CN113159565A - 一种基于车载信息系统数据的工程机械排放清单编制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于车载信息系统数据的工程机械排放清单编制方法。本发明以单台工程机械单一地点单个小时的排放量为基本计算单元，以车载信息系统信息记录数据作为活动水平，通过资料收集和本地化测试获取修正后的排放因子，计算一定时空范围内的工程机械各类大气污染物的排放，自下而上编制高时空分辨率的工程机械排放清单。通过本发明方法编制的工程机械排放清单能够将单台工程机械作为点源处理，能够给出机械作业和污染物排放的高精度坐标以及排放时间分布，相比以往方法，其排放计算的时空分辨率大为提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于车载信息系统数据的工程机械排放清单编制方法。
背景技术
随着大气污染治理进程不断推进，工业源和道路机动车等重点污染源减排空间下降，非道路移动机械排放越发成为被重点关注的大气污染源。非道路移动机械相比于道路机动车，主要以柴油作为燃料，执行的排放标准较低，缺乏尾气处理装置，作业工况不稳定，负载变化大，单车排放量高。工程机械作为非道路移动源中重要的一类，在房屋建筑和基础设施建设中发挥着重要作用，并且其保有量也随经济快速发展不断攀升，大部分类型工程机械产销量近年来同比大幅增长。与此同时，工程机械污染排放问题也日益突出。非道路移动源氮氧化物排放量接近机动车，颗粒物排放量是机动车排放的3倍以上；而工程机械的碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物排放分别占非道路移动源排放总量的30.1％、33.3％、34.6％，是最主要的非道路移动源之一。
大气污染源排放清单是污染源在一定时空范围内排放到大气中的各类污染物的数量列表，是空气质量管理和空气污染治理的数据基础。为摸清工程机械大气污染物排放底数，解析时空分布规律，为空气质量模拟提供输入数据，进而为制定治理和减排策略提供数据支持，建立工程机械排放清单具有重要意义。
目前工程机械排放量的计算通常以统计数据中机械保有量、燃油使用量或机械总动力等作为活动水平，配以相应排放因子，以自上而下的方式进行。建立的排放清单的时间范围一般为一年，常以区域、城市为空间尺度。传统方法将工程机械排放作为面源处理，污染物排放的空间分布以清单空间范围内次级行政区或网格内对应的建筑面积等统计信息进行。污染物排放的时间分布通常依赖于活动水平时间分布的调研或估算，一般给出逐月排放量以及每日小时分配系数等。
受工程机械管理体系尚不完善的影响，国内城市工程机械相关的各类统计数据普遍存在获取困难的情况，这使得清单编制存在活动水平底数不清的问题，进而也存在时空分配系数获取困难的问题。近年来，一些学者也开展相关研究对各类使用场地的工程机械进行活动水平调查，目的在于获取燃油消耗、机械额定功率、技术分布等信息，提高传统清单编制方法的准确性。但传统清单编制方法受制于基础数据获取困难，计算过程中往往包含估算假设等，其时空分辨率很难大幅提高，其精度对于支持空气质量模拟和服务污染控制也显出不足。
车载信息系统为工程机械制造企业开发并安装于工程机械用于获取和记录工程机械实时位置、工况、油耗等信息的装置以及配套系统，用以实现机械主对工程机械进行远程管理和监控，提高管理效率。作为一种先进的信息化管理手段，车载信息系统被越来越多的制造企业应用于各品牌工程机械。而车载信息系统由于能够提供实时的、超高经度的活动水平信息，特别适用于基于其采集数据的工程机械排放清单编制，能够显著提高排放清单时空分辨率，克服清单编制过程中数据精度不够、记录不全和获取困难的问题。
发明内容
为解决上述现有工程机械排放清单编制方法中存在的问题，本发明目的在于提供一种基于车载信息系统数据建立自下而上的高分辨率工程机械排放清单的编制方法，具体步骤如下：
(1)明确清单时空范围以及其中在用工程机械品牌分布情况；
(2)根据时空范围和品牌分布，获取相应品牌工程机械车载信息系统的记录数据，包括机械类型、排放标准、额定功率、出厂时间、工作时间、位置信息、油耗或功率和工作时长等参数；
(3)分别根据时间和经纬度筛选处于清单编制范围内的数据；
(4)根据位置信息，以小时为时间单位，进行数据整理，将每台机械在每个作业点的活动水平划归到各自然小时内，得到各小时活动水平；
(5)通过资料收集和本地化修正或本地化测试，获取不同燃料不同类型不同排放标准工程机械的排放因子；
(6)以单台工程机械单一工作地点单个小时的排放量为基本计算单元进行排放量计算，排放量计算公式如式(I)所示；
Em，h，p，i＝Fm，h×efm，i (I)
Em，h，p，i为清单时空范围内第m台工程机械在第h小时内在第p个工作地点第i种污染物的排放量，单位为g；
Fm，h为第m台工程机械在第h个自然小时内的燃料消耗量(计算中假定单台机械在一个自然小时内只在一个工作地点作业)，单位为kg；
efm，i为第m台工程机械第i种污染物的经本地化修正的排放因子，单位为g/kg燃料；(7)根据需求或按公式(II)～(V)中，汇总排放量和建立排放清单：
Ei为清单时空范围内工程机械第i种污染物的排放总量，单位为g；
x为清单时间范围内自然小时总数；
y为清单空间范围内工程机械工作地点总数；
z为清单范围内工程机械总数；
Em,i为清单时空范围内第m台工程机械第i种污染物的排放总量，单位为g；
Ep,i为清单时间范围内工程机械在第p个工作地点第i种污染物的排放总量，单位为g；
Eh,i为清单空间范围内工程机械在第h个自然小时内第i种污染物的排放总量，单位为g。
本发明中，步骤(2)中，所述工程机械类型包括装配有车载信息系统且能够记录步骤(2)中所述信息的各品牌各类型工程机械。
本发明中，步骤(2)中，所述工程机械的燃料类型包括汽油、柴油、液化天然气、压缩天然气、液化石油气和其它燃料。
本发明中，步骤(6)中，所述污染物包括CO2、SO2、CO、NOX、VOCs、PM2.5、PM10、BC和OC。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.工程机械流动性大，使用地点分散，本发明采用自下而上的方式，以工程机械车载信息系统记录数据作为活动水平，能够回避清单覆盖区域内工程机械保有量等信息缺失、不全导致活动水平不准确或难以获取的问题；
2.相比通过实地调研获取工程机械活动水平，本发明能够大幅简化数据收集工作，减少收集过程及后续数据处理工作量，能够避免因工程机械使用记录模糊不全、驾驶人员信息反馈存在主观偏差等原因导致的活动水平误差；
3.本发明将逐台工程机械作为点源处理，以小时排放为基本计算单元，能够方便地用于不同时空尺度的工程机械活动水平收集和排放清单编制，不受行政区域和统计数据时间范围限制，能够灵活地给出指定时间和空间范围内的工程机械排放量，能够更加真实地反映工程机械在实际作业过程中连续排放的情况；
4.相比传统方法，本发明能够获取远超其他方法时空分辨率的活动水平数据，进而显著提高工程机械排放清单的分辨率，降低排放清单不确定性。
附图说明
图1基于车载信息系统数据的工程机械排放清单编制方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例中，一种基于车载信息系统数据的工程机械排放清单编制方法，具体步骤如下：
一、明确所需编制的工程机械排放清单覆盖的时间和空间范围，如某城市和一个自然年。
二、根据生态环境部门掌握的工程机械登记信息、当地主要工程机械厂家信息、实际调研等确定区域内使用的主要工程机械品牌。
三、协调相关企业获取相应车载信息系统记录的工作时间、位置信息、油耗或功率和工作时长等参数以及机械类型、排放标准、额定功率、出厂时间等。信息收集过程中，应根据清单时空范围对数据进行初步筛选和精简后再行获取，便于后续数据处理。同时，应注意机械主隐私信息保护。
四、对获取到的数据依据准确的清单时间和空间覆盖范围，以时间、经纬度两个主要参数对获取到的数据进行进一步筛选，保留清单覆盖范围内的数据用于下一步数据处理。
五、由于不同企业获取到的数据格式有较大差异，对筛选后的数据进行形式处理，形成格式统一的原始数据。
六、根据经纬度信息，将各单台机械在较小经纬度范围内作业的连续记录信息划归为单一地点作业信息，再将各单台机械的各个单一地点作业信息划归到各自然小时内，形成逐时作业信息，并以相应自然小时在清单时间范围内的排位为序号。根据逐时作业信息，通过求和、积分等方式得到各小时活动水平，即小时油耗或小时总功。对于轮式机械在转场时行进在道路上的排放，因其排放位置变化较大，可根据车载信息系统数据收集情况和清单编制需求做不同处理。此类排放可根据位置信息将排放划归到次级行政区域内作为面源或线源处理。此外，由于自行走转场一般路程较短，如仍将此类排放作为点源处理，可根据记录数据进行排放量分配。在两作业地点间转场的，将此类排放等分后分配至转场前后两个作业地点；在停放地和作业地点间转场的，将此类排放全部分配至作业地点。上述两种转场方式，可通过数据记录中时间和作业情况判断。
七、通过资料收集和本地化修正或测试，获取对应不同燃料不同类型不同排放标准工程机械的修正后的各类污染物的排放因子。排放因子单位应与获取到的各小时活动水平单位相对应。
八、以单台工程机械单一工作地点单个小时的排放量为基本计算单元进行排放量计算，排放量计算公式如式(I)所示，即将各小时活动水平与对应的修正后的排放因子相乘得到各单台工程机械单一工作地点单个小时的排放量。
九、基于各单台工程机械单一工作地点单个小时的排放量，根据清单编制需求，以式(II-V)进行汇总，得到相应的自下而上的高时空分辨绿工程机械排放清单。
十、对于尚未配置车载信息系统的工程机械品牌或机型，可在第二步调研时收集品牌、机型和车载信息系统配置信息，总结分布规律，结合实际情况和调研结果，通过比例方法直接计算未配备车载信息系统工程机械排放，并假设其时空分布规律与具备车载信息系统的工程机械一致。
Claims (4)
1.一种基于车载信息系统的工程机械排放清单编制方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)明确清单时空范围以及其中在用工程机械品牌分布情况；
(2)根据时空范围和品牌分布，获取相应品牌工程机械车载信息系统的记录数据，参数包括机械类型、工作时间、位置信息、油耗或功率和工作时长；
(3)分别根据时间和经纬度筛选处于清单编制范围内的数据；
(4)根据位置信息，以小时为时间分辨率，进行数据整理，将每台机械在每个作业点的活动水平划归到各自然小时内，得到各小时活动水平；
(5)通过资料收集和本地化修正或本地化测试，获取不同燃料不同类型不同排放标准工程机械的排放因子；
(6)以单台工程机械单一工作地点单个小时的排放量为基本计算单元进行排放量计算，排放量计算公式如式(I)所示；
Em，h，p，i＝Fm，h×efm，i (I)
Em,h,p,i为清单时空范围内第m台工程机械在第h小时内在第p个工作地点第i种污染物的排放量，单位为g；
Fm,h为第m台工程机械在第h个自然小时内的燃料消耗量，计算中假定单台机械在一个自然小时内只在一个工作地点作业，单位为kg；
efm,i为第m台工程机械第i种污染物的经本地化修正的排放因子，单位为g/kg燃料；
(7)根据需求或按公式(II)、(III)、(IV)和(V)汇总排放量和建立排放清单：
Ei为清单时空范围内工程机械第i种污染物的排放总量，单位为g；
x为清单时间范围内自然小时总数；
y为清单空间范围内工程机械工作地点总数；
z为清单范围内工程机械总数；
Em,i为清单时空范围内第m台工程机械第i种污染物的排放总量，单位为g；
Ep,i为清单时间范围内工程机械在第p个工作地点第i种污染物的排放总量，单位为g；
Eh,i为清单空间范围内工程机械在第h个自然小时内第i种污染物的排放总量，单位为g。
2.根据权利要求1所述的工程机械排放清单编制方法，其特征在于，步骤(2)中，所述工程机械类型包括装配有车载信息系统且能够记录步骤(2)中所述信息的各品牌各类型工程机械。
3.根据权利要求1所述的工程机械排放清单编制方法，其特征在于，步骤(2)中，所述工程机械的燃料类型包括汽油、柴油、液化天然气、压缩天然气和液化石油气。
4.根据权利要求1所述的工程机械排放清单编制方法，其特征在于，步骤(6)中，所述污染物包括CO2、SO2、CO、NOX、VOCs、PM2.5、PM10、BC和OC。
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