柴油車尾氣林格曼黑度測量方法發展現狀

孔繁國 鄧杰成 徐德偉

（佛山市南海區環境保護監測站 廣東佛山 528200）

引言

隨著經濟的發展，機動車保有量的與日俱增，機動車尾氣在大氣污染中占比不斷上升，已成為影響空氣質量的重要因素。而柴油車的NOx和顆粒物貢獻在機動車尾氣中占比高達80%，是重點污染源。機動車尾氣測量新國標和遙感法已都已將林格曼黑度列入到柴油車的測量指標中，加強柴油車監管。柴油車尾氣林格曼黑度測量方法目前仍處在發展階段，本文將結合實例介紹其發展現狀。

1 林格曼黑度[1]

林格曼黑度是將排氣污染物顏色與林格曼濃度圖對比得到的一種煙塵濃度表示法，分為0-5級。對應林格曼濃度圖有六種，0級為全白，1級黑度為20%，2級為40%，3級為60%，4級為80%，5級為全黑。[1]林格曼黑度最初用于企業煙囪的煙氣黑度測量，在根據使用場景改進后被引入到柴油車尾氣測量中。傳統機動車尾氣指標相比，林格曼黑度具有可視性和直觀性，還能便捷地用于行駛中機動車尾氣的測量。在最新的遙感檢測法（HJ845-2017）和柴油車限值及測量方法（GB3847-2018）中均已將林格曼黑度納入到柴油車排氣污染物測量指標中，作為控制柴油車污染的重要手段和依據。

2 測量方法

目前，林格曼黑度在機動車污染控制領域的使用才剛剛起步，借鑒了工業源監測上的一些原有方法，同時在結合信息和圖像技術后，也產生了新的測量方法。林格曼黑度的三種主要測量方法介紹如下。

2.1 林格曼標準圖譜法[1]

林格曼標準圖譜法是最原始、最基本的林格曼黑度測量方法。該方法要求，在相似的天空背景下設置林格曼煙氣黑度圖，觀測人員在足夠距離處連續觀測排氣黑度（一般選擇排氣黑度最大處觀測），將排氣黑度與林格曼煙氣黑度圖比較，記下最大值作為測量結果。

該方法所需設備簡單，操作簡便，但易受主觀因素影響，準確度和穩定性較差，人員需求量大，無法用于在線監測。根據當前機動車污染控制工作的需求，該方法難以作為林格曼黑度測量的主要方法，但由于其為最基礎之方法，故可作為視為其他方法開發的基石，或作為日常監管中的輔助手段。

2.2 光電測煙儀法[2]

光電測煙儀法顧名思義就是使用光電測煙儀進行林格曼黑度測量的方法。光電測煙儀是半自動化的林格曼黑度測量儀器，該儀器利用光學系統搜集煙的圖像，把煙的透光率和儀器內部的標準黑度板透光率比較，通過光學系統處理，把光信號變成電信號輸出，從而顯示煙氣的黑度。該儀器結果重復性和穩定性較好，儀器反應時間較快，基本可滿足連續瞬時值的測量需要。光電測煙儀使用前需進行光照背景值測量，而且光照背景值在后續測量過程中變化不能太大，在工業煙囪測量中一般以天空作為背景，但機動車尾氣測量中這一要求難以實現。目前已有相關研究表明，通過設置合適光強的背景面可達到該儀器使用條件的要求，讓該方法在機動車尾氣測量中使用成為可能。

2.3 基于視頻拍攝的遙感檢測法[3]（黑煙車電子抓拍技術）

基于視頻拍攝的遙感檢測法在HJ845-2017中被首次提出，讓林格曼黑度測量方法有了新的路徑。作為代表的黑煙車電子抓拍技術已在全國多個省市先后落地，既是林格曼黑度測量的新方法，也是目前柴油車林格曼黑度測量使用較為廣泛的方法。黑煙車電子抓拍技術是動態圖像識別技術在環保監測領域的延伸，通過分析抓拍場景中一定時間段的過車視頻，運用光流矢量、色彩紋理及動態建模等算法分離煙氣本體，并將煙氣本體灰度與預設的林格曼標準圖譜比對，從而測量出煙氣的林格曼黑度值。當前不斷有研究在完善該方法的測量和溯源體系，為該方法的進一步發展提供有力支持。[4]下面就結合南方某地區開展黑煙車電子抓拍的先進經驗，介紹該方法的特點。

首先，該地區共設置了25個黑煙車點抓拍監控點位，實現了對于行駛車輛的即時篩查。2018年全年篩查車輛超過六百多萬車次，抓拍黑煙柴油車6771車次，而同期傳統路檢抽查車輛9571車次，發現超標車輛僅148車次，可見黑煙車電子抓拍技術篩查效率比傳統方法大大提高。其次，黑煙車電子抓拍技術僅需零點幾秒即可自動識別出黑煙車，該地區環保部門僅用6人即可完成黑煙車監控工作，結合信息技術，自動化和智能化水平高，能有效節省人力資源。再次，在地方立法后，該地區已將2083輛黑煙車移送公安交警部門處理，實現了多部門聯動，讓環保執法真正落地，效能大為提升。然后，在數據積累后還能進行重點高排車輛的行駛軌跡篩查、排放階段統計、型號統計等一系列的大數據分析應用，為高排車輛的精準防控提供有力支持。[5],[6]

結語

隨著林格曼黑度被納入到柴油車尾氣檢測的標準體系中，機動車尾氣林格曼黑度的測量方法迎來了發展機遇。目前常見的三種測量方法均有各自特點和主要應用場景。作為新方法出現的黑煙車電子抓拍技術由于具有自動化和智能化特點，目前具有寬廣的應用前景。該方法為在用柴油車的在線監測提供了一條有效路徑。此外，伴隨科學進步、機動車污染控制形勢變化和柴油車污染防治攻堅戰的開展，想必會有更多新技術和新方法在這一領域涌現，讓柴油車尾氣林格曼黑度測量更加高效和準確。