CN103235088B - 实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统及其运行方法。该系统由数据处理模块，二氧化硫采样处理模块，车辆占用道路时间处理模块，大气采样模块，车辆传感器模块构成。通过车辆传感器模块与车辆占用道路时间处理模块对车辆运行状态进行监控与采样分析，通过大气采样模块与二氧化硫采样处理模块对大气污染程度进行采样与分析，数据处理模块用图或表的方式显示机动车运行状态与大气污染程度的关系曲线，并对超过设定污染指数等级阈值的状态进行报警。通过本发明可以定量得出机动车运行时所排出的尾气对当前大气环境的实际影响程度，便于决策者获得环境污染的真正原因，采取有针对性的措施对污染进行控制及治理。

Description

实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统及其运行方法

技术领域

本发明属于环境科学技术领域，具体涉及一种实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统及其运行方法。

背景技术

随着经济快速发展，城市规模不断扩大，人口不断向城市集聚，生产、生活、出行过程产生的废气大量增加，导致城市的空气污染加剧。气体污染物在大气中平均停留时间少至几分钟，多至几十年、百余年。大气污染物一般分为两类：一级(原生)污染物，即由污染源直接排入大气的；二级(次生)污染物，是由一级污染物在大气中进行热或光化学反应后的产物，后者往往危害性更大。大气污染主要来源于人类生活及生产活动，大气的人为污染源主要有三种，主要包括生活污染源、工业污染源、交通运输污染源。其中交通运输污染源中的汽车尾气己构成大气污染的主要污染源。

近年来，人们对机动车产生的尾气导致大气污染严重超标已形成共识，而如何定量的分析机动车尾气对大气环境的影响程度，是人们关注的焦点。因为确定各种污染源对当前大气环境的实际影响程度是决策者采取相应措施的依据。现有专利文献CN101916511A公开了一种基于路网污染程度的车路协同行车诱导装置及其诱导方法，其装置的车载设备包括OBD尾气检测仪以及车载终端诱导路径生成模块等，路侧设备包括本路侧设备路网污染程度统计模块以及路网污染程度统计模块等。OBD尾气检测仪检测的车辆尾气通过无线通信发送给路侧设备，路侧设备统计监控区域内车辆尾气总量值发送给各路侧设备，并将所有路侧设备污染程度数据发送给车辆，由车载端诱导路径生成模块生成路径。车辆根据路段的污染程度，优先选择污染量小的路线。

在上述方案中，虽然可以缓解部分区域尾气污染严重的问题，但是上述技术方案中只关注汽车尾气排放量，完全根据汽车尾气排放量的多少来控制选择车辆的行驶路径，而没有将车辆运行状态与对环境污染的实际程度进行实时关联，无法直观的了解车辆运行过程产生的尾气对大气环境实际影响的程度，无法准确的通过对空气污染的程度来对车辆运行情况进行有效的监管。

例如在某些距离工业污染源较近的地方或者距离机场较近的地方等，汽车排放的尾气对空气的污染远小于工业污染源或者机场中飞机排放的尾气带来的污染。因此无论行驶经过的车辆的多少，在这样的地区空气的污染程度都是比较严重的，只控制车辆行驶数量降低污染程度是不可能的。

发明内容

本发明所要解决的是分析调查汽车运行过程产生的尾气对大气环境实际影响的程度，提出了一种实时评价机动车尾气对大气环境影响程度的系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统，包括：

车辆传感器模块，设置于被检路段的车辆进口处和车辆出口处，实时对驶入车辆和驶出车辆进行检测;

大气采样模块，设置于所述被检路段处，采集所述被检路段范围内的大气样本；

车辆占用道路时间处理模块，每隔时间T_s接收一次所述车辆传感器模块检测到的驶入车辆的信号和驶出车辆的信号，得到在时间T_s内所述被检路段上车辆的数量及车辆占用道路时间t_ci，其中i为整数且1≤i≤N，并得到在采样周期T=N*T_s内车辆占用道路总时间 $t_c=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{ci}};$

二氧化硫采样处理模块，与所述车辆占用道路时间处理模块同时开启，每隔采样周期T接收一次所述大气采样模块采集到的大气样本，获得所述大气样本中二氧化硫含量Q_j；

数据处理模块，接收所述车辆占用道路时间处理模块发送的车辆占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块发送的二氧化硫含量Q_j；获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系并输出。

进一步地所述车辆占用道路时间处理模块根据所述驶入车辆的信号和驶出车辆的信号获得驶入车辆的数量Nr和驶出车辆的数量N_c；所述车辆占用道路时间t_ci=T_s×（N_r-N_c）。

进一步地所述数据处理模块包括：

数据整合单元，接收所述车辆占用道路时间处理模块发送的车辆占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块发送的二氧化硫含量Q_j，获得所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系；

数据显示单元，接收所述数据整合单元发送的函数关系并以图或表的形式显示。

进一步地所述数据处理模块还包括：

存储单元，存储二氧化硫含量报警阈值；

比较单元，比较所述二氧化硫采样处理模块发送的二氧化硫含量Qj与所述二氧化硫含量报警阈值；

报警单元，接收所述比较单元的比较结果，当所述二氧化硫含量Q_j超过所述二氧化硫含量报警阈值时报警。

进一步地一种基于上述的实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统的运行方法，包括如下步骤：

S1：车辆传感器模块实时对驶入车辆和驶出车辆进行检测；大气采样模块，设置于所述被检路段处，采集所述被检路段范围内的大气样本；

S2：车辆占用道路时间处理模块每隔时间T_s接收一次所述车辆传感器模块检测到的驶入车辆的信号和驶出车辆的信号，得到在时间T_s内所述被检路段上车辆的数量及车辆占用道路时间t_ci，其中i为整数且1≤i≤N，并得到在采样周期T=N*T_s内车辆占用道路总时间 $t_c=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{ci}};$

二氧化硫采样处理模块，与所述车辆占用道路时间处理模块同时开启，每隔采样周期T接收一次所述大气采样模块采集到的大气样本，获得所述大气样本中二氧化硫含量Q_j；

S3：数据处理模块，接收所述车辆占用道路时间处理模块发送的车辆占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块发送的二氧化硫含量Q_j，获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系并输出。

进一步地所述步骤S2中所述车辆占用道路时间t_ci=T_s×（N_r-N_c），其中所述T_s为1s，N_r为驶入车辆的数量，N_c为驶出车辆的数量。

进一步地所述步骤S3还包括：数据整合单元根据所述车辆占用道路总时间t_c以及所述二氧化硫含量Q_j，获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系发送至数据显示单元，所述数据显示单元以图或表的形式显示出来。

进一步地所述步骤S3中还包括：通过比较单元比较所述二氧化硫采样处理模块发送的二氧化硫含量Q_j与存储单元中存储的二氧化硫含量报警阈值，当所述二氧化硫含量Q_j超过所述二氧化硫含量报警阈值时报警单元报警。

进一步地所述步骤S2中，N=60，T_s=1s。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明所述实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统及方法，不仅能够实时检测出大气污染的程度，具体为空气中二氧化硫的含量，还能够准确的检测出某一段时间内车辆占用道路的总时间，并对这两项内容进行对比分析输出关系曲线图，从而可以定量得出机动车运行时产生的尾气对大气环境的实际影响程度，为城市交通环境改善决策者采取相应措施提供精确的数据依据。

（2）本发明所述实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统及方法，同时具有报警的功能，当检测到某一区域大气的二氧化硫含量超标后，会发出警报，便于执勤人员及时发现污染并采取治理措施。

（3）本发明所述实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统及方法，可以通过数据显示单元将检测到的车辆占用道路总时间及二氧化硫含量之间的函数关系显示出来，更加直观。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1是本发明所述的实时评价机动车尾气对大气环境影响程度的系统的原理框图；

图2是本发明所述的所述实时评价机动车尾气对大气环境影响程度的系统在单向行驶的路口处车辆传感器设置位置示意图；

图3是本发明所述的所述实时评价机动车尾气对大气环境影响程度的系统在双向行驶的路口处车辆传感器设置位置示意图；

图4是本发明所述的实时评价机动车尾气对大气环境影响程度的系统的运行方法流程图。

图中附图标记表示为：1-数据处理模块，3-二氧化硫采样处理模块，4-车辆占用道路时间处理模块，5-大气采样模块，6-车辆传感器模块，101-存储单元，102-比较单元，103-报警单元，104-数据整合单元，105-数据显示单元。

具体实施方式

本实施例提供一种实时评价机动车尾气对大气环境影响程度的系统，其原理框图如图1所示，包括数据处理模块1，二氧化硫采样处理模块3，车辆占用道路时间处理模块4，大气采样模块5和车辆传感器模块6。

所述车辆传感器模块6，设置于被检路段的车辆进口处和车辆出口处，实时对驶入车辆和驶出车辆进行检测。

大气采样模块5，设置于所述被检路段处，采集所述被检路段范围内的大气样本。

车辆占用道路时间处理模块4，每隔时间T_s接收一次所述车辆传感器模块6检测到的驶入车辆的信号和驶出车辆的信号，得到在时间T_s内所述被检路段上车辆的数量及车辆占用道路时间t_ci，其中i为整数且1≤i≤N，并得到在采样周期T=N*T_s内车辆占用道路总时间 $t_c=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{ci}}.$

二氧化硫采样处理模块3，与所述车辆占用道理时间处理模块4同步启动工作，每隔采样周期T接收一次所述大气采样模块5采集到的大气样本，获得所述大气样本中二氧化硫含量Q_j。

数据处理模块1，接收所述车辆占用道路时间处理模块4发送的车辆占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块3发送的二氧化硫含量Q_j；获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系并输出。

下面对各主要功能模块进行说明。

所述车辆传感器模块6在道路上的位置设置如图2和图3所示。图2所示的被检路段为单向行驶的路段，其设置两个车辆传感器模块6，分别设置于被检路段的车辆进口处以及车辆出口处，通过两个车辆传感器模块6实时对驶入车辆和驶出车辆进行检测。其中的所述车辆传感器模块6可以采用埋入式传感器。而图2和图3中的系统设备即为包括车辆占用道路时间处理模块4和数据处理模块1的设备。图3所示的为双向行驶的路段，则需要设置四个车辆传感器模块，即在车辆行驶的两个方向上均设置两个车辆传感器模块6,实时对驶入车辆和驶出车辆进行检测；同理，如果被检测的路段为十字路口附近处的某一区域，则针对一个十字路口来说就需要设置八个车辆传感器模块6。用于检测八个方向上行驶的车辆。其他特殊路口可根据实际情况安装不同数量的车辆传感器模块，且均成对出现。

所述车辆占用道路时间处理模块4，每隔时间Ts接收一次所述车辆传感器模块6检测到的驶入车辆的信号和驶出车辆的信号，在此实施例中车辆占用道路时间处理模块4将每一设置在车辆驶入方向上的车辆传感器模块检测到的车辆数量进行加和得到驶入车辆的数量N_r；将每一设置在车辆驶出方向上的车辆传感器模块检测到的车辆数量进行加和得到驶入车辆的数量N_c。

通过计算得到在时间T_s内所述被检路段上车辆的数量及车辆占用道路时间t_ci，t_ci=T_s*（N_r-N_c），其中i为整数且1≤i≤N，并得到在采样周期T=N*T_s内车辆占用道路总时间 $t_c=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{ci}}.$

优选地可以设置T_s=1s，T=60s，N=60。

大气采样与数据处理需要大气采样模块5与二氧化硫采样处理模块3共同完成。所述大气采样模块5采用主动采样法对大气中污染物成分进行采样。大气采样模块5内接有抽气装置,将抽入一定量的气体,通过管道将大气样本传递给二氧化硫采样处理模块3。二氧化硫采样处理模块3内设置有二氧化硫传感器与信号转换器，将感测到的二氧化硫转换成电信号，以数据的形式在二氧化硫采样处理模块3中存储显示。其中二氧化硫的含量Q_j的单位为毫克/立方米，即为单位体积的空气中所含二氧化硫的质量。

所述数据处理模块1，接收所述车辆占用道路时间处理模块4发送的车辆占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块3发送的二氧化硫含量Q_j；获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系并输出。

如图1所示，所述数据处理模块1具体包括：数据整合单元104，接收所述车辆占用道路时间处理模块4发送的车辆占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块3发送的二氧化硫含量Q_j，获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系；数据显示单元105，接收所述数据整合单元104发送的函数关系并以图或表的形式显示。

存储单元101，存储二氧化硫含量报警阈值；比较单元102，比较所述二氧化硫采样处理模块3发送的二氧化硫含量Q_j与所述二氧化硫含量报警阈值；报警单元103，接收所述比较单元102的比较结果，当所述二氧化硫含量Q_j超过所述二氧化硫含量报警阈值时报警。

图4给出了本发明上述系统的一种运行方法，包括如下步骤：

S1：车辆传感器模块6实时对驶入车辆和驶出车辆进行检测；大气采样模块5，设置于所述被检路段处，采集所述被检路段范围内的大气样本；

S2：车辆占用道路时间处理模块4每隔时间Ts接收一次所述车辆传感器模块6检测到的驶入车辆的信号和驶出车辆的信号，得到在时间T_s内所述被检路段上车辆的数量及车辆占用道路时间t_ci，其中i为整数且1≤i≤N，并得到在采样周期T=N*T_s内车辆占用道路总时间 $t_c=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{ci}};$

二氧化硫采样处理模块3，其与车辆占用道路时间处理模块4同时启动，只是二者具有不同的采样周期，所述二氧化硫采样处理模块3每隔采样周期T接收一次所述大气采样模块5采集到的大气样本，获得所述大气样本中二氧化硫含量Q_j；

S3：数据处理模块，接收所述车辆占用道路时间处理模块发送的车辆占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块发送的二氧化硫含量Q_j，获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系并输出。所述步骤S3还包括：数据整合单元104根据所述车辆占用道路总时间t_c以及所述二氧化硫含量Q_j，获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系发送至数据显示单元105，所述数据显示单元105以图或表的形式显示出来。

同时，本发明还设有报警功能，所述步骤S3中还包括：通过比较单元102比较所述二氧化硫采样处理模块3发送的二氧化硫含量Q_j与存储单元101中存储的二氧化硫含量报警阈值，当所述二氧化硫含量Q_j超过所述二氧化硫含量报警阈值时报警单元103报警。国家环境质量标准规定，居住区二氧化硫日平均浓度低于0.15毫克/立方米，年平均浓度低于0.06毫克/立方米。本发明中优选报警阈值为0.15毫克/立方米。

采用本发明的上述实施例可以得出某一监测点周边的二氧化硫含量与车辆占用道路的时间的关系，可以直观的得到该地区的污染源是否是汽车排放的尾气。如果根据对上述数据的监测发现车辆占用道路的时间对二氧化硫的含量影响很小，则决策者可以去查找其他可能的污染源头，并且最终根据污染原因制定治理污染的方案。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统，其特征在于，包括：

车辆传感器模块(6)，设置于被检路段的车辆进口处和车辆出口处，实时对驶入车辆和驶出车辆进行检测；

大气采样模块(5)，设置于所述被检路段处，采集所述被检路段范围内的大气样本；

车辆占用道路时间处理模块(4)，每隔时间T_s接收一次所述车辆传感器模块(6)检测到的驶入车辆的信号和驶出车辆的信号，得到在时间T_s内所述被检路段上车辆的数量及车辆占用道路时间t_ci，其中i为整数且1≤i≤N，并得到在采样周期T＝N*T_s内车辆占用道路总时间 $t_c=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{ci}};$

二氧化硫采样处理模块(3)，与所述车辆占用道路时间处理模块(4)同时开启，每隔采样周期T接收一次所述大气采样模块(5)采集到的大气样本，获得所述大气样本中二氧化硫含量Q_j；

数据处理模块(1)，接收所述车辆占用道路时间处理模块(4)发送的车辆占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块(3)发送的二氧化硫含量Q_j；获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系并输出。

2.根据权利要求1所述的实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统，所述车辆占用道路时间处理模块(4)根据所述驶入车辆的信号和驶出车辆的信号获得驶入车辆的数量N_r和驶出车辆的数量N_c；所述车辆占用道路时间t_ci＝T_s×(N_r-N_c)。

3.根据权利要求1或2所述的实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统，其特征在于，所述数据处理模块(1)包括：

数据整合单元(104)，接收所述车辆占用道路时间处理模块(4)发送的车辆占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块(3)发送的二氧化硫含量Q_j，获得所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系；

数据显示单元(105)，接收所述数据整合单元(104)发送的函数关系并以图或表的形式显示。

4.根据权利要求3所述的实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统，其特征在于，所述数据处理模块(1)还包括：

存储单元(101)，存储二氧化硫含量报警阈值；

比较单元(102)，比较所述二氧化硫采样处理模块(3)发送的二氧化硫含量Q_j与所述二氧化硫含量报警阈值；

报警单元(103)，接收所述比较单元(102)的比较结果，当所述二氧化硫含量Q_j超过所述二氧化硫含量报警阈值时报警。

5.一种基于权利要求1-4任一所述的实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：车辆传感器模块(6)实时对驶入车辆和驶出车辆进行检测；大气采样模块(5)，设置于所述被检路段处，采集所述被检路段范围内的大气样本；

S2：车辆占用道路时间处理模块(4)每隔时间T_s接收一次所述车辆传感器模块(6)检测到的驶入车辆的信号和驶出车辆的信号，得到在时间T_s内所述被检路段上车辆的数量及车辆占用道路时间t_ci，其中i为整数且1≤i≤N，并得到在采样周期T＝N*T_s内车辆占用道路总时间 $t_c=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{ci}};$

二氧化硫采样处理模块(3)，与所述车辆占用道路时间处理模块同时开启，每隔采样周期T接收一次所述大气采样模块(5)采集到的大气样本，获得所述大气样本中二氧化硫含量Q_j；

S3：数据处理模块(1)，接收所述车辆占用道路时间处理模块(4)发送的车辆占用道路总时间t_c，以及所述二氧化硫采样处理模块(3)发送的二氧化硫含量Q_j，获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系并输出。

6.根据权利要求5所述的实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统的运行方法，其特征在于，所述步骤S2中所述车辆占用道路时间t_ci＝T_s×(N_r-N_c)，其中所述T_s为1s，N_r为驶入车辆的数量，N_c为驶出车辆的数量。

7.根据权利要求5所述的实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统的运行方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括：数据整合单元(104)根据所述车辆占用道路总时间t_c以及所述二氧化硫含量Q_j，获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系发送至数据显示单元(105)，所述数据显示单元(105)以图或表的形式显示出来。

8.根据权利要求6所述的实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统的运行方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括：数据整合单元(104)根据所述车辆占用道路总时间t_c以及所述二氧化硫含量Q_j，获得在所述车辆占用道路总时间t_c及二氧化硫含量Q_j之间的函数关系发送至数据显示单元(105)，所述数据显示单元(105)以图或表的形式显示出来。

9.根据权利要求5所述的实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统的运行方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：通过比较单元(102)比较所述二氧化硫采样处理模块(3)发送的二氧化硫含量Q_j与存储单元(101)中存储的二氧化硫含量报警阈值，当所述二氧化硫含量Q_j超过所述二氧化硫含量报警阈值时报警单元(103)报警。

10.根据权利要求6-9任一所述的实时评价机动车尾气对大气污染程度的系统的运行方法，其特征在于，所述步骤S2中，N＝60，T_s＝1s。