基于數字孿生技術框架的移動源智慧化管理.pdf

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1、基于數字孿生技術框架的移動源智慧化管理智聯萬維科技有限公司謝喆移動源的數字孿生框架移動源污染現狀 移動源排放移動源排放占比逐漸升高占比逐漸升高，逐步成為城市空氣質量及碳排放影響的主要來源主要來源我國污染源NOx排放變化國內外城市移動源對PM2.5貢獻國內外城市移動源碳排放交通排放占比化石燃料CO2排放量MEIC生態環境部世界資源研究所近近70%！重型貨車76.1%2021年：年：568.5萬噸萬噸中國移動源環境管理年報-2022各類型汽車的 NOx 排放量分擔率貨車單車日均行駛里程變化情況交通運輸部 中交興路不同車型的電動化率零碳貨運重卡發展現狀 歐陽明高預測 重型貨運車重型貨運車活動水平高、

2、電動化率低、排放分擔大，已成為移動源污染治理的活動水平高、電動化率低、排放分擔大，已成為移動源污染治理的重中之重重中之重重型柴油車對城市大氣污染貢獻-以上海為例335752135191050100150200250NOx年均濃度年均濃度/gm-3國控點平均國控點平均中心城區路邊站中心城區路邊站虹橋機場站虹橋機場站外高橋港口站外高橋港口站外環線路邊站外環線路邊站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（噸排放（噸/年）年）出租車

3、出租車輕微型貨車輕微型貨車小微型客車小微型客車公交車公交車輕微型貨車輕微型貨車中重型貨車中重型貨車小微型客車小微型客車大中型客車大中型客車全市機動車NOx排放演變貨運通道排放與交通站NOx濃度 2022年底，上海市機動車達600余萬（含外牌）；中重型載貨汽車22.5萬輛 僅占總量4%的中重型柴油車，貢獻了機動車NOx排放的75%貨運通道污染問題突出，港口樞紐交通點位NOx濃度較全市國控點平均高出4.8倍柴油車也是大氣污染物排放管控的難點 在用符合性較差，實際在用車輛存在使用劣質油品、不合格尿素、作弊、設計缺陷等問題，導致實際排放水平遠高于標準限值要求，迫切需要強有力的監管手段不合格尿素不合格油

4、品人為作弊設計缺陷技術架構移動源數字孿生要素匯總移動源位置工況海量數據，基于大數據分析，不斷挖掘潛在風險，并劃定管控數閾，超出則記錄預警，觸發管理業務動作通過OBD、物流通道黑煙遙感、路邊站和門禁等提供完備的移動源動態感知體系通過移動源系統提供管理落地，以移動執法，門禁系統等形成管控能能力動態感知大數據分析管理落地業務反饋業務支撐數據底座解決方案業務架構貨運車遠程在線監控數據質量提升高排放成因研判實時排放清單非道路移動機械監控車輛加油/加尿素行為監控疑似黑加油點識別道路遙感/黑煙監測全路網/貨運通道排放清單道邊空氣質量監測與解析企業門禁監控“一企一檔”企業績效分級門禁監控檢查執法組建清潔車隊軟

5、硬件結合，從“車、油、路、企”四個維度建設本地移動源精細化綜合管控體系軟硬件結合，從“車、油、路、企”四個維度建設本地移動源精細化綜合管控體系2.1 車：數據質量管理體系建設OBD應用時由于存在數據質量問題且缺乏數據質量管理體系缺乏數據質量管理體系，難以支撐監管需求（包括精準高效的識別問題車輛等），導致監管落地困難。數據質量問題數據質量問題設備傳感器故障數據傳輸錯誤人為篡改問題車輛：隨著行駛里程增加，燃料和尿素余量無變化如何從海量數據中高效識別？處理算法有誤應用支撐應用支撐車油路企數據質量數據質量管理體系管理體系寵物用品寵物服裝寵物玩具等管理對象2.1 車：OBD數據質量評分體系從實際應用角度

6、出發，考慮字段在監管方面的重要性，建立科學的數據質量指標數據質量指標和評分規則評分規則OBD與PEMS比對進行實車驗證實車驗證OBDOBD數據數據數據有效性信號傳輸質量異常告警分析字段重要性權重數據質量評分數據質量評分基于全國重型貨車OBD數據，通過大數據分析和典型車輛實驗，建立逐字段的數據有效性判數據有效性判定定基準，基于，進行2.1 車：高排放車監測及成因研判基于窗口法窗口法平滑排放的瞬時波動國內及國際已有方法的開展調研及應用，基于多方法綜合評定多方法綜合評定OBD故障使用劣質燃油&尿素SCR故障or溫度過低超載在用貨車數量龐大，排放水平受多因素影響，傳統現場檢測方法難以實現所有車輛。尤其

7、是高排放車輛的全時段全時段監控缺乏導致車輛排放增加原因的分析技術2.1 車：高排放車監測及成因研判典型問題車輛：典型問題車輛：車輛正常行駛中SCR已達到工作溫度，但尿素未消耗，NOx瞬時排放基本在1000 ppm以上不同車輛品牌的高排放風險評估不同車輛品牌的高排放風險評估：整車廠B、H、I的高風險輛次占比明顯較高，分別為23%、14.9%、8.4%，其余品牌車輛的占比在4%以下2.2 油：燃油&尿素使用監控傳統路檢路查的監管方式效率較低效率較低，難以監控海量在用車輛油耗率&尿素消耗率水平受異常數據和車輛行駛過程中的震動影響，燃料燃料&尿尿素余量數據有較多噪聲素余量數據有較多噪聲，無法直接用于分

8、析和計算基于遞推平滑濾波遞推平滑濾波技術過濾噪聲，實現準確的添加點識別和消耗量計算利用空間聚類和GIS技術實現潛在的加油/加尿素熱點識別，對車輛油耗和尿素消耗率整體進行評價原始數據頻率較高但極不穩定，難以根據數據幀識別準確的液位變化濾波技術去除OBD噪聲，精準識別加油點未備案加油點識別應用海量在用車百公里油耗統計2.2 油：劣質油品識別與監管如何基于OBD數據，識別車輛在加油行為前加油行為前后的后的NOx排放濃度變化來判斷是否添加了劣質排放濃度變化來判斷是否添加了劣質燃油燃油統計加油前后的SCR去除率（車速5 km/h且SCR溫度200）指標變化量的分布，識別識別SCR去除率顯去除率顯著下降的

9、異常行程著下降的異常行程截取異常加油行為前后的OBD數據，開展單車OBD數據特征分析，給出明顯異常車輛清單統計各加油站產生的異常加油行程數量OBDOBD數據數據有效數據判定計算時間差&位移距離計算NOx排放異常數據去除液位變化識別加油信號與加油站信息合并，識別最近的備案加油站OBD&加油數據合并加油前后行程劃分數據去噪行程指標統計加油后行程指標加油后行程指標中位數：NOx瞬時排放率、SCR上下游NOx濃度、NOx去除率總量：總數據量、SCR上下游NOx有效數據量、總行駛里程2.2 油：添加劣質油品后典型車輛的OBD數據特征123分為三個階段：1.加油前：一切正常2.加油后-后處理再生：顆粒物排

10、放增加/腐蝕后處理-DPF堵了/后處理硫中毒-NOx濃度增加/DPF背壓增高-DPF普通再生機制觸發-ECU控制主動噴油-尾氣管溫度升高到500以上-DPF/DOC出來的NOx增加，SCR催化效率進一步降低-NOx排放繼續增加3.加油后-后處理再生完成：DPF再生/DOC、SCR脫硫完成-DPF壓差/SCR處理效率恢復正常-NOx濃度降低劣質燃油（雜質多、硫含量高）引發DPF普通主動再生過程2.3 路：高精度網格化排放清單缺乏缺乏重型貨運車的高精度網格化排放清單缺少缺少外地車對本地排放貢獻的認識基于有效的OBD數據，利用采集的發動機工況及尾氣濃度信息，計算單車瞬時NOx排放量，支持任意時空分辨

11、率的清單結果提任意時空分辨率的清單結果提取取2.3 路：不同排放標準的排放分擔不同排放標準的排放分擔不同區縣的排放分擔不同區縣的排放分擔唐山市邯鄲市邯鄲市2.3 路：路網化排放清單重型貨車流動性較強，活動范圍大，傳統的時空分配方法難以準確估計難以準確估計排放分布排放分布將將OBD數據和軌跡數據和軌跡綁路技術相結合綁路技術相結合，實現車輛軌跡排放實時計算和路段歸集，形成高時空精度的貨車排放清單基于OBD軌跡的高精度路網化車流量和排放清單路網化車流量和排放清單高精度綁路技術示例2.3 路：碳排放清單缺乏缺乏重型貨運車的高精度網格化碳排放清單基于OBD數據，計算車輛逐小時燃油及尿素消耗，基于動態碳動

12、態碳平衡法平衡法，建立高精度碳排放清單排放高值特征 與實地車流量較大的熱點地區分布一致 包括港口地區的遷曹線、秦皇島濱州高速、沿海公路；去往天津北京的高速、主干線等。市內環城高速環路。2.3 路：貨運通道識別逐時高排放貨運通道推送識別不同道路類型不同道路類型的車流量、運行時間、里程和排放變化 NOx排放集中于高等級道路（主干路、國道和高速）低等級道路的各指標晝夜變化更加明顯逐時進行高排放貨運通道高排放貨運通道的識別對于唐山地區而言，平青樂賢、遷曹線、二環路、沿海公路的排放一直較高2.3 路：減排政策后評估減排政策后評估唐山市于2022/01/23 18:00至2022/01/30 12:00啟

13、動橙色重污染預警，貨運車管控如下：1.全面禁止國四及以下重型貨運車輛（含燃氣）運輸；2.每日19:00-次日7:00，工業企業、物流運輸企業禁止重型貨運車輛（含燃氣）進出廠3.每日19:00-次日7:00，港口禁止重型貨運車輛（含燃氣）集疏港4.市中心城區二環路（不含）內以及各縣（市、區）城區，每日7時至20時禁止大型貨車（含持有通行證的“非保障類車輛”）、三輪汽車、低速載貨汽車、拖拉機通行，禁止建筑垃圾、渣土運輸車、砂石運輸車輛上路行駛。重點管控時段重污染管控期間，每日流量、運行時間、累計里程和NOx排放較平日下降27%、26%、19%和23%在夜間進廠管控時段（每日19:00-次日7:00

14、），每日流量、運行時間、累計里程和NOx排放較平日下降28%、31%、25%和26%，說明夜間貨運樞紐管控效果明顯2.3 路：減排政策后評估在夜間進廠管控時段（每日19:00-次日7:00），一些主要物流通道的排放有明顯下降，包括遷唐線、遵寶線、長深線和重要的集疏港線路重污染期間，對過境貨車管控應需加強，尤其是主要通道管控前夜間排放分布管控后夜間排放分布2.4 企：用車大戶識別缺乏將貨車排放監管落實到用車大戶用車大戶的關鍵技術開發基于時空特征聚類算法的開發基于時空特征聚類算法的OD識識別技術別技術，識別企業用車行為，將排放歸因到用車大戶，推進重型貨車排放的高效治理2.4 企：用車大戶識別全域存

15、在全域存在7個主要個主要OD點：兩港區點：兩港區+五個內陸五個內陸OD點點（1、2）（37）7654312序號位置名稱類別說明序號位置名稱類別說明1A港區港區2021年貨物吞吐量44524萬噸2B港區港區2021年貨物吞吐量27716萬噸3XX實業集團鋼鐵企業年產百萬噸級4XX物流有限公司倉儲業和裝卸搬運普通貨運、貨運站（場）經營（倉儲、裝卸）5XX特鋼鋼鐵企業年產千萬噸級6XX鐵礦礦山常峪鐵礦為260萬噸采選工程，礦區資源儲量1.2億噸7XX鋼鐵鋼鐵企業年產千萬噸級2.4 企：重點企業前往港口貨運特征分析應用案例應用案例單車OBD數據監控柴油車逐車運行監控柴油車運行情況全局柴油車逐車尿素監控

16、柴油車逐車排放監控運行及排放數據比對地方監管：地方監管：XX市市OBD重型柴油車遠程監控系統重型柴油車遠程監控系統應用案例地方監管：廠外短倒現象地方監管：廠外短倒現象應用案例減排政策效果評估車輛運行監控高精度排放清單尿素添加點識別高排放車輛識別車輛數據質量評分地方監管：地方監管：XX市重型貨運車市重型貨運車OBD監管平臺監管平臺應用案例車輛OBD數據質量分析建立OBD數據質量評價體系基于OBD的高風險排放評估模型開發評估產業合作：面向國內發動機和整車制造企業的數據應用產業合作：面向國內發動機和整車制造企業的數據應用總結與展望 基于在線實時大數據的枚舉法，實現重型貨車排放靶向監管從0到1的提升 構建滿足數據質量評估、運行特征識別、排放監管的全鏈條數據分析產品體系 大幅強化上游監管能力，可對超標車輛的生產企業、燃料/尿素供應商、用車企業等開展追查創新點展望 在全國范圍內加快推動大數據在移動源排放監管方面的落地應用 融合道路遙感、黑煙抓拍、企業門禁等監管基礎設施，實現“車-油-路-企”的移動源排放全方位監管體系 基于遠程監控的大數據技術，大幅提升重型貨車能耗測算的準確性，為移動源碳排放管理提供科技支撐謝謝各位的聆聽！