水平固定式全激光高精度机动车尾气遥感在线监测系统技术方案（汽柴油一体）1 机动车尾气遥感监测发展现状1.1 机动车尾气遥感监测难点）、碳氢化合机动车尾气实时监测组分：一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、不透光度。
物（HC）、氮氧化物（NOX可有效监测汽油车、柴油车尾气污染物，测量范围：CO：（0-10）％；：（0-16）％；CO2HC：(0-10000)ppm；NO：(0-10000)ppm；不透光度：（0-100）%；测量精度和重复性误差：符合《在用柴油车排气污染物测量方法及技术要求》（HJ845-2017）标准要求。
目前机动车尾气遥测主要技术难点：（1）车辆快速通过时，尾气扩散较快，要求监测设备响应快速，否则无法实时监测气团浓度，导致测量结果不能够真实反应车辆的实际排放情况，在实际的道路上会出现大量误检和漏检。
（2）烟气迅速扩散，测量误差大。
在开放环境中，机动车尾气气团会迅速扩散，所以直接测量得到的各个组分的浓度绝对值不能反应尾气排放的真实值，但对同一尾气气团，扩散后各位置的各组分的体积比系数是相同的，所以机动车尾气遥测测量设备通过燃烧方程，根据各组分的相对体积比来反演尾气排放的真实浓度。
然而目前绝大多数机动车尾气遥测设备遥测光路不能够同光路，导致测量各组分的绝对浓度值不是气团的同一位置的值，体积浓度比已经不准确，因此利用燃烧方程反演的值不能反应尾气真实排放情况。
1.2 机动车尾气遥感监测现状近几年国内机动车尾气遥感监测技术得到快速发展，技术路线包括NDIR非分散红外光谱、DOAS紫外差分吸收光谱、TDLAS可调节半导体激光吸收光谱等。
在户外尾气遥感监测应用领域TDLAS可调谐半导体激光吸收光谱技术路线，在抗干扰能力、测量分辨率、信号稳定性、光源寿命、运维成本以及测量响应时间等方面具有明显的优势，具体见表1。
随着各种技术路线快速发展所衍生的产品见表2。
第1种产品采用NDIR、DOAS相结合的方式，设备造价低，但在户外尾气遥感监测应用领域受环境的温度、湿度以及其它背景气体影响较严重，测量响应时间慢，存在严重的漂移，导致无法准确测量尾气排放各污染物浓度值。
第2种产品采用TDLAS结合DOAS，但其采用波长2um以下激光器作为光源测量CO、CO2，该方式造价低，但CO、CO2在2um以下的吸收较弱，使得设备CO、CO2的检测下限不能满足尾气遥感监测要求，同时该产品无法克服DOAS受环境的温度、湿度以及其它背景影响，测量响应时间慢，存在严重的漂移等缺点，所以该种产品在尾气排放遥测领域的应用存在缺陷。
第3种产品采用TDLAS结合DOAS，DOAS部分无法克服受环境温度、湿度以及其它背景影响，测量响应时间慢，存在严重漂移等缺点，这种产品只改善了CO、CO2的测量，但尾气排放根据燃烧方程解算出排放值，需要NO、HC的值同样准确且实时（与CO、CO2响应时间相同）才能得到准确的排放值，所以这种产品同样存在缺陷，无法准确测量尾气排放各污染物浓度值。
第4种产品虽采用TDLAS技术，但其采用的CO、CO2激光器在2um以下的吸收较弱，使得设备CO、CO2的检测下限不能满足尾气遥感监测要求，无法准确测量尾气排放各污染物浓度值。
第5种产品采用TDLAS技术，且四种激光器全部采用2um以上波长谱线，吸收信号强，可以实时准确测量快速通过车辆的尾气排放情况。
2 水平固定全激光高精度机动车尾气遥感在线监测系统2.1 技术路线及方案水平固定全激光高精度机动车尾气遥感在线监测系统采用2um～6um波长激光器测量CO、CO2、NO、HC，使用符合HJ 845标准的550～570nm绿光激光器测量不透光度，使用红光激光器测量速度加速度。
其中CO、CO2、NO、HC四个激光器采用同光束设计，每秒可以测量500～1000次，可保证准确测量车辆通过时的尾气排放。
图1遥测主机。
图1遥测主机2.2 设备清单设备清单2.3 全激光气态物四组分（CO、CO2、NO、HC）遥感监测模块模块由水平式遥测主机、水平式遥测辅机、恒温机柜、气体自动标定装置、标准气组成。
水平遥测主机装在道路右侧，水平式遥测辅机安装在对面，见图2。
模块具有自动标定装置满足HJ 845对气态物模块的校准和检查要求图2位置示意2.4 不透光度遥感监测模块不透光度遥感模块测量采用Beer-Lambert定律，使用550～570nm绿光激光二极管光源。
测量范围：不透光度0～100%误差：误差小于读数的±5％或绝对误差±2%。
重复性：不透光度监测重复性误差不大于±2.5％。
具备自动标定功能，模块上配备5片滤光片满足HJ 845对不透光度的校准和检查要求，标定过程无需人工操作。
测量响应时间：<0.5s。
2.5 速度加速度监测模块一些尾气遥感产品中速度加速度采用雷达测速的方法，雷达测速的优点是测量距离远，但精度低。
而速度、加速度，尤其是加速度对VSP的计算影响较大，因此尾气遥感系统中速度、加速度的准确测量尤为重要，雷达测速无法满足要求。
本系统中采用基于红光激光器的光电测速方法，响应速度快、测量精度高。
速度加速度监测模块的技术指标如下：（1）车辆速度范围为：1.0－120.0km/h；（2）车速在1.0-50.0 km/h，允许误差：±1.5 km/h；（3）车速在50.0-100.0 km/h，允许误差：±3.0 km/h；（4）加速度精度：0.22m/s2。
2.6 水平固定式机动车遥感监测系统应用管理软件水平固定式机动车尾气遥感监测系统管理软件（下称系统管理软件）使用Web方案生成用户界面，底层以 Core@和MongoDB@数据库作为软件后台。
上述两个软件库均由行业领先的软件公司负责维护，性能稳定，用户群体广泛，在软件生命周期内能够提供长期更新。
系统管理软件嵌入了公司自主开发的C# Pack核心层，与外置的交通卡口视频监控模块协同运作，实现了多车道机动车视频抓拍和车牌识别。
图3 系统管理软件架构用户操作界面基于Web技术，界面为简体中文，与Windows 10操作系统兼容，整个系统运行在尾气遥感单元的工控机之上，待工控机上电后能够开机自动运行。
为用户提供了分级权限管理、遥测数据实时显示、设备标定物理参数设置、对接上级管理平台、超标车数据综合分析五大功能。
系统管理软件还具备优秀的自检特性，当监测到系统故障后会进行自动报警，发送邮件、短信和钉钉消息到指定的运维支持人员。
结合公司一流售后服务体系，最大程度地节约客户宝贵的时间和人力。
2.6.1 系统管理软件界面图4 系统管理软件显示界面软件界面显示内容包括：实时智能抓拍的视频、抓拍结果、设备状况、遥测结果、环境参数显示。
2.6.2 分级权限管理图5 分级权限管理系统用户分为系统管理员和操作人员两套用户组，系统管理员拥有设备激活、设备参数设置、和手动标定参数输入等高级权限。
操作人员具备日常巡检和现场执法所需的系统权限，包括访问设备数据库查找黑烟车遥测数据、打印和导出遥测结果以及上传执法取证图像数据等。
2.6.3对接上级管理平台图6 数据对接支持上级环保平台系统的数据对接，具有心跳守护进程，能够保证数据安全的情况下向上级平台上传遥测数据。
2.6.4 设备标定物理参数设置设备接收上级平台发送的物理参数，同时也可以人工手动输入这些物理参数，例如：VSP上、下限，NO上限值等。
图7 物理参数设置2.6.5遥测数据记录及查询图8 遥感数据记录及查询可依据车辆的燃料类型、车牌号码、车辆比功率和遥测时气象状况来多维度查找和筛选遥测数据。
待找到目标数据后系统提供批量导出和批量打印功能，方便执法人员操作取证。
2.6.6 超标车数据综合分析图9 超标车数据统计图10 超标车数据统计2.7 系统技术先进性水平固定全激光高精度机动车尾气遥感监测系统技术先进性见以下说明：（1）不受背景气体交叉干扰：系统采用可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术，由于激光谱宽特别窄（小于0.0001nm），且只发射待测气体吸收的特定波长，使测量不受测量环境中其它成分的干扰，无红外或紫外吸收光谱(TDLAS)技术受背景气体干扰的缺陷。
、NO、HC分别采用2um～6um长波长激光器（4（2）测量精度高：CO、CO2个激光器），相比2um以下激光器，具有更低的检测下限，更适合快速扩散尾气测量，检测精度更高。
（3）不受低频噪声干扰：采用波长调制技术，测量调制至高频域，使得测量不受工频、振动等低频噪声干扰，更适合户外遥感监测应用场景。
（4）响应速度快，测量无滞后：受车辆通过速度、气象（风）影响，车辆通过后排放的尾气气团迅速扩散，因此车辆通过时要求遥感监测设备能够快速响应测量，本系统的测量采样速率可达每秒500到1000次以上，远远快于其他技术路线产品，例如：紫外技术路线，0.7～1s采样1次，其主要技术瓶颈是探测原理类似相机曝光，积分时间较长，尤其是在光强较低的情况下，需要更长的采样时间。
（5）同光路设计，符合燃烧方程解算要求，能够得到准确的尾气排放浓度：在开放环境中，机动车尾气气团会迅速扩散，所以直接测量得到的各个组分的浓度绝对值不能反应尾气排放的真实值，但对同一尾气气团，相同位置的各组分的体积比系数是相同的，所以机动车尾气遥测测量设备通过燃烧方程，根据各组分的相对体积比来反演尾气排放的真实浓度。
然而目前绝大多数机动车尾气遥测设备遥测光路不能够同光路，导致测量各组分的绝对浓度值不是气团的同一位置的值，体积浓度比已经不准确，因此利用燃烧方程反演的值不能、NO、HC值为气反应尾气排放情况，本系统采用同光路设计，测量的CO、CO2团同一位置的浓度值，因为通过燃烧方程结算后能够真实、准确反应尾气排放值。
（6）不受温度、压力及环境变换影响，系统无漂移：设备内部需要内置参比模块，并且进行动态补偿，实时锁住气体吸收谱线，不受温度、压力以及环境变化的影响，系统无漂移。
紫外等方式需要定期人工标定（7）水平式安装，维护成本低：采用水平固定式安装方式，反射装置安装在保护箱体内，大大减少反光部分的维护及清洁次数。
（8）设备光源采用寿命长的可调谐半导体激光器，无需定期更换的光源，人员维护和检修内容极少。
（9）具有自动标定功能：设备内部安装有自动标定装置，定时进行自动标定，无需人工定期标定。
（10）设备符合现行中华人民共和国国家环境保护标准《在用柴油车排气污染物测量方法及技术要求（遥感检测方法）》（HJ845-2017）的要求。
3 平台软件3.1 用户权限管理用户权限管理包括：用户身份认证、登陆、注销、功能管理权限、数据管理权限等功能。
设计灵活、通用、方便的权限管理共分三级：①系统管理员-顶级权限。
②操作专员-查询、打印、复核数据，开具执法单据。
