一种机动车尾气遥感监测系统远程校准的装置和方法与流程

本发明涉及一种机动车尾气遥感监测系统远程校准的装置和方法，属于计算机及电子领域。

背景技术：

机动车尾气排放是我国城市大气污染的主要来源之一,发展与利用先进的机动车排放检测技术和方法已成为机动车污染控制的必然趋势。遥感监测直接在道路上进行，能够反映车辆的实际排放状况，而且与车辆没有任何直接接触，不影响车辆的正常行驶，监测范围广，检测效率高。如今,遥感监测已经成为国内外许多大城市普查机动车排放状况的主要手段之一,并被用于检查/维护(i/m)制度评估、排放清单建立、清洁车辆豁免、高污染车辆筛查等机动车污染相关研究和控制工作中。由于机动车尾气遥感监测设备可以在不影响车辆通行的基础上对机动车尾气排放进行测量，使得它非常适合在高速公路收费口、高速检查站等地点使用，便于机动车排气管理部门在第一时间对入境车辆的尾气排放状况有充分了解并在此基础上进行通行管理。

目前机动车尾气遥感监测系统存在的一个普遍问题是数据准确性不高，缺乏执法力度。因此非常有必要对运行中的遥感监测系统进行标气校准。而当前市面上的遥测设备校准工作都需要人工到现场完成，时效性差，运维工作危险(需要在路边调试设备)，效率低下。另一方面需要对现场标气瓶气体余量进行远程监控，防止标气用完后设备无法校准的情况出现。

技术实现要素：

本发明提供了一种机动车尾气遥感监测系统远程校准的装置和方法，结合机动车抽检、路检的业务需求，利用尾气遥感设备对汽车尾气污染物进行实时监测，并利用视频智能分析技术，对道路排黑烟车辆进行有效甄别，记录超标车牌信息，从而对违规上路的车主进行有力震慑。而采用机动车尾气遥测系统对道路行驶中车辆进行尾气监测，为保障遥感监测的数据准确性，需要对遥感监测系统进行校准；管理员或者运维人员通过远程指令控制标气阀门打开，系统自动完成校准工作；系统自动识别是否有车辆或行人遮挡光路，如果发现遮挡，马上暂停校准，当遮挡物离开光路时自动重启校准，直到校准完成。

本发明的技术方案包括一种机动车尾气遥感监测系统远程校准的装置，该装置包括尾气采集分析装置、控制装置及远程遥测装置，其特征在于：所述尾气采集分析装置包括设置于汽车车道两端的遥测主机20及遥测副机26，所述遥测主机20及遥测副机26通过激光光谱穿透填充有标准气体的气室25对过往车辆的尾气进行定位及光谱分析，得到尾气数据；所述控制装置用于根据所述远程遥测装置下发的遥测指令对用于向气室25输送标准气体的标气瓶16中气量数据进行实时监控并进行开关控制，以及通过工控机13将尾气数据及气量数据发送至远程遥测装置；所述远程遥测装置用于下发遥测指令及接收汽车尾气浓度数据遥测结果，并将遥测结果通过客户端进行显示。

根据所述的机动车尾气遥感监测系统远程校准的装置，所述遥测主机20包括车辆触发模块21、算法分析与数据传输模块22、光谱探测器23、光源发射器24、气室25；所述光源发射器24用于发射特定波长的激光光谱，激光穿透所述气室25并通过遥测副机26进行反射；所述光谱探测器23用于接收反射的激光光谱信号，并将光谱信号传输至所述算法分析与数据传输模块22；所述算法分析与数据传输模块用于对光谱信号进行数据反演算，得到尾气数据并发送至工控机13；所述车辆触发模块21用于发射红色激光对路过车辆进行触发检测，并发送触发信息至所述算法分析与数据传输模块22。

根据所述的机动车尾气遥感监测系统远程校准的装置，所述尾气数据包括co、co2、hc、no气体浓度数据，气体的不透光度数据，以及汽车的速度及加速度数据。

根据所述的机动车尾气遥感监测系统远程校准的装置，所述遥测主机20还包括摄像装置28，所述摄像装置28用于对路过车辆的车牌号码进行识别，并将识别结果发送至算法分析与数据传输模块22。

根据所述的机动车尾气遥感监测系统远程校准的装置，所述遥测副机26包括蓝宝石反射镜面27，所述蓝宝石反射镜面27用于将所述光源发射器24发射的特定波长的激光光谱进行反射，以及，用于反射所述。

根据所述的机动车尾气遥感监测系统远程校准的装置，所述控制装置包括电子计量计19、电磁阀15、减压阀18、气压传感器17、plc14、标气瓶16及工控机13；所述标气瓶16与所述气室25依次连接有气压传感器17、减压阀18、电磁阀15及电子计量计19；所述工控机分别对所述电子计量计19及减压阀18的实时数据进行监控和上报，以及，通过plc14对所述电磁阀15进行开关控制。

根据所述的机动车尾气遥感监测系统远程校准的装置，所述远程遥测装置包括后台服务器11，所述后台服务器11用于通过网络12对工控机13发送的数据进行接收和分析，生成遥测结果及对应的报告报表，并将遥测结果接报告报表发送至客户端10，以及，根据分析向所述工控机13下发对应的控制指令，其中客户端包括但不限于app、网页客户端及移动终端。

本发明的技术方案还包括一种根据上述任意所述装置的机动车尾气遥感监测系统远程校准的方法，该方法包括：s10，后台服务器11向工控机13下发指令，其中下发指令包括校准指令、标气检测指令及实车测量指令；s20，通过所述plc14执行对应的指令，具体包括：若为校准指令，则打开电磁阀15并设置电子计量计19至预设值，遥测主机20对标气进行标定，根据标定结果调整遥测主机20内置曲线；若为标气检测指令，通过工控机13对气压传感器17的压强值进行实时采集，若压强值不符合预设值则进行报警，以及，生成标气消耗曲线反馈至后台服务器11；若为实车测量指令，车辆触发模块21对过往车辆进行触发检测，遥测主机20对机动车尾气进行测量，并通过算法分析与数据传输模块22进行分析；s30，后台服务器11根据不同的指令对工控机13反馈的数据进行汇总和分析，将对应机动车的尾气数据通过客户端交互界面进行显示。

根据所述的机动车尾气遥感监测系统远程校准的方法，所述校准指令的执行步骤具体包括：a21，后台服务器11下发远程校准指令，工控机13启动校准流程并将校准指令发送到plc14；a22，plc14通过继电器打开电磁阀15，标气通入遥测主机20，电子流量计19将标气流量调至预设值，标气进入气室25，开始标定；a23，遥测主机20更新内置曲线，并检查曲线斜率是否在预设范围，如果不在则发送发送反馈信息至工控机13，如果在则保持曲线，并用新曲线测量气室25中的标气，其中预设曲线斜率为95％～105％；a24，检查标气测量值与标称值的误差是否大于10％，如果是则发送反馈信息给客户端10并重新执行步骤a21，如果不是则完成标定，上传标定结果到后台服务器11。

根据所述的机动车尾气遥感监测系统远程校准的方法，所述标气检测指令的执行步骤具体包括：气压传感器17读实时取标气瓶16压强，判断压强是否小于及等于0.1mpa，若小于则发送告警信息至工控机13，进一步发送告警信息至后台服务器11，后台服务器11将告警信息发送至客户端10；若大于小于0.1mpa，工控机13工控机将实时压强值计入统计列表，生成标气消耗曲线，每隔固定时间段发送告警信息至后台服务器11。

根据所述的机动车尾气遥感监测系统远程校准的方法，所述实车检测指令的执行步骤具体包括：c21，车辆通过车辆触发模块21的触发线时即刻被遥感主机20获知后，遥测主机20开始测量机动车尾气排放污染物；c22，遥测主机20通过算法分析与数据传输模块22将车辆排放污染物浓度值传输给现场工控机；c23，工控机13结合现场气象参数、车牌号码和尾气遥测结果形成完整数据报表，进行本地储存数据后将结果上传到远程服务器11。

本发明的有益效果为：作为在线遥感监测机动车尾气排放污染物的设备，必须进行定期校准，以保障结果的准确性和可靠性。而机动车尾气遥感监测系统一般都建设在市郊的主干道上，各点位距离相隔较远，距离环保部门办公地点也较远，可通过网络进行远程校准工作，将极大减轻运维工作量，还有利于校准数据的统计查询、远程审核。

附图说明

图1所示为根据本发明实施方式的整体框图。

图2所示为根据本发明实施方式的装置组成示意图。

图3所示为根据本发明实施方式的总体流程图。

图4所示为根据本发明实施方式的远程校准工作流程图。

图5所示为根据本发明实施方式的标气气压告警系统流程图。

图6所示为根据本发明实施方式的实车测量模式的流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。

图1所示为根据本发明实施方式的整体框图。该装置包括尾气采集分析装置、控制装置及远程遥测装置，尾气采集分析装置主要包括遥测主机及副机，以及填充有标气的气室，控制装置主要对标气瓶进行监控，遥测装置主要用于下发指令，客户端主要用于接收遥测装置发送的分析结果，其特征在于：尾气采集分析装置包括设置于机动车车道两端的遥测主机20及遥测副机26，遥测主机20及遥测副机26通过激光光谱穿透填充有标准气体的气室25对过往车辆的尾气进行定位及光谱分析，得到尾气数据；控制装置用于根据远程遥测装置下发的遥测指令对用于向气室25输送标准气体的标气瓶16中气量数据进行实时监控并进行开关控制，以及通过工控机13将尾气数据及气量数据发送至远程遥测装置；远程遥测装置用于下发遥测指令及接收机动车尾气浓度数据遥测结果，并将遥测结果通过客户端进行显示。

图2所示为根据本发明实施方式的装置组成示意图。系统包后台服务器11、网络12、工控机13、plc14、电磁阀15、气瓶16、气压传感器17、减压阀18、电子流量计19、遥测主机20、车辆触发模块21、算法分析和数据传输模块22、光源探测器23、光源发射器24、气室25、遥测副机26、蓝宝石反射镜面27。

运维人员或者管理员在后台服务器11中发送远程校准指令，指令通过网络12传递给现场工控机13，工控机机收到指令将指令传递给plc14和遥测主机20，工控机还能实时采集遥测主机、电子流量计和气压传感器的数据。plc执行校准程序，并将动作指令传递给电磁阀15；遥测主机开始分析标气，完成分析后，自动改变斜率，并通过数据采集单元22将结果传递到现场工控机，上位机更新了数据库后将校准结果反馈通过网络12反馈给后台业务系统，完成远程校准操作。

分项说明：分项11、后台服务器；运维人员或管理员可在服务器上远程查看尾气遥测系统状态，采集并分析遥测结果，制作报告报表，还能发送远程校准指令到前端工控机。

分项12、网络；连接前端工控机和后台服务器，网络可以是同轴电缆、光纤、4g等。

分项13、工控机；工控机可以通过串口控制plc和遥测主机的动作，还能实时收集尾气排放污染物的浓度值，并输出报告报表，储存历史数据等；工控机还能通过网络服务器将数据传输到后台业务系统。

分项14、plc；plc是可编程逻辑控制器的英文简写，是专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。plc在本系统中主要控制各个电磁阀的启动和关闭、采样泵的启动和关闭，与处理单元的流路切换等。

分项15、电磁阀；为常闭式二位二通电磁阀。平时为关闭状态，接通电位后打开电磁阀，让标气流向下一个模块。

分项16、气瓶；标准气瓶为8l钢制瓶，内含10mpa尾气污染物标准气体(含co、co2、hc和no)。

分项17、气压传感器；气压传感器能实时将气瓶压力转化为数字信号传输给现场工控机；当钢瓶总压＜0.1mpa时，发出告警信息到工控机，工控机再将告警信息通过网络上传到后台服务器中，服务器通过短信、网页推送、app推送等方式将告警信息发送给运维人员，运维人员收到信息后及时更换标气。

分项18、减压阀；气体减压阀有两个表头，一个表头显示钢瓶气总压，一个表头显示输出气体分压，可通过调节螺杆调节分压输出压力。在本系统中一般调节分压至0.15mpa即可。

分项19、电子流量计；为了保证每次校准过程的可比性，因此需要严格控制校准是的流量。在校准过程中，电子流量计通过预设的流量值将标气流量控制在2l/min。工控机能实时读取流量值，并能通过软件界面调节流量值。电子流量计通过rs232串口与工控机连接，输出0-5v电信号，流量计的量程为0-5l/min。

分项20、遥测主机；遥测主机是遥感监测系统中的核心部件。遥测主机内包含光谱发射、光谱探测、算法分析与数据传输、电源控制、速度与加速度等模块。遥测主机通过rj45网络接口与工控机相连，遥测主机把每次触发后获取的数据(包括co、co2、hc、no、不透光度、速度和加速度等)实时传输给工控机。工控机收到数据后存储并在上位机软件上展示出来，工控机还能通过接口传输指令，控制遥测仪进入校准模式。校准完成后，遥测主机反馈校准数据给工控机，并自动切换至实车测量模式。

分项21、车辆触发模块；本系统中选择用红外激光线作为车辆触发工具。在实车测量模式下，车辆经过触发线时，遥测主机发射激光检测过往车辆尾气排放污染物；在校准模式中，一旦车辆经过触发线，马上将信息反馈给现场工控机，工控机判断本次校准失败，重新开始校准。

分项22、算法分析与数据传输模块；此模块是连接遥测主机和工控机的桥梁，是遥测主机进行通信、计算和通信的主板。激光光谱得到的只是光源的变化，而co、co2、hc和no的浓度值必须通过数据反演才能得到，数据反演程序内嵌在算法分析模块中。

分项23、光谱探测器；光谱探测器能收集到遥测副机反射回来的光谱信号。光谱探测器由接受视窗、锁相放大器、探测器组成。

分项24、光谱发射器；光谱发射器发射特定波长的激光光谱。光谱发射器由波长扫描信号发射器、调制信号发射器、电流控制、温度控制和激光器等部分组成。

分项25、气室；标准的气室由长约10cm，端部有红外透射窗材料组成的管状池。采用zemax进行光路设计，实现多次反射结构，具有光路长、体积小等特点。

分项26、遥测副机；遥测副机主要功能是将遥测主机发射过来的光谱反射回去，还能作为绿光激光的发射端。

分项27、蓝宝石反射镜面；遥测副机上的反射镜面采用蓝宝石材质，蓝宝石具有耐高温，导热好，硬度高，防刮花，化学稳定性好等优点。因此蓝宝石反射镜面具备防污损，持久耐用等优点。

图3所示为根据本发明实施方式的总体流程图。该流程具体包括：

后台服务器11向工控机13下发指令，其中下发指令包括校准指令、标气检测指令及实车测量指令；

通过所述plc14执行对应的指令，具体包括：

若为校准指令，则打开电磁阀15并设置电子计量计19至预设值，遥测主机20对标气进行标定，根据标定结果调整遥测主机20内置曲线；

若为标气检测指令，通过工控机13对气压传感器17的压强值进行实时采集，若压强值不符合预设值则进行报警，以及，生成标气消耗曲线反馈至后台服务器11；

若为实车测量指令，车辆触发模块21对过往车辆进行触发检测，遥测主机20对机动车尾气进行测量，并通过算法分析与数据传输模块22进行分析；

后台服务器11根据不同的指令对工控机13反馈的数据进行汇总和分析，将对应机动车的尾气数据通过客户端交互界面进行显示。

图4所示为根据本发明实施方式的远程校准工作流程图。其具体流程如图4描述的步骤0～步骤18所示，包括：

步骤0、开始；

步骤1、运维人员在后台服务器下达远程校准指令；

步骤2、现场工控机机接收到指令后启动校准流程，工控机中标定；

步骤3、工控机机将校准指令发送到plc；

步骤4、plc接收指令后通过继电器打开电磁阀；

步骤5、标气通入遥测主机；

步骤6、发送标定指令到遥测主机，遥测主机就绪；

步骤7、电子流量计将标气流量调至预设值；

步骤8、标气进入气室，开始标定；

步骤9、标定期间通过触发信号检查是否有车经过，如果有车或者行人经过则标定失败，返回步骤2重新开始标定；如果标定期间无遮挡物经过，则进行步骤10；

步骤10、遥测主机更新内置曲线，并检查曲线斜率；

步骤11、检查曲线是否在规定范围(95％～105％)，如果不在则发送信息给管理员并从新开始步骤1；如果在则进行步骤12；

步骤12、保持曲线，并用新曲线测量气室中的标气；

步骤13、检查标气测量值与标称值的的误差是否＞10％，如果是则发送信息给管理员并从新开始步骤1；如果不是则进行步骤14；

步骤14、标定完成，上传标定结果到后台服务器；

步骤15、发送标定完成指令到plc；

步骤16、plc通过继电器发送关闭指令给电磁阀，电磁阀关闭，气路断开；

步骤17、启用新的校正曲线，自动开始时实车测量模式；

步骤18、结束。

图5所示为根据本发明实施方式的标气气压告警系统流程图。为了保证远程校准能够顺利进行，需要明确现场气瓶中的标气压力是否能满足校准使用，因此设置了标气气压告警系统辅助远程校准；请参阅图5，以下结合图5补充说明标气气压告警系统流程，包括如下步骤：

步骤0、开始；

步骤1、压力传感器读取标气压强；

步骤2、判断压强是否＜0.1mpa，如果是进行步骤3，如果否进行步骤7；

步骤3、发送告警信息到现场工控机；

步骤4、工控机发送告警信息至后台服务器；

步骤5、服务器通过app、网页推送、短信推送等方式将告警信息告知运维人员；

步骤6、压力传感器将当前压强值发送给工控机；

步骤7、工控机将实时(5分钟测量一次)压强值计入统计列表；

步骤8、形成标气消耗曲线，并能预测标气何时消耗完；

步骤9、根据消耗曲线，提前一周发送预警信息给后台服务器；

步骤10、运维人员赴现场更换气瓶；

步骤11、结束。

图6所示为根据本发明实施方式的实车测量模式的流程图。在进行校准后执行实车测量的步骤如下步骤0～步骤6所示：说明了校准完成后，实车检测的方法，包括：

步骤0、开始；

步骤1、车辆通过遥测仪的触发线时即刻被遥感主机获知；

步骤2、遥测主机开始测量机动车尾气排放污染物，包括co、co2、no、hc等；

步骤3、遥测主机通过算法分析与数据传输模块将车辆排放污染物浓度值传输给现场工控机；

步骤4、工控机结合现场气象参数、车牌号码和尾气遥测结果形成完整数据报表，工控机本地储存数据后将结果上传到服务器；

步骤5、后台服务器自动审核数据，并储存；

步骤6、结束。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。