基于数字孪生技术框架的移动源智慧化管理.pdf

基于数字孪生技术框架的移动源智慧化管理智联万维科技有限公司谢喆移动源的数字孪生框架移动源污染现状 移动源排放移动源排放占比逐渐升高占比逐渐升高，逐步成为城市空气质量及碳排放影响的主要来源主要来源我国污染源NOx排放变化国内外城市移动源对PM2.5贡献国内外城市移动源碳排放交通排放占比化石燃料CO2排放量MEIC生态环境部世界资源研究所近近70%！重型货车76.1%2021年：年：568.5万吨万吨中国移动源环境管理年报-2022各类型汽车的 NOx 排放量分担率货车单车日均行驶里程变化情况交通运输部 中交兴路不同车型的电动化率零碳货运重卡发展现状 欧阳明高预测 重型货运车重型货运车活动水平高、电动化率低、排放分担大，已成为移动源污染治理的活动水平高、电动化率低、排放分担大，已成为移动源污染治理的重中之重重中之重重型柴油车对城市大气污染贡献-以上海为例335752135191050100150200250NOx年均浓度年均浓度/gm-3国控点平均国控点平均中心城区路边站中心城区路边站虹桥机场站虹桥机场站外高桥港口站外高桥港口站外环线路边站外环线路边站03000060000900001200001500001800002000年年2002年年2004年年2006年年2008年年2010年年2012年年2014年年2016年年2018年年2020年年NOx排放（吨排放（吨/年）年）出租车出租车轻微型货车轻微型货车小微型客车小微型客车公交车公交车轻微型货车轻微型货车中重型货车中重型货车小微型客车小微型客车大中型客车大中型客车全市机动车NOx排放演变货运通道排放与交通站NOx浓度 2022年底，上海市机动车达600余万（含外牌）；中重型载货汽车22.5万辆 仅占总量4%的中重型柴油车，贡献了机动车NOx排放的75%货运通道污染问题突出，港口枢纽交通点位NOx浓度较全市国控点平均高出4.8倍柴油车也是大气污染物排放管控的难点 在用符合性较差，实际在用车辆存在使用劣质油品、不合格尿素、作弊、设计缺陷等问题，导致实际排放水平远高于标准限值要求，迫切需要强有力的监管手段不合格尿素不合格油品人为作弊设计缺陷技术架构移动源数字孪生要素汇总移动源位置工况海量数据，基于大数据分析，不断挖掘潜在风险，并划定管控数阈，超出则记录预警，触发管理业务动作通过OBD、物流通道黑烟遥感、路边站和门禁等提供完备的移动源动态感知体系通过移动源系统提供管理落地，以移动执法，门禁系统等形成管控能能力动态感知大数据分析管理落地业务反馈业务支撑数据底座解决方案业务架构货运车远程在线监控数据质量提升高排放成因研判实时排放清单非道路移动机械监控车辆加油/加尿素行为监控疑似黑加油点识别道路遥感/黑烟监测全路网/货运通道排放清单道边空气质量监测与解析企业门禁监控“一企一档”企业绩效分级门禁监控检查执法组建清洁车队软硬件结合，从“车、油、路、企”四个维度建设本地移动源精细化综合管控体系软硬件结合，从“车、油、路、企”四个维度建设本地移动源精细化综合管控体系2.1 车：数据质量管理体系建设OBD应用时由于存在数据质量问题且缺乏数据质量管理体系缺乏数据质量管理体系，难以支撑监管需求（包括精准高效的识别问题车辆等），导致监管落地困难。数据质量问题数据质量问题设备传感器故障数据传输错误人为篡改问题车辆：随着行驶里程增加，燃料和尿素余量无变化如何从海量数据中高效识别？处理算法有误应用支撑应用支撑车油路企数据质量数据质量管理体系管理体系宠物用品宠物服装宠物玩具等管理对象2.1 车：OBD数据质量评分体系从实际应用角度出发，考虑字段在监管方面的重要性，建立科学的数据质量指标数据质量指标和评分规则评分规则OBD与PEMS比对进行实车验证实车验证OBDOBD数据数据数据有效性信号传输质量异常告警分析字段重要性权重数据质量评分数据质量评分基于全国重型货车OBD数据，通过大数据分析和典型车辆实验，建立逐字段的数据有效性判数据有效性判定定基准，基于，进行2.1 车：高排放车监测及成因研判基于窗口法窗口法平滑排放的瞬时波动国内及国际已有方法的开展调研及应用，基于多方法综合评定多方法综合评定OBD故障使用劣质燃油&尿素SCR故障or温度过低超载在用货车数量庞大，排放水平受多因素影响，传统现场检测方法难以实现所有车辆。尤其是高排放车辆的全时段全时段监控缺乏导致车辆排放增加原因的分析技术2.1 车：高排放车监测及成因研判典型问题车辆：典型问题车辆：车辆正常行驶中SCR已达到工作温度，但尿素未消耗，NOx瞬时排放基本在1000 ppm以上不同车辆品牌的高排放风险评估不同车辆品牌的高排放风险评估：整车厂B、H、I的高风险辆次占比明显较高，分别为23%、14.9%、8.4%，其余品牌车辆的占比在4%以下2.2 油：燃油&尿素使用监控传统路检路查的监管方式效率较低效率较低，难以监控海量在用车辆油耗率&尿素消耗率水平受异常数据和车辆行驶过程中的震动影响，燃料燃料&尿尿素余量数据有较多噪声素余量数据有较多噪声，无法直接用于分析和计算基于递推平滑滤波递推平滑滤波技术过滤噪声，实现准确的添加点识别和消耗量计算利用空间聚类和GIS技术实现潜在的加油/加尿素热点识别，对车辆油耗和尿素消耗率整体进行评价原始数据频率较高但极不稳定，难以根据数据帧识别准确的液位变化滤波技术去除OBD噪声，精准识别加油点未备案加油点识别应用海量在用车百公里油耗统计2.2 油：劣质油品识别与监管如何基于OBD数据，识别车辆在加油行为前加油行为前后的后的NOx排放浓度变化来判断是否添加了劣质排放浓度变化来判断是否添加了劣质燃油燃油统计加油前后的SCR去除率（车速5 km/h且SCR温度200）指标变化量的分布，识别识别SCR去除率显去除率显著下降的异常行程著下降的异常行程截取异常加油行为前后的OBD数据，开展单车OBD数据特征分析，给出明显异常车辆清单统计各加油站产生的异常加油行程数量OBDOBD数据数据有效数据判定计算时间差&位移距离计算NOx排放异常数据去除液位变化识别加油信号与加油站信息合并，识别最近的备案加油站OBD&加油数据合并加油前后行程划分数据去噪行程指标统计加油后行程指标加油后行程指标中位数：NOx瞬时排放率、SCR上下游NOx浓度、NOx去除率总量：总数据量、SCR上下游NOx有效数据量、总行驶里程2.2 油：添加劣质油品后典型车辆的OBD数据特征123分为三个阶段：1.加油前：一切正常2.加油后-后处理再生：颗粒物排放增加/腐蚀后处理-DPF堵了/后处理硫中毒-NOx浓度增加/DPF背压增高-DPF普通再生机制触发-ECU控制主动喷油-尾气管温度升高到500以上-DPF/DOC出来的NOx增加，SCR催化效率进一步降低-NOx排放继续增加3.加油后-后处理再生完成：DPF再生/DOC、SCR脱硫完成-DPF压差/SCR处理效率恢复正常-NOx浓度降低劣质燃油（杂质多、硫含量高）引发DPF普通主动再生过程2.3 路：高精度网格化排放清单缺乏缺乏重型货运车的高精度网格化排放清单缺少缺少外地车对本地排放贡献的认识基于有效的OBD数据，利用采集的发动机工况及尾气浓度信息，计算单车瞬时NOx排放量，支持任意时空分辨率的清单结果提任意时空分辨率的清单结果提取取2.3 路：不同排放标准的排放分担不同排放标准的排放分担不同区县的排放分担不同区县的排放分担唐山市邯郸市邯郸市2.3 路：路网化排放清单重型货车流动性较强，活动范围大，传统的时空分配方法难以准确估计难以准确估计排放分布排放分布将将OBD数据和轨迹数据和轨迹绑路技术相结合绑路技术相结合，实现车辆轨迹排放实时计算和路段归集，形成高时空精度的货车排放清单基于OBD轨迹的高精度路网化车流量和排放清单路网化车流量和排放清单高精度绑路技术示例2.3 路：碳排放清单缺乏缺乏重型货运车的高精度网格化碳排放清单基于OBD数据，计算车辆逐小时燃油及尿素消耗，基于动态碳动态碳平衡法平衡法，建立高精度碳排放清单排放高值特征 与实地车流量较大的热点地区分布一致 包括港口地区的迁曹线、秦皇岛滨州高速、沿海公路；去往天津北京的高速、主干线等。市内环城高速环路。2.3 路：货运通道识别逐时高排放货运通道推送识别不同道路类型不同道路类型的车流量、运行时间、里程和排放变化 NOx排放集中于高等级道路（主干路、国道和高速）低等级道路的各指标昼夜变化更加明显逐时进行高排放货运通道高排放货运通道的识别对于唐山地区而言，平青乐贤、迁曹线、二环路、沿海公路的排放一直较高2.3 路：减排政策后评估减排政策后评估唐山市于2022/01/23 18:00至2022/01/30 12:00启动橙色重污染预警，货运车管控如下：1.全面禁止国四及以下重型货运车辆（含燃气）运输；2.每日19:00-次日7:00，工业企业、物流运输企业禁止重型货运车辆（含燃气）进出厂3.每日19:00-次日7:00，港口禁止重型货运车辆（含燃气）集疏港4.市中心城区二环路（不含）内以及各县（市、区）城区，每日7时至20时禁止大型货车（含持有通行证的“非保障类车辆”）、三轮汽车、低速载货汽车、拖拉机通行，禁止建筑垃圾、渣土运输车、砂石运输车辆上路行驶。重点管控时段重污染管控期间，每日流量、运行时间、累计里程和NOx排放较平日下降27%、26%、19%和23%在夜间进厂管控时段（每日19:00-次日7:00），每日流量、运行时间、累计里程和NOx排放较平日下降28%、31%、25%和26%，说明夜间货运枢纽管控效果明显2.3 路：减排政策后评估在夜间进厂管控时段（每日19:00-次日7:00），一些主要物流通道的排放有明显下降，包括迁唐线、遵宝线、长深线和重要的集疏港线路重污染期间，对过境货车管控应需加强，尤其是主要通道管控前夜间排放分布管控后夜间排放分布2.4 企：用车大户识别缺乏将货车排放监管落实到用车大户用车大户的关键技术开发基于时空特征聚类算法的开发基于时空特征聚类算法的OD识识别技术别技术，识别企业用车行为，将排放归因到用车大户，推进重型货车排放的高效治理2.4 企：用车大户识别全域存在全域存在7个主要个主要OD点：两港区点：两港区+五个内陆五个内陆OD点点（1、2）（37）7654312序号位置名称类别说明序号位置名称类别说明1A港区港区2021年货物吞吐量44524万吨2B港区港区2021年货物吞吐量27716万吨3XX实业集团钢铁企业年产百万吨级4XX物流有限公司仓储业和装卸搬运普通货运、货运站（场）经营（仓储、装卸）5XX特钢钢铁企业年产千万吨级6XX铁矿矿山常峪铁矿为260万吨采选工程，矿区资源储量1.2亿吨7XX钢铁钢铁企业年产千万吨级2.4 企：重点企业前往港口货运特征分析应用案例应用案例单车OBD数据监控柴油车逐车运行监控柴油车运行情况全局柴油车逐车尿素监控柴油车逐车排放监控运行及排放数据比对地方监管：地方监管：XX市市OBD重型柴油车远程监控系统重型柴油车远程监控系统应用案例地方监管：厂外短倒现象地方监管：厂外短倒现象应用案例减排政策效果评估车辆运行监控高精度排放清单尿素添加点识别高排放车辆识别车辆数据质量评分地方监管：地方监管：XX市重型货运车市重型货运车OBD监管平台监管平台应用案例车辆OBD数据质量分析建立OBD数据质量评价体系基于OBD的高风险排放评估模型开发评估产业合作：面向国内发动机和整车制造企业的数据应用产业合作：面向国内发动机和整车制造企业的数据应用总结与展望 基于在线实时大数据的枚举法，实现重型货车排放靶向监管从0到1的提升 构建满足数据质量评估、运行特征识别、排放监管的全链条数据分析产品体系 大幅强化上游监管能力，可对超标车辆的生产企业、燃料/尿素供应商、用车企业等开展追查创新点展望 在全国范围内加快推动大数据在移动源排放监管方面的落地应用 融合道路遥感、黑烟抓拍、企业门禁等监管基础设施，实现“车-油-路-企”的移动源排放全方位监管体系 基于远程监控的大数据技术，大幅提升重型货车能耗测算的准确性，为移动源碳排放管理提供科技支撑谢谢各位的聆听！