遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)的應(yīng)用研究

黃兆霆

中山市生態(tài)環(huán)境技術(shù)中心 廣東省中山市 528400

1 引言

針對(duì)我國(guó)城市道路機(jī)動(dòng)車數(shù)量持續(xù)增加、尾氣污染日益嚴(yán)重、空氣環(huán)境自凈能力逐漸下降、城市道路管控壓力不斷增加等情況，基于我國(guó)社會(huì)“碳達(dá)峰”、“碳中和”的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，進(jìn)一步結(jié)合城市機(jī)動(dòng)車尾氣排放量治理工作、黃標(biāo)車淘汰工作等需求。利用以遙感技術(shù)、傳感裝置等為核心的機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)，為我國(guó)社會(huì)現(xiàn)階段的尾氣監(jiān)測(cè)需求提供必要的信息數(shù)據(jù)與研究基礎(chǔ)。

2 機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

將遙感技術(shù)融入到汽車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)中進(jìn)行尾氣監(jiān)督與管理工作之前，需要明確遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，由此才能夠結(jié)合尾氣監(jiān)督與管理工作的實(shí)際需求，充分發(fā)揮遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值，全方位提升汽車尾氣監(jiān)測(cè)管理質(zhì)量，助力我國(guó)乃至全球大氣環(huán)境的良好發(fā)展。機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)具體的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如表1所示。

表1 機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)具體的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3 機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)分析

3.1 機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)建設(shè)思路

落實(shí)遙感技術(shù)在機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)中的應(yīng)用，有助于相關(guān)監(jiān)測(cè)工作領(lǐng)域工作者在實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中實(shí)現(xiàn)如下監(jiān)測(cè)目標(biāo)：

（1）提升監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)檢測(cè)過程的監(jiān)督與管理力度，保障機(jī)動(dòng)車環(huán)保檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)能夠獲取更真實(shí)、有效的檢測(cè)數(shù)據(jù)，以便于相關(guān)工作者落實(shí)對(duì)固定道路范圍中汽車尾氣的全天候在線監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步優(yōu)化相關(guān)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)能力與社會(huì)服務(wù)效益[1]。利用該系統(tǒng)，可以引導(dǎo)監(jiān)控中心以及監(jiān)測(cè)科利用在用機(jī)動(dòng)車來監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫信息對(duì)標(biāo)環(huán)保檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)獲取的尾氣數(shù)據(jù)，對(duì)黑煙車、尾氣超標(biāo)汽車、違規(guī)汽車等進(jìn)行多層次、多角度的監(jiān)測(cè)、檢查；

（2）應(yīng)用了遙感技術(shù)的機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)具有集中優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)多機(jī)構(gòu)、全平臺(tái)的資源互通與信息共享，進(jìn)而有效強(qiáng)化統(tǒng)一體系內(nèi)部的數(shù)據(jù)整合能力。除此之外，在機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)中應(yīng)用遙感技術(shù)還能夠提升環(huán)保檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)與公安部門、交通管理部門、交通道路規(guī)劃部門之間的系統(tǒng)溝通能力，通過多單位的協(xié)同治理，利用更具針對(duì)性、更詳盡、更高效地管理決策，在強(qiáng)化政府職能部門對(duì)環(huán)保檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)以及汽車維修機(jī)構(gòu)監(jiān)督管理力度的基礎(chǔ)上，全面控制我國(guó)城市道路汽車尾氣排放量，助力我國(guó)社會(huì)早日達(dá)成“碳達(dá)峰”、“碳中和”等戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。

基于實(shí)際情況出發(fā)，機(jī)動(dòng)車污染控制工作具有較高的政策性特征，其往往會(huì)設(shè)計(jì)交通管理、道路規(guī)劃、汽車生產(chǎn)、環(huán)保監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域，在這一條件影響下如果僅憑借環(huán)保監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的單向努力，很難獲取更優(yōu)質(zhì)的管理效果。由此需要構(gòu)建起政府綜合管控、各機(jī)構(gòu)/單位協(xié)同治理的監(jiān)測(cè)體系，從組織機(jī)構(gòu)、政策法規(guī)、財(cái)政支出等各方面為汽車尾氣監(jiān)測(cè)與治理工作夯實(shí)良好基礎(chǔ)。

（3）應(yīng)用了遙感技術(shù)的機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)能夠同時(shí)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種新型技術(shù)手段進(jìn)行合理應(yīng)用，以遙感技術(shù)為主，多種高新技術(shù)為輔，共同構(gòu)建起高度智能化、自動(dòng)化、精準(zhǔn)化、人性化的機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)。充分滿足相關(guān)機(jī)構(gòu)、部門在監(jiān)測(cè)尾氣過程中的自動(dòng)監(jiān)測(cè)車輛尾氣狀態(tài)、自動(dòng)識(shí)別違規(guī)現(xiàn)象、自動(dòng)抓拍特殊車輛、自動(dòng)告警、自動(dòng)預(yù)警、自動(dòng)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)儲(chǔ)存相關(guān)數(shù)據(jù)信息等工作需求。同時(shí)，結(jié)合了遙感技術(shù)的機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)可以進(jìn)一步強(qiáng)化老舊機(jī)動(dòng)車的報(bào)廢機(jī)制，在環(huán)保檢測(cè)機(jī)構(gòu)與交通管理部門、公安部等政府職能部門達(dá)成聯(lián)系后，可以對(duì)運(yùn)營(yíng)車輛強(qiáng)制報(bào)廢進(jìn)行督促與管理、監(jiān)控，輔以適當(dāng)?shù)膽徒錂C(jī)制，有效加速高排放、高耗能車輛的淘汰進(jìn)程[2]。

本研究中的機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)

3.2 機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制

應(yīng)用了遙感技術(shù)的機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)在正常運(yùn)行的狀態(tài)下，最快可實(shí)現(xiàn)在0.7秒的時(shí)間之內(nèi)便可以完成對(duì)經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)、檢測(cè)裝置車輛所排放氣體中CO、NO、HC等有害物質(zhì)的監(jiān)測(cè)、分析與記錄。并且該系統(tǒng)可以在缺乏工作人員看管、無人監(jiān)控的情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的尾氣監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理以及儲(chǔ)蓄數(shù)據(jù)的工作，在有效提升汽車尾氣監(jiān)測(cè)質(zhì)量與效率的基礎(chǔ)上，同步降低了相關(guān)工作人員的工作壓力[3]。

本系統(tǒng)主要利用了黑煙車電子監(jiān)督、攝像機(jī)制，結(jié)合攝影攝像、影像識(shí)別、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，自動(dòng)化完成對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)來往車輛黑煙排放情況的識(shí)別。同時(shí)輔以林格曼黑度分析邏輯，對(duì)來往車輛的尾氣污染等級(jí)進(jìn)行分析與判定，還可以記錄相關(guān)車輛的污染行為以及對(duì)其污染影響情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，并在完成上述工序后將相關(guān)數(shù)據(jù)信息、影像資料、分析報(bào)告等上傳至系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)中，以為后期的出發(fā)提供證據(jù)。

3.3 機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵

首先，本研究中機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)的遙感監(jiān)測(cè)設(shè)備主要利用了光譜吸收技術(shù)。該技術(shù)可以在車輛穩(wěn)定行駛的過程中同步開展監(jiān)測(cè)作業(yè)，即在車輛經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)裝置的瞬間，利用遙感技術(shù)系統(tǒng)所發(fā)射的探測(cè)光穿透機(jī)動(dòng)車尾氣排放口所釋放的尾氣煙團(tuán)，在這一過程中，煙團(tuán)中的部分粉塵顆粒、氣體等便會(huì)對(duì)反射一定的探測(cè)光，當(dāng)探測(cè)光返回到探測(cè)單元后，系統(tǒng)便會(huì)對(duì)其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，基于此對(duì)來往機(jī)動(dòng)車釋放的氣體量、危害程度等進(jìn)行分析與處理，如二氧化碳、一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸衔锏?。光譜吸收技術(shù)還能夠?qū)θ加蛙囄矚庵械牟煌腹鉄煔獬潭纫约肮馕斩鹊冗M(jìn)行收集與分析。同時(shí)，在車輛經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)、檢測(cè)裝置的瞬間，系統(tǒng)利用該技術(shù)還能夠收集車輛的速度與加速度，從而對(duì)車輛整體的行駛狀態(tài)甚至車輛狀態(tài)進(jìn)行分析，最終生成遙測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果；

其次，本研究中的機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)還具有黑煙車智能監(jiān)控、識(shí)別與自動(dòng)化抓拍功能，實(shí)現(xiàn)這一功能所運(yùn)用到的設(shè)備是集成光學(xué)成像技術(shù)、智能視覺技術(shù)以及交通監(jiān)控技術(shù)為一體的智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備。其能夠城市道路中往來的機(jī)動(dòng)車進(jìn)行全天候的監(jiān)測(cè)，進(jìn)而對(duì)其尾氣黑煙進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析、處理。支撐這一功能的關(guān)鍵技術(shù)有智能交通監(jiān)控技術(shù)以及黑煙識(shí)別技術(shù)。實(shí)際運(yùn)行過程中，機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)首先會(huì)利用高清晰攝像機(jī)對(duì)車輛行駛狀態(tài)進(jìn)行捕捉，而后將捕捉到的動(dòng)態(tài)視頻、靜態(tài)圖像等進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)對(duì)往來車輛的排煙口的特征進(jìn)行模式識(shí)別，進(jìn)一步提取汽車尾氣特征。在對(duì)相關(guān)特征進(jìn)行對(duì)比后分析該車輛是否存在排放煙超標(biāo)情況，如果存在違規(guī)現(xiàn)象，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)將相關(guān)信息上傳至公共管理平臺(tái)，以為車輛的污染行為提供相應(yīng)的懲罰證明[4]。

4 機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 智慧化移動(dòng)污染源數(shù)據(jù)庫

借助機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)，對(duì)全市范圍內(nèi)的機(jī)動(dòng)車駕駛狀態(tài)、污染物排放量、非道路機(jī)械設(shè)備信息以及執(zhí)法記錄等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中處理，同時(shí)將全部已經(jīng)處理、未經(jīng)處理、急需處理的數(shù)據(jù)信息上傳至云端數(shù)據(jù)處理平臺(tái)中，以構(gòu)建起一個(gè)相對(duì)完整、高效、低時(shí)延的移動(dòng)污染物防治綜合管理數(shù)據(jù)庫。同時(shí)結(jié)合多元化的線上數(shù)據(jù)分析程序，方便相關(guān)工作人員全面掌握全市范圍內(nèi)車輛的各種情況，并結(jié)合工作需求生成各種類型的數(shù)據(jù)報(bào)表與證明文件。在有需要的情況下還可以對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行不同方面的分析，如危害程度、持續(xù)時(shí)間等，以為相關(guān)管理人員的決策工作提供更科學(xué)的依據(jù)，基于此進(jìn)一步監(jiān)測(cè)工作的信息化發(fā)展進(jìn)程。結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)手段，有效提升相關(guān)工作人員的監(jiān)督效率與管理質(zhì)量，同時(shí)全面降低工作人員的作業(yè)壓力，達(dá)成節(jié)約人力資源成本的目標(biāo)。滿足各個(gè)部門、機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣排放監(jiān)督管理業(yè)務(wù)的切實(shí)需要，優(yōu)化內(nèi)部管理，同時(shí)統(tǒng)一、規(guī)范服務(wù)流程，達(dá)成監(jiān)管工作效率、監(jiān)管工作質(zhì)量、員工職業(yè)素養(yǎng)的三方面提升。

4.2 危險(xiǎn)、違規(guī)車輛治理

采用視頻抓拍方法，在冒黑煙車經(jīng)過設(shè)備時(shí)，做到車輛牌照及排氣林格曼黑度等信息的搜集與保存，并可通過打印機(jī)實(shí)時(shí)打印監(jiān)測(cè)結(jié)果，再通過前方攔車或發(fā)通知函等形式，對(duì)冒黑煙車進(jìn)行及時(shí)處理，做到對(duì)冒黑煙車輛的震懾作用。輔以一定的告警裝置，在車輛黑煙超標(biāo)的情況下發(fā)出警告，提醒交通管理人員及時(shí)對(duì)車輛狀態(tài)、駕駛者駕駛行為等進(jìn)行干預(yù)、治理，共同維護(hù)道路交通秩序以及大氣環(huán)境質(zhì)量。除此之外，還可以以積分制的形式對(duì)車輛尾氣的危害程度進(jìn)行收集、分析，在某一車輛總排放量超標(biāo)的情況下對(duì)其進(jìn)行及時(shí)治理，以落實(shí)系統(tǒng)的公正性。

4.3 總結(jié)機(jī)動(dòng)車尾氣的排放規(guī)律

對(duì)固定區(qū)域道路上的車流量情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)車輛污染物對(duì)我國(guó)空氣質(zhì)量的影響程度、影響規(guī)律等進(jìn)行分析。結(jié)合遙測(cè)數(shù)據(jù)庫以及機(jī)動(dòng)車輛污染物數(shù)據(jù)庫，利用大數(shù)據(jù)分析計(jì)算技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，構(gòu)建車流量、機(jī)動(dòng)車類型、燃油類別、排氣時(shí)間、污染物濃度等之間的關(guān)系模型，掌握固定區(qū)域道路內(nèi)空氣污染情況的演變進(jìn)程與規(guī)律，整理出機(jī)動(dòng)車排氣污染物對(duì)我國(guó)城市大氣環(huán)境的實(shí)際污染貢獻(xiàn)度如PM2.5等，為后續(xù)的交通治理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境治理等工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.4 助力機(jī)動(dòng)車車主養(yǎng)成環(huán)保意識(shí)

相關(guān)工作人員需要借助機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)對(duì)機(jī)動(dòng)車駕駛者的駕駛意識(shí)、駕駛習(xí)慣等進(jìn)行正向引導(dǎo)。可以利用遙測(cè)方案對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣污染進(jìn)行循環(huán)檢驗(yàn)、黑煙車動(dòng)態(tài)/靜態(tài)抓拍、非道路移動(dòng)機(jī)械設(shè)備管理等技術(shù)、方案，對(duì)城市內(nèi)機(jī)動(dòng)車進(jìn)行監(jiān)督與管理。面對(duì)違規(guī)情況較嚴(yán)重的車輛進(jìn)行行政處罰，同時(shí)對(duì)可能出現(xiàn)違規(guī)狀況抑或是尚未存在違規(guī)隱患的車主進(jìn)行警示，基于此引導(dǎo)相關(guān)車主提升對(duì)機(jī)動(dòng)車的保養(yǎng)與維護(hù)意識(shí)。確保其能夠在懲罰機(jī)制、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、交通管理部門、環(huán)保檢測(cè)機(jī)構(gòu)等的約束、影響下，自覺遵守環(huán)保法律、法規(guī)和相關(guān)機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)能夠以受罰車主為中心，將相關(guān)懲罰機(jī)制、交通條例、養(yǎng)護(hù)意識(shí)等向外擴(kuò)散，最終形成社會(huì)性的環(huán)保意識(shí)。

5 結(jié)語

總而言之，經(jīng)過研究后不難發(fā)現(xiàn)，結(jié)合了遙感技術(shù)的機(jī)動(dòng)車尾氣監(jiān)測(cè)可視化系統(tǒng)具有范圍廣、精度高、反應(yīng)快等優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)φ隈{駛的機(jī)動(dòng)車自動(dòng)進(jìn)行尾氣監(jiān)測(cè)，并且不會(huì)對(duì)車輛的有序形式造成干擾。而采用系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)動(dòng)車管理，能夠采集到最真實(shí)、有效、清晰的數(shù)據(jù)、影響結(jié)果，進(jìn)而全面提高車輛尾氣監(jiān)測(cè)工作效率，因此應(yīng)進(jìn)一步推廣應(yīng)用。