重型车排放远程监控技术规范制订思路及实施建议_李刚.pdf

重型车排放远程监控技术规范制订思路及实施建议李刚1，尹航1，吉喆1，贺可勋2，徐莎3，关敏1，王宏丽1，张明慧1*1.中国环境科学研究院2.中国汽车技术研究中心有限公司3.北京理工新源信息科技有限公司摘要为实现重型柴油车污染物排放的智能化和自动化监管，中共中央 国务院 关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见（中发201817 号）等多个政策文件中均提出“重型车排放远程在线监控系统”的建设要求。为此，2021 年，生态环境部专门发布 HJ 12392021重型车排放远程监控技术规范系列标准，对远程监控系统建设进行了规范，标准已于 2022 年7 月 1 日正式实施。对标准制订的必要性和意义，以及标准结构、定位、主要技术内容制订思路和依据进行了充分解读，结合标准实施进展情况，发现普遍存在数据质量不高、数据应用模型进展缓慢等问题，提出构建数据挖掘分析和应用模型等标准实施建议，为重型车生产企业开展重型车联网和主管部门实施标准提供参考。关键词重型车；排放；车载终端；远程监控；标准中图分类号：X701 文章编号：1674-991X（2023）02-0867-06doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20220333Formulation ideas and implementation suggestions on technical specification foremission remote supervision system of heavy-duty vehiclesLI Gang1,YIN Hang1,JI Zhe1,HE Kexun2,XU Sha3,GUAN Min1,WANG Hongli1,ZHANG Minghui1*1.Chinese Research Academy of Environmental Sciences2.China Automotive Technology Research Center Co.,Ltd.3.Beijing Bitnei Co.,Ltd.AbstractIn order to realize the intelligent and automatic supervision of pollutant emissions from heavy-dutydiesel vehicles,The CPC Central Committee and the State Council Guidance on Comprehensively StrengtheningEcological and Environmental Protection and Resolutely Fighting the Battle of Pollution Prevention and Control(Zhongfa 2018 No.17)and other policy documents put forward the construction requirements of remote onlinemonitoring system for heavy-duty vehicle emissions.In 2021,the Ministry of Ecology and Environment issued aseries of standards of Technical Specifications of Remote Emission Supervision System for Heavy-duty Vehicles(HJ1239-2021),which standardized the construction of the remote monitoring system.The necessity and significance ofstandard formulation,as well as the standard structure,positioning and main technical content formulation ideas andbasis were fully interpreted.Combined with the current progress of heavy-duty vehicle emission remote monitoring,it was found that there were common problems such as low data quality and slow progress of data applicationmodels.Some suggestions such as building the data mining analysis and application models were put forward forstandard implementation.It provided the reference for heavy-duty vehicle production enterprises to carry out heavy-duty vehicle networking and for competent departments to implement standards.Key wordsheavy-duty vehicle;emission;on board terminal;remote monitoring;standard 根据生态环境部发布的中国移动源环境管理年报（2021 年），截至 2020 年底，全国机动车保有量为 3.72 亿辆，汽车为 2.81 亿辆，其中重型车只占汽车保有量的约 5%，但其排放的氮氧化物和颗粒物占汽车排放总量的 88.8%和接近 100%1。2018 年国务院发布的政府工作报告中提出开展柴油货车超 收稿日期：2022-04-12基金项目：国家生态环境标准制修订项目（2019-38）作者简介：李刚（1984），男，高级工程师，主要从事移动源污染物排放控制政策及标准研究，*通信作者：张明慧（1983），女，工程师，主要从事环境类科技项目研究及管理， Vol.13，No.2环境工程技术学报第 13 卷，第 2 期Mar.，2023Journal of Environmental Engineering Technology2023 年 3 月李刚，尹航，吉喆，等.重型车排放远程监控技术规范制订思路及实施建议 J.环境工程技术学报，2023，13（2）：867-872.LI G,YIN H,JI Z,et al.Formulation ideas and implementation suggestions on technical specification for emission remote supervision system of heavy-dutyvehiclesJ.Journal of Environmental Engineering Technology，2023，13（2）：867-872.标排放专项治理。由于重型车保有量以及过境外埠重型车流量较大，且油品质量同样对重型车排放影响较大2，全面开展重型柴油车专项治理不能完全依赖执法人员的现场监管与排放测试。中共中央 国务院 关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见（中发201817 号）提出“打好柴油货车污染治理攻坚战”，2018 年 6 月 27 日，国务院办公厅印发的打赢蓝天保卫战三年行动计划（国发201822 号）提出“建立天地车人一体化的全方位监控体系”。2018 年 12 月 31 日，生态环境部等11 部委联合发布的柴油货车污染治理攻坚战行动计划（环大气2018179 号），再次提出要“推进重型柴油车远程在线监控系统建设”。2018 年 8 月发布的 GB 176912018重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）（简称国六标准）中提出，在国六新生产车上必须安装远程监控车载终端，通过车载终端将规定的参数传输至主管部门，并且在 GB 176912018 的附录 Q 中规定了车载终端采集的数据项等基本要求3。国六标准已于 2021 年 7 月 1 日正式全国统一实施4。生态环境部同时组织编制了 HJ 12392021重型车排放远程监控技术规范系列标准，进一步对重型车远程监控系统整体框架部署要求、企业平台技术要求、车载终端测试规范、企业平台通讯协议等内容进行了详细的规定。通过重型车排放远程监控，可有效服务于生态环境主管部门，实现重型车排放监测5、超标预警和精准定位，极大提高生态环境主管部门对重型车排放监管的效率，重型车排放远程监控将是未来重型车污染物排放最重要的监管手段。1重型车远程监控功能概述图 1 为远程监控系统示意，系统主要由重型车（远程车载终端）、数据传输网络、数据监控平台、数据分析和可视化展示组成。重型车排放远程监控，是指通过数据采集技术，将车辆实时运行和排放的数据，经无线网络传输至生态环境部管理平台，由生态环境部对数据进行收集、存储、分析及决策判断，并进而实施监管。通过管理平台能够实时查看车辆运行状态和实际排放情况，对超标排放车辆将发送提醒，通知其进行维护，由此极大提升在用车监管的效率，有助于减少车辆的实际道路污染物排放。图 2 为车载终端示意。车载终端是实现远程监控的设备载体6-7，车载终端集成了数据采集、无线传输、卫星导航以及数据防篡改四大关键功能。通过监控平台体系，可以对在用车辆全生命周期的运行情况进行全面监管。2标准制订的必要性和意义 2.1践行移动源治理体系和治理能力现代化中共中央办公厅 国务院办公厅 关于构建现代环境治理体系的指导意见要求“强化监测能力建设。实行谁考核、谁监测，不断完善生态环境监测技术体系，全面提高监测自动化、标准化、信息化水平，推动实现环境质量预报预警，确保监测数据真、准、全”。重型车远程在线监控针对重型车开展排放实时监控，建成全国一本账，可实现全域、全时、全车类的自动化监管，全面践行生态环境移动源治理体系和治理能力现代化。2.2落实“打赢污染防治攻坚战”的重要部署2018 年 4 月，中央财经委员会第一次会议提出了“打好蓝天保卫战、柴油货车污染治理攻坚战”的要求。随后，国务院办公厅印发的打赢蓝天保卫战三年行动计划（国发201822 号），以及 11 部委联合发布的柴油货车污染治理攻坚战行动计划（环大气2018179 号）中，均提出“推进监管体系建设和应用。加快建设完善天地车人一体化的机动车排放监控系统”。图 1 远程监控系统示意Fig.1 Remote monitoring system 图 2 车载终端Fig.2 On-board terminal 868 环境工程技术学报第 13 卷 2.3落实“五个精准”“三个治污”“五个精准”指问题精准、时间精准、区位精准、对象精准和措施精准，“三个治污”指精准治污、科学治污、依法治污。重型车远程在线监控可以准确识别出单车的超标的时间、地点、问题，有效解决了重型车量大、面广、流动的执法难问题，为生态环境部门重型车精准执法、科学执法提供了技术支撑，是移动源环境监管落实“五个精准”“三个治污”的具体措施。3标准的制订思路和总体框架 3.1制订思路国六标准已经对车载终端的具体内容做了规定，但是整个重型车排放远程监控系统如何搭建，并不是国六标准的范畴。因此，生态环境部制定了 HJ12392021 系列标准，标准总体制订思路为规范重型车排放远程监控系统总体搭建工作，规范车载终端功能与性能开发和测试，统一企业平台搭建，统一车载终端、企业平台通讯协议和数据格式等，确保国六标准顺利实施。在以上思路下，该系列标准的适用车辆类别与国六标准完全一致，重型车排放远程监控适用于第六阶段重型柴油车、燃气车、双燃料车以及混合动力电动汽车。3.2总体框架和各部分定位重型车排放远程监控技术规范是对重型车排放远程监控工作的总体规范，包含车载终端、企业平台本身的功能和性能要求，以及通讯协议和数据格式等内容。按照机动车远程监控相关行业标准的惯例，如工信部新能源车联网标准（GB/T 32960）和交通运输部营运车辆联网标准（JT/T 794、JT/T 796、JT/T 808、JT/T 809）等，均以系列标准的形式，对各部分要求分别进行规定，以便后期的实施和管理。因此，重型车排放远程监控技术规范根据具体内容的不同，分别按照车载终端、企业平台、通讯协议及数据格式共 3 个部分，以系列标准的形式制订和发布。HJ 1239.12021重型车排放远程监控技术规范 第 1 部分 车载终端8规定了重型车排放远程监控系统车载终端的技术要求，包括数据采集和存储、数据传输和补传等基本功能要求、适应性能和防护性能等性能要求，以及各项要求所对应的试验方法、检验规则等。HJ 1239.22021重型车排放远程监控技术规范 第 2 部分 企业平台9规定了重型车排放远程监控企业平台一般要求、企业平台注册、数据流向以及功能和性能要求。针对这些要求，标准规定企业平台应开展自评估，同时给出了自评估报告的模板。HJ 1239.32021重型车排放远程监控技术规范 第 3 部分 通讯协议与数据格式10规定了车载终端以及企业平台的协议结构、通信连接、数据包结构与定义、数据单元格式与定义，适用于重型车排放远程监控数据的传输。对于实时信息，根据污染控制装置技术路线，标准规定了不同的实时信息数据格式，同时还规定了车载诊断系统（OBD）信息，以及混合动力电动汽车实时信息等。4标准的主要技术内容 4.1明确远程监控数据参数要求重型车远程监控的主要目的是监控车辆的排放状态，由于重型车污染物排放与其采用的排放后处理技术路线有很直接关系11，后处理装置的工作状态直接影响污染物排放情况，而对于不同的后处理装置，表征其工作状态的特征参数也不尽相同。因此，针对不同的排放后处理技术路线，所要求采集的数据流信息也有所不同。除车速、扭矩、转速、燃料流量等发动机基本状态参数以及环境参数（大气压力）之外，对于采用颗粒捕集器（DPF）和选择性催化还原装置（SCR）的重型车（主要为柴油车4），车载终端所采集的数据重点考虑了表征 SCR 和 DPF 装置运行情况的特有信息，如 DPF 压差、SCR 出入口温度、NOx浓度、反应剂余量等。采用 DPF+SCR 技术路线的重型车，车载终端应采集的发动机数据流信息及各项参数选择的原因见表 1。对于三元催化器（TWC）技术路线的重型车，车载终端采集的数据重点考虑了表征 TWC 装置运行情况的特有信息12，如三元催化器温度传感器、前后氧浓度传感器等，鉴于并非所有三元催化器技术的重型车（主要为燃气车）都会安装 NOx传感器，因此NOx传感器输出值仅作为可选项（表 2）。现阶段无论是 PEMS 测试还是实验室台架测试，数据的采集频率均为 1 Hz。在重型车远程排放监控中对于排放数据的使用应该保持数据连续。在数据的使用过程中，1 Hz 的频率能够相对准确地反映车速、污染物排放以及车辆运行状态，是车辆监管分析较合理的数据频率。为采集的数据能够应用于后续的排放分析和治理，规定国六重型车车载终端数据采集的频率为 1 Hz。不论采用哪种技术的车辆，均应采集 10 项 OBD信息（表 3），OBD 信息的采集频率为至少 24 h 采集第 2 期李刚等：重型车排放远程监控技术规范制订思路及实施建议 869 1 次。车载终端还应具备定位信息采集功能，按照目前导航定位的精度，要求车辆在行驶过程中应至少保持定位准确性，结合现阶段民用导航卫星的定位精度，规定现阶段的导航定位精度为 5 m。4.2数据传输路径和防篡改要求由于重型车具有大范围流通使用的特点，车辆生产企业难以预计车辆的具体使用地区，因此，无法实现车载终端直接向地方平台进行数据传输。另外，考虑到全国的统一管理，便于跨区域行驶重型车的统一管理，因此，标准设计了“车载终端企业平台生态环境部”的重型车排放远程监控数据流向总体框架，见图 3。在该架构下，各地方生态环境主管部门的远程监控数据需求，可通过国家平台提供的数据服务相关功能而实现。图 3 重型车排放远程监控数据流向Fig.3 Remote monitoring data flow ofheavy-duty vehicle emission 依据远程监控的应用场景，传输数据的真实性将尤为重要，必须保证数据在传输过程中不被非法篡改。因此，标准设计了数据防篡改方案，即采用数字签名技术实现数据防篡改13（图 4）。通俗来说，就是车载终端在发送数据之前，需要给数据附上一个标签，标签是根据数据内容经过特定的运算得到的，而管理平台在接收到数据后，再通过标签对数据进行验证，如果数据被篡改，则标签与数据内容无法进行匹配，即可及时发现数据被篡改的情况。4.3数据一致性要求为保证车载终端采集并解读出的数据与车辆电 表 1 采用 DPF 和/或 SCR 技术车辆的车载终端采集数据Table 1 Data collected by on-board terminal of vehicles withDPF and/or SCR Technology数据项选择原因车速监控运行状态大气压力识别海拔范围发动机净输出扭矩发动机工况分析摩擦扭矩发动机工况分析发动机转速发动机工况分析发动机燃料流量碳排放、排气流量分析等上游NOx传感器输出SCR效率监测下游NOx传感器输出1）SCR效率监测，NOx排放监测SCR入口温度SCR、传感器工作环境分析SCR出口温度SCR、传感器工作环境分析DPF压差DPF效率分析进气量排气量分析反应剂余量SCR监测油箱液位燃料流量校核分析发动机冷却液温度发动机工作状态分析累计里程车辆使用情况分析1）安装NOx传感器的车辆应采集并上传NOx输出值。表 2 采用三元催化技术车辆的车载终端采集数据Table 2 Data collected by on-board terminal of vehicles withthree-way catalytic technology数据项选择原因车速监控运行状态大气压力识别海拔范围发动机净输出扭矩发动机工况分析摩擦扭矩发动机工况分析发动机转速发动机工况分析发动机燃料流量碳排放、排气流量分析等三元催化器上游前氧传感器输出空燃比监测三元催化器下游后氧传感器输出三元催化器故障诊断进气量排气量分析三元催化器温度传感器输出（上游、下游、模拟）三元催化器工作温度监测三元催化器下游NOx传感器输出1）NOx排放排放监测发动机冷却液温度发动机工作状态分析累计里程车辆使用情况分析1）安装NOx传感器的车辆应采集并上传NOx输出值。表 3 车载终端的 OBD 信息采集Table 3 OBD data collection of on-board terminal数据项选择原因OBD诊断协议解读故障码故障指示灯（MIL）状态故障统计诊断支持状态故障诊断情况诊断就绪状态故障诊断情况车辆识别代号车辆身份识别软件标定识别号软件版本识别标定验证码软件篡改监测在用监测频率（IUPR）诊断频率监测故障码总数故障统计故障码信息列表故障分析 870 环境工程技术学报第 13 卷子控制单元（ECU）实际数据一致，每个型号的车载终端必须进行数据一致性的测试。测试时，需将车载终端安装到 1 辆整车上，随着整车正常运行，并实时发送数据至检测平台，而在车辆运行的同时，采用OBD 系统通信设备（OBD 诊断仪或者 PEMS 主机模块），对车辆运行数据进行实时采集，将检测平台收到的数据与 OBD 通讯设备记录的数据进行比对14。对于瞬态变化较大的数据，采用拟合的方法提出数据一致性要求，对于大气压力、DPF 压差、反应剂余量、油箱液位等瞬态变化幅度较小的数据15，优先采用拟合类数据项的判定方式及判定标准。若测试过程中变化浮动较小，无法进行最小二乘法拟合，则计算测试过程中检测平台接收数据的平均值和OBD 通讯设备记录数据的平均值。具体数据项及判定标准见表 4。表 4 数据流信息分类及一致性判定标准Table 4 Classification and consistency criteria ofdata flow information数据分类数据项判定标准拟合类车速、发动机净输出扭矩/实际扭矩、摩擦扭矩、发动机转速、发动机燃料流量、SCR上游NOx传感器输出值、SCR下游NOx传感器输出值、进气量、SCR入口温度、SCR出口温度、发动机冷却液温度、三元催化器下游NOx传感器输出、三元催化器上游氧传感器输出值、三元催化器下游氧传感器输出值、三元催化器温度传感器输出值等相关系数（R2）0.90，回归线的斜率(a)为0.91.1，回归线的截距OBD数据最大值的3%比对类大气压力平均值差值1 kPaDPF压差平均值差值0.5 kPa反应剂余量、油箱液位平均值差值1%5标准实施进展与建议 5.1远程监控工作进展情况2019 年 9 月，重型车排放远程监控国家示范平台正式上线，平台为企业和政府部门提供车辆静态备案、实时数据转发、车辆运行及排放分析等相关服务。截至 2022 年 5 月 2 日，共注册企业平台 593家，接入企业平台 267 家，接入车辆 123.73 万辆，其中国六车辆 102.69 万辆，国五车辆 21.04 万辆；柴油车 115.07 辆，燃气车 8.66 万辆。月均联网车辆数在15 万辆左右，车辆上线率超过 60%，日均在线时长约 7 h，基本实现了联网车辆全天候不间断的数据采集和监管，为“天地车人”一体化平台的建设打下了坚实的基础。标准于 2022 年 7 月 1 日正式实施，在前期联网过程中，也发现一些问题：1）数据质量普遍不高。根据现有车辆联网情况判断，联网数据质量存在较大问题，丢包率、无效率仍较高。以 SCR 下游 NOx传感器输出值为例，2022 年 4 月所有上线国六车辆SCR 下游 NOx数据无效率平均值高达 37.67%，无效率在 60%及以上的车辆占比约 26.52%，数据质量亟待改善和提升。2）地方平台要求复杂。标准发布及实施之前，杭州、北京等各地方生态环境主管部门已经开展重型车远程监控联网工作，地方平台联网要求与技术规范标准要求不尽相同，且有些地方要求企业直接向地方平台传输数据，这与重型车全国统一管理的大思路不一致，亟须推进各地方向国家联网体系切换。3）数据应用进展缓慢。受限于数据质量等问题，国家平台目前仅能满足基本的数据接入功能服务，高排放车识别、油品质量监管等数据模型尚未得到有效验证，也未能开展业务化应用，需要进一步推进数据应用模型开发工作。5.2实施建议基于以上发现的问题，对标准实施提出如下建议。5.2.1持续提升数据质量良好的数据质量是实现远程监管的前提，因此，建议在车辆联网之前，充分开展平台联调工作，确保通讯协议无误，数据传输和解读正确，保证数据质量；同时，严格落实标准数据一致性测试要求，保证数据一致性，便于后续应用和监管。图 4 数据防篡改措施Fig.4 Data tamper proof measures 第 2 期李刚等：重型车排放远程监控技术规范制订思路及实施建议 871 5.2.2落实地方平台与国家平台的衔接各地方平台的个性化要求，将给全国统一管理带来难度。因此，建议标准实施后，尽快协调各地方平台，统一切换至国家联网体系，避免企业同时向地方平台和国家平台重复传输数据，推进重型车远程监控排放统一管理。5.2.3尽快推进大数据分析和应用远程监控将是未来我国重型车排放管理的重要手段，通过大数据分析挖掘，识别高排放车辆、黑加油站点、数据篡改行为等，将为各级职能部门提供智能化的管理手段，向社会提供便捷的服务，为“天地车人”一体化机动车排放监控体系提供支撑。目前，国家平台已接入 140 万辆重型车，具备一定数据基础，因此，建议应尽快开展数据挖掘分析工作，建立数据模型，开展数据应用，为重型车排放管理提供技术支撑。参考文献 2021年中国移动源环境管理年报(摘录一)J.环境保护,2021,49(增刊2):82-88.1 赵磊,李凯,李博士,等.柴油品质对柴油机燃油经济性和排放特性的影响J.环境工程技术学报，2013，3（4）：337-341.ZHAO L,LI K,LI B S,et al.Effect of diesel fuel quality on fueleconomy and emission characteristics of a diesel engineJ.Journal of Environmental Engineering Technology，2013，3（4）：337-341.2 生态环境部,国家市场监督管理总局.重型柴油车污染物排放限值及测量方法:GB 176912018S.北京:中国环境科学出版社,2018.3 生态环境部,工业和信息化部,海关总署.关于实施重型柴油车国六排放标准有关事宜的公告EB/OL.(2021-04-25)2022-05-02.http:/ 罗源.基于国六标准的重型柴油车远程排放监控系统研发D.杭州:浙江大学,2019.5 杨楠,谢冠星,肖雨琳.基于OBD和GPS的车载终端系统设计与实现J.国外电子测量技术，2018，37（6）：60-64.YANG N,XIE G X,XIAO Y L.Design and implementation of 6 vehicle terminal system based on OBD and GPSJ.ForeignElectronic Measurement Technology，2018，37（6）：60-64.白东,钱松荣.基于OBD的车辆信息管理平台J.微型电脑应用，2017，33（7）：65-68.BAI D,QIAN S R.Information management platform of vehiclebased on OBDJ.Microcomputer Applications，2017，33（7）：65-68.7 生态环境部.重型车排放远程监控技术规范 第1部分 车载终端:HJ 1239.12021S/OL.(2022-07-01)2022-03-02.https:/ 生态环境部.重型车排放远程监控技术规范 第2部分 企业平台:HJ 1239.22021S/OL.(2022-07-01)2022-03-02.https:/ 生态环境部.重型车排放远程监控技术规范 第3部分 通讯协议及数据格式:HJ 1239.32021S/OL.(2022-07-01)2022-03-02.https:/ 刘颖帅,葛蕴珊,谭建伟.基于国标准的重型柴油车气态污染物排放控制技术J.环境工程学报，2019，13（7）：1703-1710.LIU Y S,GE Y S,TAN 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