推薦城市控制高排放車輛的比例為10%～25%。依據該原則，本研究中將累積分布比例為75%～90%時對應的排放值作為污染物建議排放限值。

圖3 不同檢測方法的合格率Fig.3 The pass rate of different test methods

2.2.1 穩態工況法

穩態工況法不同排放階段的加權平均合格率為85.9%，國Ⅲ、國Ⅳ排放階段相對較高。從不同排放階段來看，隨著排放階段的不斷提高，合格率也不斷提高(如圖4所示)。

圖4 不同排放階段穩態工況法的合格率Fig.4 The pass rate of ASM in different emission standards

通過對實際檢測排放值進行累積分布，得到穩態工況法下各污染物不同累積分布比例對應的排放值，具體如圖5至圖7所示。碳氫化合物(HC)、CO、NO建議排放限值(體積分數)分別為55×10-6～120×10-6、0.28%～0.60%、442×10-6～1 332×10-6(見圖5至圖7中灰色區域)，而圖5至圖7中虛線為HJ/T 240—2005中穩態工況法參考最低排放限值。可以看出，HJ/T 240—2005中各污染物最低排放限值有進一步加嚴的空間。

圖5 穩態工況法下HC排放的累積分布比例Fig.5 The cumulative percentage of HC emission of ASM

2.2.2 簡易瞬態工況法

簡易瞬態工況法不同排放階段的加權平均合格率為89.8%。從排放階段來看，國Ⅰ前、國Ⅲ及國Ⅳ排放階段排放要求較松，合格率較高；除國Ⅰ前排放階段，其他排放階段合格率呈逐步上升趨勢(如圖8所示)。

圖6 穩態工況法下CO排放的累積分布比例Fig.6 The cumulative percentage of CO emission of ASM

圖7 穩態工況法下NO排放的累積分布比例Fig.7 The cumulative percentage of NO emission of ASM

圖8 不同排放階段簡易瞬態工況法的合格率Fig.8 The pass rate of VMASS in different emission standards

通過對實際檢測排放值進行累積分布，得到簡易瞬態工況法下各污染物不同累積分布比例對應的排放值，如圖9所示。CO、HC+NOX建議排放限值分別為6.32～11.30、7.38～14.46 g/km(見圖9中灰色區域)，而圖9中虛線為HJ/T 240—2005中簡易瞬態工況法參考最低排放限值。可以看出，HJ/T 240—2005中CO最低排放限值有進一步加嚴的空間，HC+NOX則加嚴空間不大。

2.2.3 雙怠速法

雙怠速法不同排放階段的加權平均合格率為91.5%。從排放階段來看，國Ⅲ、國Ⅳ排放階段的排放要求較松，合格率較高；除國Ⅰ前排放階段外，其他排放階段合格率呈逐步上升的趨勢(如圖10所示)。

圖9 簡易瞬態工況法下各污染物排放的累積分布比例Fig.9 The cumulative percentage of pollution emission of VMASS

圖10 不同排放階段雙怠速法的合格率Fig.10 The pass rate of TSI in different emission standards

通過對實際檢測排放值進行累積分布，可以得到雙怠速法下各污染物不同累積分布比例對應的排放值，具體如圖11和圖12所示。CO低、高怠速工況下建議排放限值(體積分數)分別為0.38%～0.62%、0.20%～0.30%，HC低、高怠速工況下建議排放限值(體積分數)分別為98×10-6～150×10-6、78×10-6～115×10-6(見圖11和圖12中灰色區域)，而圖11和圖12中虛線為GB 18285—2005中雙怠速法高、低怠速最低排放限值。可以看出，GB 18285—2005中CO最低排放限值有進一步加嚴的空間，HC則加嚴空間不大，低怠速比高怠速加嚴空間相對更大。

圖11 雙怠速法下CO排放的累積分布比例Fig.11 The cumulative percentage of CO emission of TSI

圖12 雙怠速法下HC排放的累積分布比例Fig.12 The cumulative percentage of HC emission of TSI

2.2.4 自由加速法

自由加速法不同排放階段的加權平均合格率為94.7%。從排放階段來看，由于國Ⅰ前排放階段排放要求較松，合格率較高，其他排放階段合格率呈逐步上升的趨勢(如圖13所示)。

圖13 自由加速不同排放階段合格率Fig.13 The pass rate of FA in different emission standards

通過對實際檢測排放值進行累積分布，可以得到自由加速煙度不同累積分布比例對應的排放值，具體如圖14所示。自由加速煙度建議排放限值為光吸收系數1.73～2.42 m-1(見圖14中灰色區域)，而圖14中虛線為GB 3847—2005中自由加速煙度最低排放限值。可以看出，GB 3847—2005中自由加速煙度最低排放限值加嚴空間相對不大。

圖14 自由加速煙度排放的累積分布比例Fig.14 The cumulative percentage of smoke emission of FA

2.2.5 加載減速法

加載減速法不同排放階段的加權平均合格率為74.7%，與其他檢測方法相比總體偏低。從排放階段來看，合格率隨不同排放階段逐步提高(如圖15所示)。

圖15 加載減速不同排放階段合格率Fig.15 The pass rate of LUGDOWN in different emission standards

通過對實際檢測排放值進行累積分布，可以得到加載減速煙度不同累積分布比例對應的排放值，如圖16所示。加載減速法3個輪邊功率(80%、90%、100%)下煙度重合度較高，可以選取某一功率點作為測試工況，從而簡化測試流程。最大輪邊功率點加載減速煙度建議排放限值為光吸收系數0.98～2.23 m-1(見圖16中灰色區域)，而圖16中虛線為HJ/T 241—2005中加載減速煙度參考最低排放限值。可以看出，HJ/T 241—2005中加載減速煙度最低排放限值相對偏低，應適當放松要求，提高合格率水平。

圖16 加載減速煙度排放的累積分布比例Fig.16 The cumulative percentage of smoke emission of LUGDOWN

2.3 品牌車型

本研究對中國42個在用車品牌的合格率進行了分析，檢測方法為簡易瞬態工況法。依據檢測量及代表性選取了10個典型的合資及自主品牌在用車，對其合格率進行了分析，結果如圖17所示。中國42個在用車品牌平均合格率為89.8%，其中22個自主品牌在用車平均合格率為85.4%，20個合資品牌在用車平均合格率為92.9%，差距明顯。合資品牌在用車間合格率水平差距明顯(見圖17(a))，而自主品牌整體水平相當(見圖17(b))。

圖17 典型品牌在用車的合格率Fig.17 The pass rate of typical brand

不同排放階段典型品牌在用車的合格率如圖18所示。國Ⅲ排放階段前，各合資品牌在用車的合格率差異較大，國Ⅲ排放階段后差異逐步縮小；各排放階段自主品牌在用車的合格率差異較小，國Ⅰ、國Ⅱ排放階段合格率偏低，國Ⅲ、國Ⅳ提升較快。由于國Ⅰ前、國Ⅲ及國Ⅳ排放階段排放要求較松，各品牌在用車的合格率較高。除國Ⅰ前排放階段，各品牌在用車從國Ⅰ排放階段開始合格率呈逐步上升趨勢。

圖18 不同排放階段典型品牌在用車的合格率Fig.18 The pass rate of typical brand in different emission standards

不同行駛里程典型品牌在用車的合格率如圖19所示。由圖19(a)可見，合資品牌合格率隨行駛里程變化較小，但不同合資品牌間差異較大；合資品牌3、4、5合格率隨行駛里程變化更小，200 000 km基本保持在90%，合資品牌1、2則變化相對明顯，60 000 km開始明顯劣化，200 000 km僅為70%左右。由圖19(b)可見，自主品牌合格率隨行駛里程變化明顯，40 000 km開始明顯劣化，200 000 km僅為70%左右。不同自主品牌間差異較小，排放控制水平相當。

圖19 不同行駛里程典型品牌在用車的合格率Fig.19 The pass rate of typical brand in different mileage

為有效控制汽車生命周期排放、提高排放控制裝置耐久性水平，應逐步提高汽車耐久性里程，同時調整耐久性試驗規程，弱化型式核準前耐久性試驗，通過實際道路測試、車載診斷系統(OBD)功能檢查、關鍵零部件老化試驗、貴金屬含量檢測等手段強化汽車產品耐久性監督檢查。

依據數據樣本及代表性，本研究以合資品牌1為典型品牌，分析了其不同車型的合格率，結果如圖20所示。合資品牌1共有9款車型，如涵蓋轎車、SUV、MPV等。

圖20 不同車型典型品牌的合格率Fig.20 The pass rate of typical models

按20個合資品牌在用車平均合格率為92.9%來看，合資品牌1有3款車型高于該平均合格率，大部分車型低于該平均合格率。各車型差異較大，車型7、8、9的合格率均在95%以上，而車型1、2卻在80%左右。

3 結論及建議

隨著機動車保有量的不斷增長，機動車污染已成為中國大氣污染問題中最突出、最緊迫的問題之一。開展在用車實際排放狀況研究，有助于提高機動車污染防治水平，確保新車排放標準的有效實施，對改善城市空氣質量有著重要的意義。

中國在用車各檢測方法加權平均合格率為89.5%，由于檢測方法及排放限值問題，不同檢測方法合格率差異較大。應依據在用車污染物排放限值確定的原則及在用車檢測大數據分析，對各檢測方法及排放限值做進一步調整，從而有效提高篩查效率。中國合資與自主品牌在用車合格率存在明顯差距。合資品牌間合格率水平差距明顯，自主品牌整體水平相當。自主品牌合格率隨行駛里程變化明顯。

為進一步加強在用車排放管理，提高在用車排放控制水平，提出以下建議：

(1) 加快修訂在用車排放標準。加快修訂在用車排放標準GB 18285—2005、GB 3847—2005、HJ/T 240—2005和HJ/T 241—2005等。調整排放限值以適應在用車實際排放控制要求，加嚴不同排放階段的排放要求。進一步簡化檢驗流程，對測試設備、軟件數據等提出規范統一要求。

(2) 加快推廣應用簡易工況法(即穩態工況法和簡易瞬態工況法)。簡易工況法更能體現機動車的實際排放狀況，有利于準確掌握各類機動車的排放水平，有效篩查高排放車型，從而對在用車排放進行有效監管。進一步優化檢驗測試流程，如加載減速法不同輪邊功率下煙度重合度較高，可以選取某一功率點作為測試工況。

(3) 加強環保檢驗信息平臺建設。建立在用車環保檢驗信息聯網統一規范及接口，實現機動車環保標志和檢驗信息的聯網共享，2016年底前重點地區實現國家、省、市三級聯網，2017年底前全面建成國家、省、市三級機動車排污監控平臺，實現全國聯網。

(4) 加強環保檢驗數據統計應用。重點在新車排放達標監管、排放模型修正、政策法規制定及評

估、機動車污染防治考核等方面進一步加強對環保檢驗數據的統計應用，為機動車污染防治工作提供有力的數據支撐。

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