构建天空地海一体化监测体系，实现减污降碳
我国交通运输领域既要实现双碳目标，又要加强机动车污染物监管，这项工作目前进展如何？
7月11～12日，第10届机动车环境保护与监控技术国际研讨会在武汉召开，生态环境部机动车排污监控中心副主任黄志辉介绍了目前存在的问题，中科院安徽光学精密机械研究所所长刘文清院士介绍了我国建立天空地海一体化监测体系的进展，并分享了实际成果。
问题不少
若干年前，钢铁厂、发电厂、化工厂等污染物排放是大气污染的重要来源，如今，移动源已成为城市空气污染主要来源，并且比例不断增长。记者注意到黄志辉展示的数据中，有一个地区变化趋势非常明显，2013年，北京市移动源污染物的占比为31%，2017年升至45%，2021年为46%。
据黄志辉介绍，移动源排放的前体物(NOx和VOCs)对O3污染贡献日益突出。2017年污染物普查结果表明，移动源NOx和VOCs占比分别达到60%和24%，2022年环境统计分别为59%和34%。
2022年，汽油车CO、HC、NOx排放量分别为567万吨、134万吨、29万吨，柴油车排放量分别为119万吨、18万吨、513万吨。
黄志辉说：“监控及治理移动源的污染物排放问题是今后工作重点。”多重因素导致移动源污染物问题难以解决，据介绍，缺少与经济社会发展和环境保护相适应的运输结构排在第一位。问题主要表现在几个方面，运输行业碳达峰时间较晚，大宗物料运输2030年才能达峰；4.5吨卡车运输没有被统计，一定程度上低估了公路货运量；大宗货物公路运输量和比例较高，公转铁中专用线推动困难，微循环畅通难度大；货运价格倒挂问题尚未彻底解决；铁路和公路运输市场化差距较大，尤其是运输效率和时效性存在较大差距；新能源货运进展缓慢，新能源乘用车产销增长很快，新能源载货车的增长很缓慢。“中重型货车在汽车保有量中仅占3%，却排放了汽车排放总量80%的NOX。”黄志辉说。
谈到监管能力时，黄志辉提了三个重点问题，与固定污染源相比，移动源的监测-监管执法体系尚未完全建立；专职队伍不断减少，执法主体不明，执法能力存在较大差距；应对排放控制技术发展，监管执法技术支撑能力不足。“有些地方防治移动源污染执法部门解散，并入环保执法队，有些地方机动车污染防治中心被撤并了。”黄志辉说。
近年来，机动车污染防治出现了一个比较严重的现象。据介绍，由于贵金属价格不断上涨，部分司机私自拆卸或不法分子偷窃重型燃气车辆的后处理系统，并出售给回收人员，在山西、陕西等汾渭平原及周边地区此类现象愈发严重。为了避免因后处理缺失导致车辆OBD报警、限扭，市场上很多后处理收购公司或个人提供专业的数据刷写服务。各大购物网站及某抖平台也明目张胆地销售各类屏蔽OBD信号的装置和零件。
黄志辉说：“柴油货车通过物理外挂设备和刷写电子控制单元(ECU)，破坏车载诊断系统(OBD)，导致后处理系统不正常工作，污染物排放增加17倍以上。”
构建天空地海一体化监测体系
刘文清说：“我们根据党中央的指示精神，加快建设现代化生态环境监测体系，健全天空地海一体化监测网络。实现监测先行、监测灵敏、监测准确，保障监测数据‘真、准、全、快、新’，推动生态环境监测体系与监测能力现代化。”
据介绍，2018年我国发射高光谱观测01卫星，2021年发射02卫星，2022年发射大气环境监测卫星和高光谱综合观测卫星，2024年发射高精度温室气体卫星。我国已建立卫星遥感监测网络，实现了大气污染监测、温室气体监测、水体环境监测、土壤环境监测、工业园区监测、固体废物监测、移动污染监测。
记者注意到，多颗卫星组成的监测网络，分辨力较高，VOCS的时间分辨率是1小时，推荐检测能力为6～70PPTV，O3、NO、NO2、SO2的时间分辨率均为1分钟，NH3的时间分辨率是1秒钟。其他污染物的时间分辨率均在10分钟以内。
“我们突破了高端环境监测关键技术与仪器装备的研制与生产，对大多数污染物都能做到精准和实时监测。”刘文清说。
大气污染垂直柱浓度超光谱成像立体探测实现超光谱成像遥测，对焦化企业废气排口超光谱成像观测，解析出了工业排口烟羽中的二氧化硫、苯、苯甲醛和氧化丙酮等污来物的二维浓度特征。会议休息间隙，记者与刘文清院士交流，对焦化企业可以监测，对汽车生产制造企业也可以监测，比如，汽车喷漆也会有污染物排放到大气之中，
刘文清院士在演讲中列了一份清单，记者看到，大家关心的碳物质名列其中，还有平时很少关注的氯气、苯乙烯等，总共44个污染物都在监测范围之内。
我国遥感监测技术已取得较大进步，从公里级到百米级，如今已实现米级遥感监测。刘文清院士展示了这方面的实力。2023年夏季，广州市HCHO高值区集中在中部，白云区北部浓度最高，进一步搜索，发现工业区的五金包装厂浓度最高。“进一步精细化监测，还可以利用卫星网络加上无人机进行监测。”刘文清院士说。
机动车尾气检测设备越来越先进
为了完善监测网络，构建天空地海一体化监测体系，除了卫星监测外，刘文清院士团队还研发出多种地面检测仪器，丰富了机动车检测手段。
路检是防治机动车污染物排放超标的一项重要方式，如果路检时间太长，容易造成道路交通拥堵，影响通行，这要求检测设备能够快速准确拿出分析结果。针对路检特点，刘文清院士团队研发出机动车排放NOx与NH3浓度快速检测仪，这套仪器利用“紧凑型保真预处理-分段温压控制-分频调制光谱高灵每检测方案”, 实现机动车尾气多组分特征光谱的快速解析。
刘文清团队研发的仪器在江准汽车开展柴油车整车（帅铃）多工况测试，完成车载实验、台架实验和转殻实验，有效监测柴油车尾气NH3排放。
刘文清团队研发的便携式NOx仪器也可以应用于机动车年检，在南京聚昌机动车检测中心，与站点固定设备对比，结果符合(GB3847-1018)检测要求，但是，这套设备能快速分辨超标柴油车，并具有便携小型化的特点。
机动车尾气冒黑烟显然排放不合格，为此，刘文清团队研制出手持机动车林格曼尾气黑度计，刘文清说，这种设备利用了可见光、红外相机固像采集与固像处理单元一体化的解决办法，有效分割出烟羽图像，降低尾气分割噪声，实现林格曼黑度有效分级(0-5级)，识别精度≤0.25级,响应时间≤3秒。
针对目前尾气识别算法精度差、识别率低等问题，刘文清院士团队对基线模型YOLOV5S进行改进，建立新的高精度尾气识别算法，改进后的算法精度提高4.2%。
有些超标车夜间出来活动，但夜间光线不足，难以实施检测。针对光线不足、阴影和深色背景等干扰下出现漏检和错检的问题，刘文清院士团队引入尾气的红外图像特征，提取尾气排放高温点特征，并映射到烟羽空间完成“点特征”配准，准确率高达89%。刘文清院士说：“基于红外图像识别后，经过点特征匹配,得到的尾气检测区域更完整，同时避免了误判，提高了环境适应性。”
在会议现场，武汉、南京等地环保监测人员坐在记者边上，他们听到这些介绍后，私下告诉记者，检测设备和技术越来越先进，可以避免检测中出现的扯皮现象，给检测执法提供了极大的便利。
事实确如这几位环保检测人员说的，合肥经开区、蜀山区、长丰县环保执法部门利用刘文清院士研发的仪器设备，开展了5次共计60辆疑似黑烟车道边抽检，快速检测出3辆不合格车辆。
刘文清院士团队还研发了机动车颗粒物PN快速检测仪，快速确定粒径中值，准确反映浓度。这套设备对于新车DPF失效诊断起到了较好的作用。据介绍，这套设备已用于唐山京唐港，开展机动车超细颗粒物排放监测，精细化管控港口机动车排放，抓取颗粒物超标排放车辆。
刘文清院士说，在减污降碳目标下，监测技术升级的需求越来越迫切，在卫星遥感方面，要发展国产高轨静止卫星载荷与算法，在空间监测方面，发展无人机遥感监测技术，开发新型无人机监测载荷，在地面监测方面，研究更高精度的浓度量化、更强的新组分检测能力、更精细化的传输/扩散评估。人工智能时代，要利用好计算智能、认知智能、感知智能，构建多维度、多技术、多要素的大所环境智慧探测系统。
