基于遥感监测的机动车尾气可视化管理系统

朱宁 1 陈海军 2 蒋丹丹 3 范俐明 4

摘要：为有效治理机动车尾气污染，本文以某市为实例，提出了一套完整的机动车尾气遥感监测技术方法，建立了对市区内机动车尾气排放污染物的实时监控平台。

关键词：遥感监测；机动车尾气；环境管理

随着经济的高速发展，机动车污染排放造成的环境压力持续加大，对城市空气质量影响也日益增大，已成为空气污染的主要来源之一。为全面加强生态环境保护、打好大气污染防治攻坚战，建设“天地车人”一体化机动车排放监控系统已成为必然趋势。

为响应国家和省环保厅的政策要求，某市（以下简称“H市”）建立了机动车遥感监测系统平台，以实现对市区内机动车尾气进行全天候、全方位的实时监控，从而为机动车尾气污染治理工作提供数据支撑和科学依据，全面提升机动车环境管理的系统化、自动化、智能化、科学化、法治化、精细化和信息化。

机动车尾气环境分析及环境监管现状

1.1机动车尾气环境分析

机动车尾气主要由一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、颗粒物等污染废物组成。根据全国机动车减排核算采用的污染物排放系数计算，2017年全省机动车四项污染物排放总量为221.73万吨，其中氮氧化物22.39万吨，颗粒物2.0万吨，一氧化碳177.44万吨，碳氢化合物19.9万吨。由于该省汽车保有量占机动车保有量的91%以上，汽车四项污染物排放总量占机动车排放总量的90.7%，其中，氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）超过95%，一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）超过85%。其中，柴油货车氮氧化物排放占汽车排放的53%，颗粒物占汽车排放的75%；柴油货车是氮氧化物，颗粒物排放的主要来源。

1.2城市机动车环境监管现状

我国机动车环境监管人数和美欧日等发达国家相比严重偏少，全国专职监管人员不足3000人（其中北京、天津合计占1100人）。相对于全国3.1亿辆机动车，人均监管17万台，监管力量弱，路检力度小。同时，道路中行驶的车辆存在监管难度较大、执法力量不足等困难。因此，目前H市仍然以汽车污染排放控制措施为主，通过监控车辆在年检周期之间的排放状况，及时提醒排放超标车主进行复检，以此来降低车辆对城市空气质量影响。

机动车尾气遥感监测系统

机动车尾气的遥感监测利用了光谱学测量技术原理，通过不同气体分子对光线的选择性吸收能力，从而定性确定气体分子的组成、定量分析污染物的含量。遥感监测因具有快速、高效、高自动化筛选高污染、高排放车辆的特点，可实现在不影响正常通行的情况下，对在道路上行驶的机动车大气污染物排放状况进行监督抽测，是及时发现并限制高污染车辆、缓解市区空气污染压力的有效手段。

2.1机动车遥感监测数据的采集

通过在路面点位建立固定式机动车遥感监测设备，实现路面车辆排气检测数据的采集。同时利用电子时基的车速加速度测量技术、CCD牌照抓拍识别技术和环境条件测量等技术，实现机动车基本数据的实时采集并进行同步、传输、视频监控等。最后通过主控系统进行数据的采集处理汇总，再经由无线网络将结果传输至相关主管部门的数据库中。

2.2机动车排气遥感监测数据库的建设

由于各监测点位具有相对独立性，为实现监测数据的统一管理与共享，有必要建设机动车排气遥感监测数据库。机动车排气遥感监测数据库主要包括机动车遥感监测数据库、机动车排气检测数据库、环保检测机构数据库、机动车车型等相关信息数据库等。

系统数据库在结构设计上，可分为公用数据库与点位数据库。公用数据库表包括系统配置表、用户/部门及权限表、车辆信息表、个人信息表、执法管理表等所有非检测表。点位数据库表通过点位管理，为每一个点位配置相应的独立监测数据表，并将监测结果记录至各自的数据表中。这种设计一方面可使本系统中最大量的数据，分散于多个同构的独立表中，避免了数据库存储瓶颈，加快的数据检索及更新速度。另一方面，这些数据表都是同一个点位的监测记录，各信息都高度耦合。同时，这些数据表，也作为数据集中与分发时的接口表，由于这些表中的所有记录都可按原样复制，不需要做主键转换等，可以直接导入，也大大简化了数据接口的处理效率。

2.3机动车遥感监管理系统的建立

通过对车辆档案管理、遥测数据管理、检测标准限值管理、遥感点位管理、冒黑烟车辆管理、行政执法、影像文档等监管，实现机动车遥感数据的汇总分析和统计，从而建立机动车遥感监管理系统。

机动车遥感监测信息联网平台系统

机动车遥感监测信息联网平台系统围绕统一的中心数据库，依据工作场景的不同，划分不同的应用平台，使分工更加明确，效率更高。通过统一认证系统，有权限用户可在平台间无缝切换。该系统包括大数据展示平台、综合管理平台和远程审验平台。

大数据展示平台

大数据展示平台是将各阶段的数据进行汇总、并按一定的系数模型进行计算，从而分析数据的变化及趋势，以数据化表格配合相应的图形进行显示，辅助管理决策。由于涉及的数据量巨大，需要以各阶段统计数据为基础，形成归档的统计结果数据，再进行相应的汇总、计算、分析与展示。

图1 大数据展示平台

综合管理平台

综合管理平台主要包括点位信息、污染因子和超标车辆三大部分。通过图形化组件来展示遥感监测的重点关注信息，包括点位概况、现状、仪器设备健康度、车流量、负载能力等，以及污染物因子历史和未来变化趋势，并能按照车辆类型、排放阶段、燃料种类、超标率进行分类统计。该平台能够横向比较H市各点位的污染物监测、车辆超标等情况，查看各污染物因子数据情况，分析排放特征，同环比H市遥感监测点位数据和超标情况历史变化趋势。

图2 综合管理平台

远程审验平台

该平台面向远程审核人员，具有全程介入式遥测过程管理能力，能够自动甄别数据的有效性，也可通过手动人工模式对提交的点位遥测数据、文档资料、视频图像等进行核对，能够及时发现、查处尾气超标车辆。

图3 远程审验平台

结束语

通过机动车尾气遥感监测平台的建立，利用大数据技术对城市各道路车辆的排放特征及空气质量变化规律进行分析，为优化城市道路布局、划定高排放车辆限行区域、制定重点车辆管控措施、制定大气污染物减排目标提供科学依据和数据支撑。同时，为实现国家、省、市遥感监测数据互联互通，构建全国组网提供了基础保障。

参考文献

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