針對(duì)非道路移動(dòng)源排放的空天地一體化綜合治理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

武建偉 張華偉

1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所； 2.華北水利水電大學(xué)

一、引言

非道路移動(dòng)源作為重要的生產(chǎn)和生活工具，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。這里的非道路移動(dòng)源主要指工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等非道路移動(dòng)機(jī)械，與道路機(jī)動(dòng)車相比，它們主要以柴油機(jī)為動(dòng)力源，排放以氮氧化物和顆粒物為主，長(zhǎng)期以來我國(guó)對(duì)非道路移動(dòng)源排放缺乏有效的監(jiān)督管理，這類機(jī)械普遍存在技術(shù)水平低、使用年限長(zhǎng)、維護(hù)保養(yǎng)差、燃油消耗高、燃油質(zhì)量差、排放污染大等特點(diǎn)，已逐漸成為影響我國(guó)城市和區(qū)域空氣質(zhì)量的一個(gè)重要來源。由于非道路移動(dòng)源點(diǎn)多面廣，流動(dòng)性強(qiáng)，監(jiān)管困難，排放控制面臨諸多挑戰(zhàn)。

二、迫切性

2013年國(guó)務(wù)院印發(fā)《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》以來，通過實(shí)施能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、重大減排工程等重大舉措，到2017年，全國(guó)地級(jí)及以上城市可吸入顆粒物濃度比2012年下降10%以上，優(yōu)良天數(shù)逐年提高；全國(guó)地級(jí)及以上城市PM10平均濃度比2013年下降22.7%。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析來看，燃煤、工業(yè)對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)顯著下降，但是移動(dòng)源的下降幅度最小，其在現(xiàn)階段的貢獻(xiàn)率升高。2017年，“2+26”城市PM2.5來源解析初步研究結(jié)果表明，移動(dòng)源（包括柴油車和非道路移動(dòng)源）對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)率約在10%至50%之間。

移動(dòng)源對(duì)大氣污染貢獻(xiàn)率在升高，是新一輪大氣污染物防控關(guān)鍵對(duì)象，其中，非道路移動(dòng)機(jī)械減排潛力巨大。

三、政策背景

（一）國(guó)家層面

為進(jìn)一步鞏固成果，大幅減少主要大氣污染物排放總量，進(jìn)一步明顯降低細(xì)顆粒物（PM2.5）濃度，明顯減少重污染天數(shù)，國(guó)務(wù)院?jiǎn)?dòng)了2018-2020行動(dòng)計(jì)劃-打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃。

具體實(shí)施途徑就包含調(diào)整運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化移動(dòng)源污染治理，“推進(jìn)老舊柴油車深度治理，具備條件的安裝污染控制裝置、配備實(shí)時(shí)排放監(jiān)控終端，并與生態(tài)環(huán)境等有關(guān)部門聯(lián)網(wǎng)，協(xié)同控制顆粒物和氮氧化物排放；開展非道路移動(dòng)機(jī)械摸底調(diào)查，劃定非道路移動(dòng)機(jī)械低排放控制區(qū)，嚴(yán)格管控高排放非道路移動(dòng)機(jī)械，重點(diǎn)區(qū)域2019年底前完成”。同時(shí)開展重大專項(xiàng)行動(dòng)，打好柴油貨車污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)，“建立天地車人一體化的全方位監(jiān)控體系，推進(jìn)工程機(jī)械安裝實(shí)時(shí)定位和排放監(jiān)控裝置，建設(shè)排放監(jiān)控平臺(tái)，重點(diǎn)區(qū)域2020年底前基本完成”。

（二）省級(jí)層面

河南省人民政府印發(fā)了關(guān)于河南省污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃(2018—2020年)的通知，通過五個(gè)標(biāo)志性攻堅(jiān)戰(zhàn)役，堅(jiān)決打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)。其中包括柴油貨車治理攻堅(jiān)戰(zhàn)，“劃定高排放非道路移動(dòng)機(jī)械禁用區(qū)。在全省范圍內(nèi)開展非道路移動(dòng)機(jī)械摸底調(diào)查,并采取邊排查邊執(zhí)法查處的形式,開展施工機(jī)械等非道路移動(dòng)機(jī)械專項(xiàng)檢查,嚴(yán)禁‘冒黑煙’等污染嚴(yán)重的施工機(jī)械進(jìn)入工地施工。依托信息互聯(lián)功能和空間定位技術(shù),建立施工機(jī)械等非道路移動(dòng)機(jī)械動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和動(dòng)態(tài)監(jiān)控平臺(tái),全面掌控施工機(jī)械和車輛的位置信息、作業(yè)狀況和排放情況”。

四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）技術(shù)路線

為切實(shí)達(dá)到非道路移動(dòng)源污染治理效果，構(gòu)建集“油路車”綜合治理、空天地三維監(jiān)測(cè)及大數(shù)據(jù)效果評(píng)估于一體的綜合管控平臺(tái)。系統(tǒng)技術(shù)路線如下圖所示，基于北斗定位、4G/5G移動(dòng)通信、OBD、DPF/DOC處理，以及大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)手段，從工程機(jī)械污染源頭入手，嚴(yán)格控制車輛用油油品，確保加裝尾氣凈化裝置，實(shí)時(shí)上報(bào)工程機(jī)械作業(yè)區(qū)域、實(shí)際工況信息到后臺(tái)；同時(shí)結(jié)合天基、空基及地面監(jiān)測(cè)手段，確保污染源作業(yè)監(jiān)察無死角。

技術(shù)路線

（二）系統(tǒng)架構(gòu)

主要由工程機(jī)械提標(biāo)減排綜合治理、空天地三維監(jiān)管、大數(shù)據(jù)效果評(píng)估等三部分構(gòu)成。系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示。

系統(tǒng)架構(gòu)

（三）系統(tǒng)功能

1.基于衛(wèi)星遙感的天基普查

①城區(qū)在建工地、周邊露天礦區(qū)、農(nóng)業(yè)機(jī)械集中作業(yè)區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域的位置普查；

②相關(guān)重點(diǎn)區(qū)域的裸露土地監(jiān)測(cè)；

③工地（非道路移動(dòng)源作業(yè)區(qū)）布局分布情況統(tǒng)計(jì)展示；

④關(guān)注區(qū)域不同時(shí)段遙感影像數(shù)據(jù)比對(duì)分析等。

2.基于無人機(jī)載荷的航空詳查

①城區(qū)在建工地、周邊露天礦區(qū)、農(nóng)業(yè)機(jī)械集中作業(yè)區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域的位置詳查；

②相關(guān)重點(diǎn)區(qū)域的八個(gè)百分百實(shí)施情況監(jiān)測(cè)；

③相關(guān)重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)非道路移動(dòng)源數(shù)量統(tǒng)計(jì)；

④相關(guān)重點(diǎn)區(qū)域上方空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)（PM2.5、PM10、NOx、CO等）；

⑤在建工地環(huán)保情況定期排查、突擊檢查等。

3.基于嵌入式智能終端的地面監(jiān)測(cè)

①非道路移動(dòng)源實(shí)時(shí)位置、作業(yè)軌跡上報(bào)；

②非道路移動(dòng)源工作狀態(tài)上報(bào)；

③非道路移動(dòng)源電子標(biāo)簽（信息備案及查詢）；

④工地非道路移動(dòng)源油料溯源（監(jiān)控加油車運(yùn)行軌跡）；

⑤基于工作時(shí)間的非道路移動(dòng)源油耗估算；

⑥提標(biāo)減排后處理系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)上報(bào)。

4.基于提標(biāo)減排后處理系統(tǒng)的綜合治理

①超標(biāo)排放實(shí)時(shí)處理；

②作業(yè)狀態(tài)實(shí)時(shí)上報(bào)；

③治理效果技術(shù)驗(yàn)證；

④設(shè)備異常及故障報(bào)警。

5.基于綜合平臺(tái)的管治效果評(píng)估

①基于衛(wèi)星遙感影像圖、標(biāo)準(zhǔn)地圖的三維GIS綜合展示；

②非道路移動(dòng)源及其作業(yè)區(qū)域備案及相關(guān)信息實(shí)時(shí)展現(xiàn)；

③普查、詳查、監(jiān)測(cè)等手段的實(shí)時(shí)監(jiān)管態(tài)勢(shì)展現(xiàn)；

④尾氣提標(biāo)減排后處理綜合效果評(píng)估；

⑤基于大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表，移動(dòng)源排放大氣污染物超標(biāo)系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別和預(yù)警功能；

⑥環(huán)保業(yè)務(wù)系統(tǒng)接口擴(kuò)展及接入，污染控制區(qū)移動(dòng)源排放大氣污染物實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與情報(bào)推送功能。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過典型區(qū)域非道路移動(dòng)源大氣污染物排放綜合治理應(yīng)用示范，為區(qū)域大氣顆粒物、NOx等濃度監(jiān)測(cè)及治理提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而為制定大氣環(huán)保相關(guān)政策提供依據(jù)。

項(xiàng)目成果可延伸到城區(qū)建設(shè)工地、城區(qū)周圍露天礦場(chǎng)、農(nóng)忙時(shí)農(nóng)業(yè)機(jī)械密集區(qū)的大氣污染物監(jiān)測(cè)及治理；同時(shí)可延伸到移動(dòng)源大氣污染物排放綜合治理領(lǐng)域；為政府提供服務(wù)平臺(tái)，為環(huán)保治理產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)支撐和平臺(tái)服務(wù)。