遙感監測技術在機動車尾氣監測可視化系統的應用研究

黃兆霆

中山市生態環境技術中心 廣東省中山市 528400

1 引言

針對我國城市道路機動車數量持續增加、尾氣污染日益嚴重、空氣環境自凈能力逐漸下降、城市道路管控壓力不斷增加等情況，基于我國社會“碳達峰”、“碳中和”的戰略發展目標，進一步結合城市機動車尾氣排放量治理工作、黃標車淘汰工作等需求。利用以遙感技術、傳感裝置等為核心的機動車尾氣監測可視化系統，為我國社會現階段的尾氣監測需求提供必要的信息數據與研究基礎。

2 機動車尾氣遙感監測技術的應用優勢

將遙感技術融入到汽車尾氣監測可視化系統中進行尾氣監督與管理工作之前，需要明確遙感技術的應用優勢，由此才能夠結合尾氣監督與管理工作的實際需求，充分發揮遙感技術的優勢與價值，全方位提升汽車尾氣監測管理質量，助力我國乃至全球大氣環境的良好發展。機動車尾氣遙感監測技術具體的應用優勢如表1所示。

表1 機動車尾氣遙感監測技術具體的應用優勢

3 機動車尾氣遙感監測可視化系統分析

3.1 機動車尾氣遙感監測可視化系統建設思路

落實遙感技術在機動車尾氣監測可視化系統中的應用，有助于相關監測工作領域工作者在實際監測工作中實現如下監測目標：

（1）提升監測機構對檢測過程的監督與管理力度，保障機動車環保檢驗機構能夠獲取更真實、有效的檢測數據，以便于相關工作者落實對固定道路范圍中汽車尾氣的全天候在線監測，進一步優化相關檢驗機構的業務能力與社會服務效益[1]。利用該系統，可以引導監控中心以及監測科利用在用機動車來監測數據庫信息對標環保檢驗機構獲取的尾氣數據，對黑煙車、尾氣超標汽車、違規汽車等進行多層次、多角度的監測、檢查；

（2）應用了遙感技術的機動車尾氣監測可視化系統具有集中優勢，實現多機構、全平臺的資源互通與信息共享，進而有效強化統一體系內部的數據整合能力。除此之外，在機動車尾氣監測可視化系統中應用遙感技術還能夠提升環保檢驗機構與公安部門、交通管理部門、交通道路規劃部門之間的系統溝通能力，通過多單位的協同治理，利用更具針對性、更詳盡、更高效地管理決策，在強化政府職能部門對環保檢驗機構以及汽車維修機構監督管理力度的基礎上，全面控制我國城市道路汽車尾氣排放量，助力我國社會早日達成“碳達峰”、“碳中和”等戰略發展目標。

基于實際情況出發，機動車污染控制工作具有較高的政策性特征，其往往會設計交通管理、道路規劃、汽車生產、環保監測等眾多領域，在這一條件影響下如果僅憑借環保監測機構的單向努力，很難獲取更優質的管理效果。由此需要構建起政府綜合管控、各機構/單位協同治理的監測體系，從組織機構、政策法規、財政支出等各方面為汽車尾氣監測與治理工作夯實良好基礎。

（3）應用了遙感技術的機動車尾氣監測可視化系統能夠同時對物聯網技術等多種新型技術手段進行合理應用，以遙感技術為主，多種高新技術為輔，共同構建起高度智能化、自動化、精準化、人性化的機動車尾氣監測可視化系統。充分滿足相關機構、部門在監測尾氣過程中的自動監測車輛尾氣狀態、自動識別違規現象、自動抓拍特殊車輛、自動告警、自動預警、自動傳輸相關數據信息，自動儲存相關數據信息等工作需求。同時，結合了遙感技術的機動車尾氣監測可視化系統可以進一步強化老舊機動車的報廢機制，在環保檢測機構與交通管理部門、公安部等政府職能部門達成聯系后，可以對運營車輛強制報廢進行督促與管理、監控，輔以適當的懲戒機制，有效加速高排放、高耗能車輛的淘汰進程[2]。

本研究中的機動車尾氣遙感監測可視化系統運行結構如圖1所示。

圖1 機動車尾氣遙感監測可視化系統運行結構

3.2 機動車尾氣遙感監測可視化系統運行機制

應用了遙感技術的機動車尾氣監測可視化系統在正常運行的狀態下，最快可實現在0.7秒的時間之內便可以完成對經過監測點、檢測裝置車輛所排放氣體中CO、NO、HC等有害物質的監測、分析與記錄。并且該系統可以在缺乏工作人員看管、無人監控的情況下實現自動化的尾氣監測、數據分析、數據處理以及儲蓄數據的工作，在有效提升汽車尾氣監測質量與效率的基礎上，同步降低了相關工作人員的工作壓力[3]。

本系統主要利用了黑煙車電子監督、攝像機制，結合攝影攝像、影像識別、數據分析等技術，自動化完成對監測點來往車輛黑煙排放情況的識別。同時輔以林格曼黑度分析邏輯，對來往車輛的尾氣污染等級進行分析與判定，還可以記錄相關車輛的污染行為以及對其污染影響情況進行預測，并在完成上述工序后將相關數據信息、影像資料、分析報告等上傳至系統數據處理平臺中，以為后期的出發提供證據。

3.3 機動車尾氣遙感監測可視化系統技術關鍵

首先，本研究中機動車尾氣監測可視化系統的遙感監測設備主要利用了光譜吸收技術。該技術可以在車輛穩定行駛的過程中同步開展監測作業，即在車輛經過監測點、監測裝置的瞬間，利用遙感技術系統所發射的探測光穿透機動車尾氣排放口所釋放的尾氣煙團，在這一過程中，煙團中的部分粉塵顆粒、氣體等便會對反射一定的探測光，當探測光返回到探測單元后，系統便會對其產生的數據進行分析，基于此對來往機動車釋放的氣體量、危害程度等進行分析與處理，如二氧化碳、一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物等。光譜吸收技術還能夠對燃油車尾氣中的不透光煙氣程度以及光吸收度等進行收集與分析。同時，在車輛經過監測點、檢測裝置的瞬間，系統利用該技術還能夠收集車輛的速度與加速度，從而對車輛整體的行駛狀態甚至車輛狀態進行分析，最終生成遙測數據結果；

其次，本研究中的機動車尾氣監測可視化系統還具有黑煙車智能監控、識別與自動化抓拍功能，實現這一功能所運用到的設備是集成光學成像技術、智能視覺技術以及交通監控技術為一體的智能化監測設備。其能夠城市道路中往來的機動車進行全天候的監測，進而對其尾氣黑煙進行實時監測與分析、處理。支撐這一功能的關鍵技術有智能交通監控技術以及黑煙識別技術。實際運行過程中，機動車尾氣監測可視化系統首先會利用高清晰攝像機對車輛行駛狀態進行捕捉，而后將捕捉到的動態視頻、靜態圖像等進行實時處理，同時對往來車輛的排煙口的特征進行模式識別，進一步提取汽車尾氣特征。在對相關特征進行對比后分析該車輛是否存在排放煙超標情況，如果存在違規現象，系統便會自動將相關信息上傳至公共管理平臺，以為車輛的污染行為提供相應的懲罰證明[4]。

4 機動車尾氣遙感監測可視化系統的應用

4.1 智慧化移動污染源數據庫

借助機動車尾氣監測可視化系統，對全市范圍內的機動車駕駛狀態、污染物排放量、非道路機械設備信息以及執法記錄等數據信息進行集中處理，同時將全部已經處理、未經處理、急需處理的數據信息上傳至云端數據處理平臺中，以構建起一個相對完整、高效、低時延的移動污染物防治綜合管理數據庫。同時結合多元化的線上數據分析程序，方便相關工作人員全面掌握全市范圍內車輛的各種情況，并結合工作需求生成各種類型的數據報表與證明文件。在有需要的情況下還可以對這部分數據進行不同方面的分析，如危害程度、持續時間等，以為相關管理人員的決策工作提供更科學的依據，基于此進一步監測工作的信息化發展進程。結合自動化技術手段，有效提升相關工作人員的監督效率與管理質量，同時全面降低工作人員的作業壓力，達成節約人力資源成本的目標。滿足各個部門、機構對機動車尾氣排放監督管理業務的切實需要，優化內部管理，同時統一、規范服務流程，達成監管工作效率、監管工作質量、員工職業素養的三方面提升。

4.2 危險、違規車輛治理

采用視頻抓拍方法，在冒黑煙車經過設備時，做到車輛牌照及排氣林格曼黑度等信息的搜集與保存，并可通過打印機實時打印監測結果，再通過前方攔車或發通知函等形式，對冒黑煙車進行及時處理，做到對冒黑煙車輛的震懾作用。輔以一定的告警裝置，在車輛黑煙超標的情況下發出警告，提醒交通管理人員及時對車輛狀態、駕駛者駕駛行為等進行干預、治理，共同維護道路交通秩序以及大氣環境質量。除此之外，還可以以積分制的形式對車輛尾氣的危害程度進行收集、分析，在某一車輛總排放量超標的情況下對其進行及時治理，以落實系統的公正性。

4.3 總結機動車尾氣的排放規律

對固定區域道路上的車流量情況進行監測，同時結合監測數據對車輛污染物對我國空氣質量的影響程度、影響規律等進行分析。結合遙測數據庫以及機動車輛污染物數據庫，利用大數據分析計算技術對其進行處理，構建車流量、機動車類型、燃油類別、排氣時間、污染物濃度等之間的關系模型，掌握固定區域道路內空氣污染情況的演變進程與規律，整理出機動車排氣污染物對我國城市大氣環境的實際污染貢獻度如PM2.5等，為后續的交通治理、環境監測、環境治理等工作提供數據基礎。

4.4 助力機動車車主養成環保意識

相關工作人員需要借助機動車尾氣監測可視化系統對機動車駕駛者的駕駛意識、駕駛習慣等進行正向引導。可以利用遙測方案對機動車尾氣污染進行循環檢驗、黑煙車動態/靜態抓拍、非道路移動機械設備管理等技術、方案，對城市內機動車進行監督與管理。面對違規情況較嚴重的車輛進行行政處罰，同時對可能出現違規狀況抑或是尚未存在違規隱患的車主進行警示，基于此引導相關車主提升對機動車的保養與維護意識。確保其能夠在懲罰機制、監測系統、交通管理部門、環保檢測機構等的約束、影響下，自覺遵守環保法律、法規和相關機動車排放標準。同時能夠以受罰車主為中心，將相關懲罰機制、交通條例、養護意識等向外擴散，最終形成社會性的環保意識。

5 結語

總而言之，經過研究后不難發現，結合了遙感技術的機動車尾氣監測可視化系統具有范圍廣、精度高、反應快等優勢，能夠對正在駕駛的機動車自動進行尾氣監測，并且不會對車輛的有序形式造成干擾。而采用系統進行機動車管理，能夠采集到最真實、有效、清晰的數據、影響結果，進而全面提高車輛尾氣監測工作效率，因此應進一步推廣應用。