郑柏林 常 杪 郭冬冬 邵鹏飞 杨江龙
非道路移动机械普遍使用柴油发动机，其排放的氮氧化物（NOx）已成为移动源排放污染的重要来源之一，对空气质量影响不容忽视。《中国移动源环境管理年报（2021年）》显示，2020年全国道路机动车NOx排放量为626.3万吨，非道路移动源排放NOx 478.2万吨， 其排放量接近于机动车。根据北京市2018年发布的PM2.5源解析研究成果，移动源排放在北京本地源中贡献独大，占比高达45%，其中非道路移动机械贡献14%（约为所有本地源的6%）。
北京市生态环境局基于大数据技术构建北京市非道路移动机械智能监管平台，以加强对非道路移动机械的远程在线监控、备案、现场巡查等工作的技术支撑，从而实现对北京市非道路移动机械的全方位监管，促进形成统一规范有效的管理机制。
加强非道路移动机械监管，助力打赢蓝天保卫战
2018年6月，国务院印发了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，明确提出强化移动源污染防治，需开展非道路移动机械摸底调查，划定非道路移动机械低排放控制区，严格管控高排放非道路移动机械，重点区域2019年底前完成。
2019年1月，生态环境部等十一个部门联合发布了《柴油货车污染治理攻坚战行动计划》（环大气〔2 0 1 8 〕1 7 9 号），提出强化非道路移动机械的综合监督管理，要求2019 年年底前，各地完成非道路移动机械摸底调查和编码登记。推进工程机械安装精准定位系统和实时排放监控装置，2020 年年底前，新生产、销售的工程机械应按标准规定安装。
河北、天津以及佛山、南京、成都、吕梁等地相继出台制定机动车和非道路移动机械排气污染防治办法，主要涉及以下管理措施：
（1）备案登记。按照报送程序进行申报，报送非道路移动机械的排气污染相关信息， 其中山东省依托“山东省非道路移动源排放监管平台”进行信息采集和编码登记；上海要求试点区域环保局联合辖区内各非道路移动机械行业主管部门对非道路移动机械的存量、产权单位、大气污染物排放、燃油和使用情况进行调查梳理，建立非道路移动机械主要排放源清单。
（2）标志管理。实行排放标志管理制度，对非道路移动机械装用的发动机，根据其所能达到的排放阶段标准进行标志。
（3）划定高排放禁止区。划定并公布禁止使用高排放非道路移动机械的区域，可以采用电子标签、电子围栏、排气监控等技术手段对禁止区域进行实时监控。
（4）制定并执行地方排放标准。2016年7月1日，上海市《在用非道路移动机械用柴油机排气烟度排放限值及测量方法》（DB31/981-2016）通过审批并开始实施，为在用非道路移动机械排放监管提供了标准依据。
（ 5）利用环境监管平台加大执法监管力度，对违规进入排放控制区或超标排放的非道路移动机械依法实施处罚。2021年，南京市开展非道路移动机械环保标识升级，将现有非道路移动机械环保数字号牌升级为二维码加无源射频识别（RFID）电子标识，并开展建设支撑工地非道路移动机械管理的“智慧门禁”试点工作， 自动判定哪些非道路移动机械属于高排放范围，将违法线索发送至监管部门。
北京市非道路移动机械监管取得成效
2018年7月，《中共北京市委、北京市人民政府关于全面加强生态环境保护坚决打好北京市污染防治攻坚战的意见》提出，2019年底前，市环保部门制定非道路移动机械备案和标识管理政策，开展在线监控试点，2020年在各远郊区重点区域设置低排放区。
2018年9月，北京市政府印发了《北京市打赢蓝天保卫战三年行动计划》，明确提出2019年底前制定非道路移动机械备案和环保标识管理政策， 2020年非道路移动机械“低排放区”进一步拓展到各远郊区重点区域。
2 0 2 0 年， 北京市、天津市、河北省三地协同出台《机动车和非道路移动机械排放污染防治条例》，推动区域协同管控， 提出生态环境部门应当逐步通过电子标签、电子围栏、远程排放管理系统等对非道路移动机械的大气污染物排放状况进行监督管理。
北京市各区多措并举，积极配合强化非道路移动机械监管执法：
（1）房山区生态环境局为深入推进大气污染防治工作， 改善区域环境质量，将非道路移动机械检查作为重点工作之一，通过建立健全各行业非道路移动机械台账，对全区所有非道路移动机械逐一排查登记，持续开展重点区域抽查检测专项行动并强化联合执法， 不断加大监管力度。
（2）朝阳区通过加强对进入低排放区内作业的挖掘机、装载机、叉车等机械的监督检查，定期对已登记的且在本辖区使用的机械进行检查，全面加强非道路移动机械监管。
（3）怀柔区通过建立健全各行业非道路移动机械台账， 对全区所有非道路移动机械逐一排查登记，用不透光烟度计进行抽查抽测，确保非道路移动机械达标排放，对于使用冒黑烟、排放不合格及未按照规定加装和使用污染控制装置非道路移动机械的单位和个人依法予以处罚等方式，加强非道路移动机械监管。
（ 4）通州区通过低排区建设，实现四个目标：一是提高准入标准，实现低排放，低排区内各类非道路移动机械排放标准需达到《在用非道路柴油机械烟度排放限值及测量方法》（DB11/184-2013）规定的Ⅲ类限值标准；二是建立承诺制度，通过承诺书，在非道路移动机械的排放标准、使用申报、服从监管等方面，做出相应规定；三是完善登记管理， 对达到使用标准的非道路移动机械进行摸排登记，加强检测，严格进出管理等措施；四是建立动态管理平台，适时实现信息化管理。
（5）昌平区兴寿镇人民政府发布的《关于叉车、勾机等非道路移动机械专项整治行动工作方案》要求各职能部门要以村为单位，围绕施工工地、河道、园林绿化等重点区域及主要道路，开展一次全面摸排工作， 有效发现违法车辆，并将摸排出的隐患点位、问题逐一登记，形成工作台账，上报镇专项整治工作领导小组办公室。
从全市来看，北京市实际开展非道路移动机械监管工作的过程中主要存在两个难点：
（ 1）数据支撑不足。目前， 备案系统属交管部门管理，不同部门的数据交换共享比较困难，且外埠进京的各类非道路移动机械众多，区域协同监管需要投入较多的管理资源。
（2）违规监管困难。非道路移动机械流动性强、保有量大，基础数据和使用状况掌握不充分，仅依靠重点区域抽查检测难以覆盖辖区内所有非道路移动机械。
构建大数据支撑平台及智能化监管应用，为非道路移动机械污染防治攻坚提供重要支撑
为解决北京市非道路移动机械数据支撑不足、违规监管困难的问题，需构建非道路移动机械大数据支撑平台及智能化监管应用，基于物联网与大数据技术实现非道路移动机械的远程实时监控与智能违规识别，从而对本地、外埠非道路移动机械管理工作进行全方位支撑，促进形成常态化监管机制。
具体来说，北京市非道路移动机械智能监管平台为北京市非道路移动机械污染防治攻坚工作提供了四方面的重要支撑：
（1）研发备案登记系统及手机App，采集本地数据
非道路移动机械流动性强、点多面广，通过纸质化的业务表单填报开展备案登记难以高效推进摸底调查工作，且不利于后续监管。
北京市生态环境局按照《关于开展非道路移动机械摸底调查和编码登记工作》的部署要求，开展对本市在用非道路移动机械摸底调查和编码登记工作，使用新研发的备案登记系统及手机App，便捷、高效地采集管理非道路移动机械备案信息，并发放环保号码标识，实现“一机一码”。
基于备案登记系统也可实现对全市非道路移动机械的备案工作进度、所属区域、机械类型、排放阶段等数据的采集汇总和统计分析，并为后续开展非道路移动机械监管工作提供扎实的数据基础。
（2）建立大数据平台汇聚外埠数据，支撑协同监管
据测算，外埠进京货车日均约3万辆次，长期在京使用的外埠客车有100余万辆，其中各类外埠非道路移动机械4万至6 万台。为不断推进京津冀区域大气污染联防联控工作，需要对非道路移动机械进行区域协同监管。
通过构建北京市非道路机械大数据支撑平台，实现相关监管数据的多渠道汇聚与全方位治理。该平台通过对接、匹配国家非道路移动机械系统的备案信息，有效支撑区域协同监管的诉求。对于外埠非道路移动机械，如果机械所有者的机械已在国家非道路移动机械系统中备案并领取环保标识码，可先输入环保标识码查询该机械的备案信息，如果存在并且与用户手机号匹配，则可一键转入该机械备案信息，并且该环保二维码可在北京市生态环境局非道路移动机械系统中继续使用。
除了多源异构数据的集成能力，非道路移动机械大数据支撑平台还具备全市数万台机械秒级数据实时接入、计算和存储的能力，并可实时解析、存储、计算和分析机械运行状况信息。平台通过流计算框架对在线监控数据进行实时处理，实现实时报警分析、实时报表展示，同时采用Lambda架构整合离线计算和实时计算，以满足未来实时数据、历史数据合并计算的需求。
（ 3 ） 基于车载诊断系统（OBD）数据，远程实时监控
以人工入户为主对非道路移动机械进行监管的工作方式很难形成有效监管，需要在执法模式、手段和方法等方面实现突破。
北京市生态环境局依托物联接入平台，汇聚采集非道路移动机械车载诊断系统（On Board Diagnostics，OBD）实时数据，通过OBD接口获取运行中的非道路移动机械的GPS 定位、数据流、里程累计等数据，实时获取机械运行状态、车速、里程、油耗等信息，为远程监管提供支撑。
需要注意的是，由于OBD 系统不能测量非道路移动机械排放污染物的具体数值，且存在传感器失灵以及远程数据传输故障等原因，往往会导致诸如关键数据字段缺失、读数错误、不同数据字段间逻辑关系不成立等一系列的数据质量问题，因而可配备尾气分析仪对非道路移动机械的尾气排放情况进行准确分析。
（4）依托机械工况—排放模型算法，智能识别违规
目前北京已划定“低排放区”，而如何在划定控制区后实现对高排放非道路移动机械的管控，仍是一个难题。其中， 技术难点在于如何实现超标排放的智能测算以及违规行为的智能识别，本文通过基于机器学习技术构建“机械工况—排放模型”算法进行实现：
第一，根据OBD系统采集的燃油脉冲宽度、燃油压力、进气压力等工况数据计算瞬时燃油消耗；
第二，通过车载排放测试系统（PEMS）测试获取非道路移动机械在各个实际运行工况下的HC、CO、CO2、NOx等污染物排放量；
第三，基于PEMS实测排放数据，结合油耗、机械类型、功率、燃料类型等活动信息， 获得该类非道路移动机械的本地化排放因子；
第四， 运用机器学习算法建立燃油消耗、排放因子等因素与尾气排放之间的数学模型，而后基于该模型可计算非道路移动机械尾气的HC、CO、CO2、NOX排放量；
第五，将获取的排放量等数据与后台设定的限值进行比较，若超出限值范围即可认定为疑似超标排放。
北京市生态环境局通过OBD远程在线监控系统实时获取非道路移动机械位置及运行状况信息，结合“智慧门禁”RFID芯片技术识别环保标识，综合判断被监控非道路移动机械的进出场情况；同时，运用机器学习算法，根据机械运行工况自动识别疑似超标排放机械，可快速定位低排放区需要重点监管的非道路移动机械，根据配置的业务规则实时触发报警和推送消息， 实现对非道路移动机械驶入低排放区等问题进行告警提示， 并向特定区域的移动执法终端派发任务。移动执法终端获取所在区域的巡查任务后， 可调阅相关非道路移动机械备案登记信息并上传现场巡查记录，从而实现非道路移动机械闭环监管。
北京市非道路移动机械智能监管平台应用非道路移动机械远程在线监控技术、物联网、人工智能技术等先进的技术和理念， 基于创新的非道路移动机械科学监管模式， 填补了北京市非道路移动机械信息化监管的空白。该平台基于大数据支撑平台， 实现了本市与外埠非道路移动机械备案登记信息的数据共享与协同监管； 依托物联接入平台， 汇聚采集非道路移动机械OBD实时数据， 突破了以人工入户为主的执法监管效率瓶颈； 研发机械工况— 排放模型算法， 攻克了高排放非道路移动机械进入管控区的自动违规识别等技术难题。该平台的应用对改善北京市大气环境质量、降低非道路移动机械排放贡献有重要意义。【本文是北京市科学技术委员会首都蓝天行动培育项目（Z 1 9 1 1 0 0 0 0 9 1 1 9 0 1 2 ） 的研究成果】
作者单位：北京思路创新科技有限公司/清华大学环境学院/北京市机动车排放管理事务中心