CN112288224A - 一种基于远程监控数据的排放计算方法 - Google Patents

一种基于远程监控数据的排放计算方法 Download PDF

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CN112288224A CN202011017250.8A CN202011017250A CN112288224A CN 112288224 A CN112288224 A CN 112288224A CN 202011017250 A CN202011017250 A CN 202011017250A CN 112288224 A CN112288224 A CN 112288224A
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付铁强
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吕赫
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Abstract

本发明提供了一种基于远程监控数据的排放计算方法，包括根据第一筛选条件从远程监控数据中筛选待分析数据，建立待分析数据集；根据第二筛选条件从待分析数据集中筛选有效数据点，建立有效数据集；根据网格权重定义将有效数据集的数据网格标签化，形成待网格标签的数据集；根据网格权重随机抽样相对应数量的数据，共计100个数据，将这些数据作为待计算数据；计算移动源排放结果。本发明可以应用于和企业对于移动源排放监管当中，利用本发明对运行中的重柴油车和非道路移动机械的排放进行合格性进行判定，减少环保检测人员的工作量；本发明还可以用于高校和科研单位，用于研究移动源排放量对于大气环境的影响，作为城市规划和交通规划的数据支撑。

Description

一种基于远程监控数据的排放计算方法
技术领域
本发明属于汽车排放领域，尤其是涉及一种基于远程监控数据的排放计算方法。
背景技术
根据国家统计数据，目前城市中的氮氧化物主要来源是移动源。根据北京市2018年的空气污染源解析数据，北京市空气污染中的氮氧化物有45％来自于移动源的排放。移动源当中重型柴油机为动力源的重型柴油车和非道路移动机械的氮氧化物排放最多。其中重型柴油车的氮氧化物排放量约占整个车辆氮氧化物排放总量的60％，而非道路移动机械的整体排放量与车辆的氮氧化物排放量相当。
移动源排放具有流动性大、排放地点分散、单一排放少的特点，使用传统的排放检查设备到现场一一监管十分困难。为了有效管控移动源的氮氧化物排放，国家和地方纷纷上马远程监控技术，使用微型传感器采集移动源的排放信号并上传。目前在市场上使用的远程监控技术和国家法规要求的远程监控技术所使用的氮氧化物采集工具为氮氧传感器，氮氧传感器的采集的氮氧化物浓度信号单位是ppm(百万分之一的体积分数)。与目前国家和地方法规中规定氮氧化物排放控制要求中的限值单位不一致，因此无法直接评价移动源氮氧化物排放是否超标。但基于远程监控系统采集发动机运行数据通过算法的处理，我们可以计算符合法规要求的排放因子，实现远程排放检测。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于远程监控数据的排放计算方法，实现使用远程数据对车辆的排放进行评价。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于远程监控数据的排放计算方法，包括如下步骤
步骤S1：根据第一筛选条件从远程监控数据中筛选待分析数据，建立待分析数据集；
步骤S2：根据第二筛选条件从待分析数据集中筛选有效数据点，建立有效数据集；
步骤S3：根据网格权重定义将有效数据集的数据网格标签化，形成待网格标签的数据集；
步骤S4：根据网格权重随机抽样相对应数量的数据，共计100个数据，将这些数据作为待计算数据；
步骤S5：按照下列算式计算移动源排放结果
Figure BDA0002699473370000021
Figure BDA0002699473370000022
Figure BDA0002699473370000023
进一步的，还包括根据移动源所属排放法规的限值对排放结果进行判定，判定移动源的排放是否达标。
进一步的，所述远程监控数据包括车速、大气压力、发动机净输出扭矩、摩擦扭矩、发动机转速、发动机燃料流量、SCR上游氮氧化物(NOx)传感器输出值、SCR下游氮氧化物(NOx)传感器输出值、反应剂余量、进气量、SCR 入口温度、SCR出口温度、DPF压差、发动机冷却液温度、邮箱液位、定位状态、经度、纬度、累计里程、车型循环功、车辆装用发动机额定功率。
进一步的，第一筛选条件包括以自然日为单位，将发动机运行时间超过 5小时的单日远程数据，被称作待分析数据。
进一步的，第二筛选条件包括实时(时刻)气温高于-3℃、发动机冷却液温度高于70℃、以及无故障信息。
进一步的，所述网格权重定义为将发动机从怠速到额定转速的线性变化定义为发动机从0％转速到100％转速的转速比例，将发动机某一转速下的从无负荷到满负荷的线性变化扭矩定义为0％负荷到100％负荷，以10％为步长为例划分整个“转速-扭矩”笛卡尔坐标系，共划分100个网格，根据不同移动源的分类所对应的发动机台架循环计算每个网格的权重。
进一步的，权重计算方法为：计算不同循环的每个网格内落入的工况点的个数，每个网格的权重为：
Figure BDA0002699473370000031
本发明还提供一种基于远程监控数据的排放计算系统，包括
第一筛选单元，用于根据第一筛选条件从远程监控数据中筛选待分析数据，建立待分析数据集；
第二筛选单元，用于根据第二筛选条件从待分析数据集中筛选有效数据点，建立有效数据集；
网格标签化单元，用于根据网格权重定义将有效数据集的数据网格标签化，形成待网格标签的数据集；
网络随机抽取单元，用于从所有网格中根据网格权重随机抽样相对应数量的数据，共计100个数据，将这些数据作为待计算数据；
计算单元，用于按照下列算式计算移动源排放结果
Figure BDA0002699473370000041
Figure BDA0002699473370000042
Figure BDA0002699473370000043
本发明还提供一种设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的一种基于远程监控数据的排放计算程序，所述一种基于远程监控数据的排放计算程序配置有实现上述的一种基于远程监控数据的排放计算方法的步骤。
本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有一种基于远程监控数据的排放计算程序，所述一种基于远程监控数据的排放计算程序被处理器执行时实现上述的一种基于远程监控数据的排放计算方法的步骤。
相对于现有技术，本发明所述的一种基于远程监控数据的排放计算方法具有以下优势：
(1)本发明可以应用于和企业对于移动源排放监管当中，利用本发明对运行中的重柴油车和非道路移动机械的排放进行合格性进行判定，减少环保检测人员的工作量；
(2)本发明还可以用于高校和科研单位，用于研究移动源排放量对于大气环境的影响，作为城市规划和交通规划的数据支撑。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的计算流程图；
图2是本发明中提及基于发动机台架WHTC循环的网格权重划分方法示意；
图3是网格标签化的数据集示意图；
图4是原始数据示意图；
图5是根据对应“转速-负荷”区间数据条数随机选数据条示意图；
图6是拼接数据条成为计算用数据示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
名词解释：
1.发动机台架测试循环：发动机在发动机台架上运行的一种循环工况，每个工况点由发动机扭矩和转速百分比定义，每个工况点持续1s。
2.短行程：发动机转速从上一个怠速结束到下一个怠速开始，期间的行驶曲线称作短行程。
本发明是一种基于远程数据的排放结果计算和评估方法。以目前GB17691-2018中提出的上传的数据格式和数据频率为基础，对数据进行合理的筛选，并根据法规要求的控制思路进行计算得出符合法规判定要求的结果。实现使用远程数据对车辆的排放进行评价。
本技术是一种基于远程数据的排放结果计算和评估方法。以目前 GB17691-2018中提出的上传的数据格式和数据频率为基础进行数据处理。
表1.GB17691中规定远程监控中单上传的数据项目
Figure BDA0002699473370000061
Figure BDA0002699473370000071
本算法所需要的数据项见下表：
表2参与计算与计算过程中出现的数据项
序号 数据项 序号 数据项
1 冷却液温度 5 SCR下游NOx传感器输出值
2 净扭矩 6 发动机外特性
3 摩擦扭矩 7 时刻
4 发动机转速 8 进气量
算法中应用的筛选条件如下：
筛选条件1
以自然日为单位，发动机运行时间超过5小时的单日远程数据，被称作待分析数据。
筛选条件2：
表3.筛选条件2
序号 判断项目 来源
1 实时(时刻)气温高于-3℃ 实时气温
2 发动机冷却液温度高于70℃ 冷却液温度
3 无故障信息 远程监控数据
网格权重定义：
将发动机从怠速到额定转速的线性变化定义为发动机从0％转速到100％转速的转速比例。将发动机某一转速下的从无负荷到满负荷的线性变化扭矩定义为0％负荷到100％负荷。本发明以10％为步长为例划分整个“转速-扭矩”笛卡尔坐标系。共划分100个网格。
然后根据不同排放阶段和种类定义所监测的移动源的分类如表4所示：
表4各类移动源的测试循环
序号 分类 发动机台架循环
1 国五重型柴油车 发动机台架ETC循环工况
2 国六重型柴油车 发动机台架WHTC循环工况
3 非道路移动机械 发动机台架NRTC循环工况
最后根据不同移动源的分类所对应的发动机台架循环计算每个网格的权重。具体计算方法为计算不同循环的每个网格内落入的工况点的个数，每个网格的权重为：
Figure BDA0002699473370000081
算法运行步骤
5.1根据筛选条件1从远程监控数据中挑选待分析数据，作为待分析数据集；
5.2根据筛选条件2从待分析数据中筛选出有效数据点，作为有效数据集；
5.3根据网格权重定义将有效数据集的数据网格标签化，形成待网格标签的数据集；
5.4从所有网格中根据网格权重随机抽样相对应数量的数据数据，共计100个数据。这些数据作为待计算数据；
5.5按照下列算式计算移动源排放结果
Figure BDA0002699473370000082
Figure BDA0002699473370000083
Figure BDA0002699473370000084
根据移动源所属排放法规的限值对排放结果进行判定，判定移动源的排放是否达标。
具体的计算过程如下
1、根据有效数据筛选条件，剔除原始数据中的无效数据。图4中加粗的冷却液温度不满足70℃的要求，因此框内的所有数据应剔除。海拔不满足要求的数据，数据行也予以剔除。
2、根据表5的“转速-负荷”分布表，按照对应的转速负荷的点数，从原始数据中对应的转速负荷区间，随机抽取数据行，共计100行。如图5、6 所示。
表5“转速-负荷”分布表
Figure BDA0002699473370000091
3、将抽取的数据行拼接成为计算的数据，按照以下公式进行计算:
Figure BDA0002699473370000092
带入数据：
Figure BDA0002699473370000101
满足该排放阶段的氮氧化物限值要求。
本发明的排放算法的主要应用场景为政府的在线平台监管：在政府的环保平台上，可以随机抽取某一车辆一段时间的运行工况进行排放分析，确定某一辆车辆真实排放是否满足国家的法规要求。多次不满足要求的车辆，政府监管部门可以依据此记录作为基础对该车辆或该车辆所属的同一车型进行抽查。
本发明还提供一种基于远程监控数据的排放计算系统，包括
第一筛选单元，用于根据第一筛选条件从远程监控数据中筛选待分析数据，建立待分析数据集；
第二筛选单元，用于根据第二筛选条件从待分析数据集中筛选有效数据点，建立有效数据集；
网格标签化单元，用于根据网格权重定义将有效数据集的数据网格标签化，形成待网格标签的数据集；
网络随机抽取单元，用于从所有网格中根据网格权重随机抽样相对应数量的数据数据，共计100个数据，将这些数据作为待计算数据；
计算单元，用于按照下列算式计算移动源排放结果
Figure BDA0002699473370000102
Figure BDA0002699473370000103
Figure BDA0002699473370000104
本发明还提供一种设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的一种基于远程监控数据的排放计算程序，所述一种基于远程监控数据的排放计算程序配置有实现上述的一种基于远程监控数据的排放计算方法的步骤。
本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有一种基于远程监控数据的排放计算程序，所述一种基于远程监控数据的排放计算程序被处理器执行时实现上述的一种基于远程监控数据的排放计算方法的步骤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于远程监控数据的排放计算方法，其特征在于：包括如下步骤
步骤S1：根据第一筛选条件从远程监控数据中筛选待分析数据，建立待分析数据集；
步骤S2：根据第二筛选条件从待分析数据集中筛选有效数据点，建立有效数据集；
步骤S3：根据网格权重定义将有效数据集的数据网格标签化，形成待网格标签的数据集；
步骤S4：根据网格权重随机抽样相对应数量的数据，共计100个数据，将这些数据作为待计算数据；
步骤S5：按照下列算式计算移动源排放结果
Figure FDA0002699473360000011
Figure FDA0002699473360000012
Figure FDA0002699473360000013
2.根据权利要求1所述的一种基于远程监控数据的排放计算方法，其特征在于：还包括根据移动源所属排放法规的限值对排放结果进行判定，判定移动源的排放是否达标。
3.根据权利要求1所述的一种基于远程监控数据的排放计算方法，其特征在于：所述远程监控数据包括车速、大气压力、发动机净输出扭矩、摩擦扭矩、发动机转速、发动机燃料流量、SCR上游氮氧化物(NOx)传感器输出值、SCR下游氮氧化物(NOx)传感器输出值、反应剂余量、进气量、SCR入口温度、SCR出口温度、DPF压差、发动机冷却液温度、邮箱液位、定位状态、经度、纬度、累计里程、车型循环功、车辆装用发动机额定功率。
4.根据权利要求1所述的一种基于远程监控数据的排放计算方法，其特征在于：第一筛选条件包括以自然日为单位，将发动机运行时间超过5小时的单日远程数据，被称作待分析数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于远程监控数据的排放计算方法，其特征在于：第二筛选条件包括实时(时刻)气温高于-3℃、发动机冷却液温度高于70℃、以及无故障信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于远程监控数据的排放计算方法，其特征在于：所述网格权重定义为将发动机从怠速到额定转速的线性变化定义为发动机从0％转速到100％转速的转速比例，将发动机某一转速下的从无负荷到满负荷的线性变化扭矩定义为0％负荷到100％负荷，以10％为步长为例划分整个“转速-扭矩”笛卡尔坐标系，共划分100个网格，根据不同移动源的分类所对应的发动机台架循环计算每个网格的权重。
7.根据权利要求6所述的一种基于远程监控数据的排放计算方法，其特征在于：权重计算方法为：计算不同循环的每个网格内落入的工况点的个数，每个网格的权重为：
Figure FDA0002699473360000021
8.一种基于远程监控数据的排放计算系统，其特征在于：包括
第一筛选单元，用于根据第一筛选条件从远程监控数据中筛选待分析数据，建立待分析数据集；
第二筛选单元，用于根据第二筛选条件从待分析数据集中筛选有效数据点，建立有效数据集；
网格标签化单元，用于根据网格权重定义将有效数据集的数据网格标签化，形成待网格标签的数据集；
网络随机抽取单元，根据网格权重随机抽样相对应数量的数据，共计100个数据，将这些数据作为待计算数据；
计算单元，用于按照下列算式计算移动源排放结果
Figure FDA0002699473360000031
Figure FDA0002699473360000032
Figure FDA0002699473360000033
9.一种设备，其特征在于，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的一种基于远程监控数据的排放计算程序，所述一种基于远程监控数据的排放计算程序配置有实现如权利要求1至7中任一项所述的一种基于远程监控数据的排放计算方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有一种基于远程监控数据的排放计算程序，所述一种基于远程监控数据的排放计算程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的一种基于远程监控数据的排放计算方法的步骤。
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