机动车尾气垂直遥测技术研究及光谱处理算法设计

发布时间：2020-08-20 13:00

【摘要】：伴随着国家经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高,我国机动车保有量日益增多,机动车尾气排放已经成为大气主要的移动污染源。研究表明,在机动车污染总量中,超标排放机动车占据了较大比重。因此,发展机动车尾气排放快速检测设备,实现道路行驶超标排放机动车快速识别,对机动车尾气排放监管具有重要的意义。论文针对道边机动车尾气水平遥测设备存在的多车道相互干扰问题,开展了机动车尾气垂直遥测技术与光谱处理算法设计的研究,论文完成的主要研究工作如下:(1)叙述了机动车尾气排放的检测方法,分析了机动车尾气CO、CO2道边水平遥测系统和垂直式遥测系统的原理及特点,说明了垂直式遥测技术系统可拓展为多车道这一优势,并分析了垂直式遥测技术系统需要研究的关键问题。(2)详细描述了可调谐半导体激光吸收光谱技术原理,搭建了机动车尾气排放遥测实验系统,通过实验测量了遥测系统中不同反射材料的激光回波信号;采用FLUENT软件仿真研究了机动车尾气烟羽扩散特征,分析了尾气浓度稀释比随测量点和尾气管之间距离的关系。(3)优化设计了 CO吸收光谱吸光度曲线的Voigt重构过程。提出了 Voigt线型三角替代模型在吸收光谱中的应用,并与另一种快速重构模型--归一化洛伦兹模型及高斯-埃尔米特法对不同浓度的CO吸光度曲线进行比对。经实验分析得到结论:三角替代方法平均耗时为高斯-埃尔米特方法的15.81%,归一化洛伦兹方法平均耗时为高斯-埃尔米特方法的16.27%。(4)提出了一种自适应层进式Savitzky-Golay平滑滤波算法,实现了自适应选取Savitzky-Golay算法的拟合阶数和滑窗大小。实验结果表明:自适应层进式Savitzky-Golay平滑滤波算法对带噪CO吸收光谱进行滤波后,吸收峰值最大误差由25.152%降至5.917%,积分吸光度最大误差由18.1%降至3.9%;对带噪CO2吸收光谱滤波后,吸收峰最大误差由12.76%降为4.72%，积分吸光度最大误差由8.49%降为4.12%。(5)开发了机动车尾气垂直遥测系统控制和数据处理软件,实现了光谱的采集、滤波、浓度反演、数据显示与保存等功能。开展了系统的标定过程和性能参数实验,对不同车况的多台机动车尾气排放CO、CO2组分浓度的进行了遥测实验,与车载式CO、CO2浓度检测模块的检测结果进行了对比,并分析了不同工况下的机动车尾气CO、CO2排放规律。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X734.2;X831
【图文】：

１．１机动车尾气检测的意义逡逑近五年内，我国机动车保有量由２．邋２３亿辆增至２．邋９８亿辆［３］，年均增长率为逡逑为５．邋９％，如图１．１所示。机动车保有量的快速发展在城市中体现更加明显，以逡逑合肥市为例，在２０１１年合肥市机动车保有量为６０万辆，而截至２０１８年５月，逡逑合肥市机动车保有量己超过２００万辆，平均年增长率为３３．邋５５％。并且，由于城逡逑市中的大多数机动车集中在人口密集的区域，尾气排放中的各种污染物将直接威逡逑胁到行人的健康。逡逑全国机动车保有量逡逑３５０００逡逑２９，８３６．０逡逑３０ＣＸＸ）逦２８，１１６．８逡逑２３邋１６３０邋卿，■逡逑２５０００逦２２．３Ｓ２．８逦＾３，１６３．０逡逑Ｉ－邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逡逑ＭＩＮＩ逡逑２０１２逦２０１３逦２０１４逦２０１５逦２０１６逦２０１７逡逑时间／年逡逑图１．１我国机动车保有量逡逑机动车内燃机燃烧所排放的污染物种类繁多，以一氧化碳（Ｃ０），二氧化碳逡逑（风）

吨降低到４０７．邋１万吨，年均削减１．邋５％；氮氧化物（ＮＯｘ）排放量由６４０．邋０万吨降逡逑低到５７４．邋３万吨，年均削减２．邋１％；颗粒物（ＰＭ）排放量由６２．邋２万吨降低到５０．邋９逡逑万吨，年均削减３．邋９％。全国机动车污染物排放量变化趋势如图１．２所示ｗ。逡逑Ｇ：：逦３５０００逡逑３５００逦？逦３００００逡逑３０００邋－逦２５０００逡逑＾邋２５１）０逦＾逦＃逦Ｍ逡逑Ｋ逦＊逦２００００邋＾逡逑Ｍ邋２０００逦Ｈ逡逑衮逦１５０００逦＃逡逑茕１５０３逦筚逡逑乻逦１００００逡逑，ｉｉ逦Ｌｉ逦ｉｉ逦ｉｉ逦ｉｉ逦ｒ逡逑２０１２逦２０１３逦２０１４逦２０１５逦２０１６逦２０１７逡逑ｍｍｍｃｏ邋ｍｍｍＨＣ邋ｍｍｋ邋ＮＯｘ邋ｍｍｍ邋ＰＭ邋？保有星逡逑图１．２全国近５年机动车污染物排放量与机动车保有量关系逡逑由以上数据可知，我国机动车数量虽持续增加，但污染物排放量却稍有下降，逡逑这种结果与我国对机动车排放的严格管控有着密不可分的关系。我国机动车污染逡逑物排放控制措施相比于发达国家起步较晚，欧美洲于上世纪６０年代就已开始通逡逑过法律方式对机动车尾气排放污染物进行控制，并研发了多种设备用于分析机动逡逑车尾气排放规律、优化机动车燃烧过程、减少污染物排放。我国第一部机动车排逡逑放标准的法规于１９８３年制定并实施，伴随着机动车数量的激增和机动车排放污逡逑染造成的环境问题日益严重，我国正逐年推出更加严格的排放标准，同时逐步完逡逑善对超标排放机动车的监管体系。我国机动车排放标准的制定在一定程度上参照逡逑了欧美的标准体系

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本文编号：2798006