江蘇省機動車“天地車人”一體化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)研究

周俐峻，俞美香，丁劍

(江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210019)

2018年，江蘇省機動車保有量已突破2 000萬輛，較2017年增長約8.0%。江蘇省細顆粒物(PM2.5)源解析初步研究表明，內(nèi)源中移動源對PM2.5的貢獻全省平均約25.1%。隨著機動車保有量的增加，移動源對PM2.5的貢獻將持續(xù)升高，機動車尾氣引發(fā)的環(huán)境空氣污染問題日益突出[1]。

目前，江蘇省對于機動車排放監(jiān)管的信息化手段集中在對機動車排放檢驗過程監(jiān)管，然而機動車排放受車輛工況、油品、凈化裝置失效等多方面因素的影響，很多車輛在年度檢驗時排放合格，但上路以后排放大大增強。2018年6月，國務(wù)院發(fā)布《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，明確提出要建立“天地車人”一體化的全方位監(jiān)控系統(tǒng)(以下簡稱“一體化系統(tǒng)”)，實施在用汽車排放檢測與強制維護制度。2019年1月，11個部委聯(lián)合發(fā)布《柴油貨車污染治理攻堅戰(zhàn)行動計劃》，提出推進監(jiān)控體系建設(shè)和應(yīng)用，對柴油車開展全天候、全方位地排放監(jiān)控。

1 機動車排放監(jiān)管信息系統(tǒng)現(xiàn)狀

江蘇省于2016年9月完成機動車排氣監(jiān)管系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)了機動車排放檢驗數(shù)據(jù)“國家—省—市—機動車排放檢驗機構(gòu)”四級聯(lián)網(wǎng)。截至2018年12月底，機動車排氣監(jiān)管系統(tǒng)已接入13個設(shè)區(qū)市共472家機動車排放檢驗機構(gòu)，其中穩(wěn)態(tài)工況法檢測線913條，不透光煙度法檢測線524條。系統(tǒng)通過實時監(jiān)控檢測數(shù)據(jù)和檢測視頻，對異常數(shù)據(jù)進行報警，實現(xiàn)了對全省機動車排放檢驗機構(gòu)的在線監(jiān)管。通過禁止檢驗不合格車輛跨站檢驗，進一步減少了車輛排放檢驗作弊行為；各級管理部門對存在違法違規(guī)行為的機動車排放檢驗機構(gòu)可以中斷其與環(huán)保部門的聯(lián)網(wǎng)，停止其檢測，有效提升了生態(tài)環(huán)境部門的監(jiān)管水平和監(jiān)管效率。

然而，隨著機動車排放檢驗新國標(biāo)[2-3]的實施，各檢驗機構(gòu)的檢測軟件需進行更新，現(xiàn)有系統(tǒng)無法滿足新國標(biāo)要求，同時現(xiàn)有系統(tǒng)僅僅掌握機動車年度檢驗的靜態(tài)排放數(shù)據(jù)，而無法掌握機動車的實際道路排放，對管理決策的指導(dǎo)性不足。與此同時，現(xiàn)有系統(tǒng)中的檢測數(shù)據(jù)尚未和交通部門的維修數(shù)據(jù)進行交換，沒有形成系統(tǒng)閉環(huán)的檢測與維修(I/M)監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)。因此，現(xiàn)有系統(tǒng)已經(jīng)遠遠不能適應(yīng)當(dāng)前機動車排放管理的需求。

2 機動車監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

隨著機動車排放監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，近年來涌現(xiàn)出了機動車遙感監(jiān)測、車載自診斷(On-Board Diagnostics)在線監(jiān)控等先進的機動車排放監(jiān)控手段，可以有效控制機動車排放超標(biāo)問題。例如，機動車遙感監(jiān)測技術(shù)在歐洲、美國等地區(qū)已經(jīng)開展了近30年的研究和實際應(yīng)用。中國香港特別行政區(qū)和臺灣省利用遙感監(jiān)測篩選高排放車輛并督促維修復(fù)檢，取得了良好成效。全國各地積極推進遙感監(jiān)測建設(shè)應(yīng)用并積累了大量實踐經(jīng)驗。截至2018年底，重點區(qū)域共建成遙感監(jiān)測設(shè)備351臺(套)。與此同時，各地也都在積極依托信息化技術(shù)探索移動源管控的新舉措，如成都市建成了非道路移動機械監(jiān)管系統(tǒng)，通過備案登記、標(biāo)識發(fā)放，摸清了非道路移動機械底數(shù)；佛山市建立了黑煙車智能監(jiān)控識別管理平臺，2018年抓拍黃標(biāo)車闖禁行違法行為7 484宗；杭州市2017年搭建了柴油車在線監(jiān)管平臺，對重型柴油車開展實時排放分析。

為打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，江蘇省機動車監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是在原有系統(tǒng)的框架和基礎(chǔ)上，升級排放檢驗系統(tǒng)，新增道路遙感監(jiān)測、道路和停放地監(jiān)督抽測、重型柴油車遠程在線監(jiān)控、非道路移動機械監(jiān)管、油氣回收在線監(jiān)控等模塊，建設(shè)互聯(lián)互通的江蘇省機動車“一體化系統(tǒng)”。通過檢測與維護(I/M)制度，對高排放車輛進行全天候、全方位地實時監(jiān)控及閉環(huán)管理。在此基礎(chǔ)上進行機動車大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，為管理提供技術(shù)支撐和手段。“一體化系統(tǒng)”建設(shè)架構(gòu)見圖1。

圖1 江蘇省“天地車人”一體化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)

3 主要建設(shè)功能模塊

3.1 機動車排氣監(jiān)管模塊

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部2018年發(fā)布的最新機動車排放檢測國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 18285—2018》[2]、《GB 3847—2018》[3]的要求，按照《在用機動車排放檢驗信息系統(tǒng)及聯(lián)網(wǎng)規(guī)范》升級已有的機動車排放檢驗信息系統(tǒng)，適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)對檢測方法、檢測過程、檢測內(nèi)容、檢測原理、檢測限值的重大改變，進一步完善檢測過程數(shù)據(jù)監(jiān)督模型，確保機動車排放檢驗機構(gòu)按照新國標(biāo)要求開展機動車排放檢驗。同時，在原系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，進一步加強環(huán)保檢驗過程監(jiān)督管理，對檢測過程進行全方位視頻監(jiān)控，杜絕排放檢驗機構(gòu)脫網(wǎng)檢測及無故中斷檢測。同時，升級原車輛信息查詢功能，對在用車、新車數(shù)據(jù)進行車輛檔案管理，實現(xiàn)對各種類型的車輛基本信息、車輛檢測限值信息、車輛類型等信息管理功能。系統(tǒng)對機動車排放檢測數(shù)據(jù)、標(biāo)定數(shù)據(jù)進行分析，通過設(shè)置超限值報警功能，將異常數(shù)據(jù)進行推送式報警，對存在違規(guī)的檢驗機構(gòu)可實現(xiàn)暫停網(wǎng)絡(luò)和檢驗報告打印功能。

3.2 機動車遙感(黑煙)智能監(jiān)控模塊

機動車遙感監(jiān)測技術(shù)是一種非接觸式車輛排放測量方法，利用光束穿過尾氣煙羽前后的光強衰減量來反演污染物濃度，是一種高效篩查高排放車輛的技術(shù)手段。建設(shè)機動車遙感(黑煙)監(jiān)測模塊，實時采集江蘇省各固定式和移動式遙感監(jiān)測點位及黑煙抓拍點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過設(shè)置邏輯校驗對數(shù)據(jù)進行清洗，篩選出有效監(jiān)測數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測到超標(biāo)車輛時，自動保存遙測超標(biāo)車輛、黑煙車的短視頻、圖片、車牌和識別結(jié)果，供人工進行審核確認，并預(yù)留與公安的超標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸接口。模塊中具備綜合統(tǒng)計與分析功能，對檢測有效率、分時段污染物特征值、均值、交通流量等進行統(tǒng)計分析。通過遙感(黑煙)智能監(jiān)控，統(tǒng)計分析高排放車輛數(shù)據(jù)，為整治、處罰高排放機動車提供科學(xué)的依據(jù)，精準(zhǔn)打擊黑煙車違法上路行為，為機動車排氣污染治理提供有效手段[4]。

3.3 檢測與維護(I/M)模塊

建設(shè)檢測與維護(I/M)模塊，與交通運輸部門建立排放檢測和維修治理信息共享機制。系統(tǒng)將排放檢驗機構(gòu)(I 站)檢測不合格車輛進行鎖止，同時將車輛檢測不合格信息發(fā)送給交通部門，車輛經(jīng)維修場站(M 站)維修治理合格并上傳信息后(包括車輛基本信息、維修內(nèi)容、進出廠時間和維修出廠檢測結(jié)果等)，系統(tǒng)才能解鎖車輛到同一家I站進行復(fù)檢，經(jīng)檢驗合格方可出具合格報告。通過建立檢測與維護制度，使排放檢驗、遙感監(jiān)測和監(jiān)督抽測不合格車輛得到合理、有效的維修，實現(xiàn)車輛排放的閉環(huán)管理。

3.4 監(jiān)督檢查管理模塊

建設(shè)監(jiān)督檢查管理模塊，開發(fā)移動檢查端現(xiàn)場檢查系統(tǒng)，通過計算機終端和無線網(wǎng)絡(luò)連接到監(jiān)控中心，對指定車輛現(xiàn)場檢查信息(包括車輛基本信息及現(xiàn)場檢測結(jié)果)進行錄入，生成檢測通知單，打印檢測結(jié)果，并將檢測結(jié)果上傳。路檢不合格車輛自動加入到環(huán)保黑名單中，列入黑名單車輛在排氣檢測系統(tǒng)中會被鎖止，不能參加定期排放檢驗，必須維修復(fù)檢合格后方可解鎖。監(jiān)督檢查數(shù)據(jù)及處理結(jié)果實時傳輸至監(jiān)控中心，可自動與車輛年檢數(shù)據(jù)進行比對，為評價機動車排放檢驗機構(gòu)數(shù)據(jù)的可靠性，提出相應(yīng)的糾正和預(yù)防措施，提高檢測水平和檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性提供比對依據(jù)。

3.5 重型柴油車OBD在線監(jiān)控模塊

OBD(On-Board Diagnostics)即車載自診斷系統(tǒng)，是安裝在汽車和發(fā)動機上的計算機信息系統(tǒng)，屬于污染控制裝置。主要功能是對與排放相關(guān)的系統(tǒng)和部件進行監(jiān)測與故障診斷，當(dāng)發(fā)生故障導(dǎo)致排放超過規(guī)定的限值，系統(tǒng)將點亮故障指示燈(MIL),同時生成可以被通用故障診斷儀讀取的故障代碼[5]。建設(shè)重型柴油車OBD在線監(jiān)控模塊, 對國五及之前階段裝有OBD在線監(jiān)測車載終端設(shè)備的重型柴油車排放數(shù)據(jù)進行采集、傳輸、存儲、展示和管理，實現(xiàn)實時地接收車輛、發(fā)動機、排放后處理系統(tǒng)運行、氮氧化物(NOx)排放數(shù)據(jù)及車輛故障代碼數(shù)據(jù)等，有效地監(jiān)測車輛實際運行工況下車輛發(fā)動機運行參數(shù)和排放數(shù)據(jù)。同時，從國家重型車遠程排放服務(wù)管理平臺上采集江蘇省國六及以上車輛在線監(jiān)控數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，同步開展數(shù)據(jù)加工處理等挖掘工作，實現(xiàn)重型柴油車運行工況信息和污染物排放情況的實時有效監(jiān)測與常態(tài)化跟蹤，及時地為環(huán)境管理和宏觀經(jīng)濟決策提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

3.6 油氣回收在線監(jiān)控模塊

加油站在油品裝卸、儲存、加油時不可避免存在油氣蒸發(fā)、泄漏等情況，油氣排放控制是揮發(fā)性有機物(VOCs)控制的重要內(nèi)容[6]。江蘇省柴油貨車污染治理攻堅戰(zhàn)實施方案要求2020年底前，年銷售汽油量>5 000 t的加油站，應(yīng)安裝油氣回收自動監(jiān)控設(shè)備并與生態(tài)環(huán)境部門聯(lián)網(wǎng)。建設(shè)油氣回收在線監(jiān)控模塊，實現(xiàn)江蘇省年銷售汽油量>5 000 t以上加油站油氣回收在線監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集、傳輸、儲存及管理等功能。在線監(jiān)控數(shù)據(jù)包括各加油槍氣液比、油罐壓力、處理裝置油氣排放濃度等技術(shù)指標(biāo)，通過數(shù)據(jù)能夠分析油氣回收系統(tǒng)的密閉性、油氣回收管線的液阻和處理裝置的運行情況，對異常數(shù)據(jù)進行報警。同時，通過對卸油區(qū)進行視頻監(jiān)控，確保在油罐汽車卸油過程中產(chǎn)生的油氣，通過密閉方式收集進入油罐汽車罐內(nèi)，從而確保加油站在加油及卸油過程中油氣回收系統(tǒng)的密閉性。油氣回收在線監(jiān)控可以彌補人為檢測和管理能力不足的“短板”，大幅提升監(jiān)管效率。

3.7 非道路移動機械監(jiān)管模塊

2017年，全國非道路移動機械的NOx、顆粒物(PM)排放分別為573.5萬t和48.5萬t，均已接近機動車，對空氣污染的貢獻不容忽視[7]。 建設(shè)非道路移動機械監(jiān)管模塊，對非道路移動機械進行信息登記及編碼，同時對安裝有定位及實時排放監(jiān)控的非道路機械進行在線監(jiān)管。開發(fā)移動端信息登記模塊，登記非道路移動機械車型、生產(chǎn)、使用、排放燃料、污染控制裝置等技術(shù)信息。系統(tǒng)對完成信息登記的非道路移動機械按照生態(tài)環(huán)境部《關(guān)于加快推進非道路移動機械摸底調(diào)查和編碼登記工作的通知》(環(huán)辦大氣函〔2019〕655號)自動生成唯一性編碼。通過物聯(lián)網(wǎng)和空間地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)，結(jié)合車輛全球定位系統(tǒng)(GPS)模塊，實現(xiàn)非道路移動機械設(shè)備數(shù)據(jù)快速讀寫和定位追蹤。具備GIS位置匹配功能，通過設(shè)立電子圍欄，記錄非移動機械軌跡，將進入高排放管控區(qū)域和拆除定位監(jiān)控裝置的非道路移動機械的車輛列入黑名單，便于管理部門精準(zhǔn)執(zhí)法。

3.8 數(shù)據(jù)綜合展示模塊

建設(shè)機動車數(shù)據(jù)綜合展示模塊，基于GIS集中展示機動車排放檢驗機構(gòu)、遙感監(jiān)測點位、重型柴油車、加油站的在線狀態(tài)，通過點位信息自定義查詢各模塊生成的綜合分析結(jié)果；建立車輛檔案，實現(xiàn)“一車一檔”的關(guān)聯(lián)查詢，顯示車輛基本信息、路檢、遙測、年度檢驗、維修、圖像、視頻等信息，從而全面掌握每一臺車的排放全生命周期情況；根據(jù)公安部門提供的機動車保有量數(shù)據(jù)，結(jié)合中國移動源排放清單模型，計算出每年一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、NOx和PM排放量，在此基礎(chǔ)上自動生成《江蘇省機動車環(huán)境管理年報》；通過數(shù)據(jù)挖掘及模型演算，展示重點時段、重點區(qū)域城市路段的污染物濃度及時空分布規(guī)律，及時分析移動源排放對大氣環(huán)境質(zhì)量形勢的影響并對異常情況預(yù)警，從而對移動源實施精準(zhǔn)管控，同時模擬評估管控效果。

3.9 數(shù)據(jù)交換平臺

建立數(shù)據(jù)交換接口，遵照國家環(huán)保領(lǐng)域已有的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并結(jié)合機動車監(jiān)控信息的實際需要，采用成熟的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，為各數(shù)據(jù)交換對象提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)上傳及交換接口，解決國家、省、市、被監(jiān)管對象以及其他職能部門之間的數(shù)據(jù)交換和采集，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一和共享。

4 網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)

“一體化系統(tǒng)”涉及多個業(yè)務(wù)模塊的數(shù)據(jù)采集，存儲要求高。以重型柴油車OBD在線監(jiān)控模塊為例，按照每輛車每天工作8 h，每秒產(chǎn)生數(shù)據(jù)為256字節(jié)估算，每臺車每年產(chǎn)生的在線數(shù)據(jù)量約為2.5 GB，江蘇省擁有國五重型柴油車約8萬輛，年數(shù)據(jù)量約200 TB，如果考慮冗余備份，數(shù)據(jù)存儲容量就更大。綜合考慮機動車排放檢驗的網(wǎng)絡(luò)高實時性要求及重型柴油車OBD在線監(jiān)控模塊的大容量存儲要求，“一體化系統(tǒng)”應(yīng)采用省、市二級分布式云部署框架，省級與市級之間通過百兆環(huán)保專網(wǎng)，傳輸不包括視頻數(shù)據(jù)在內(nèi)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)；各機動車檢驗機構(gòu)、加油站、遙感監(jiān)測點、各類車輛及相關(guān)企業(yè)之間分別采用10 M以上專線與市級連接，傳輸含視頻在內(nèi)的各類排放檢測數(shù)據(jù)。省級通過百兆環(huán)保專網(wǎng)與國家監(jiān)管平臺交換數(shù)據(jù)，并通過江蘇省電子政務(wù)外網(wǎng)與公安、交通等部門進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和同步?！耙惑w化系統(tǒng)”網(wǎng)絡(luò)拓撲圖見圖2。

圖2 江蘇省“天地車人”一體化監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

5 結(jié)語

“一體化系統(tǒng)”將采用成熟的技術(shù)架構(gòu)，充分考慮在線監(jiān)控數(shù)據(jù)的交換、共享和業(yè)務(wù)協(xié)同的需求[8]，按照“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、整合資源、實用先進、安全可靠”的原則設(shè)計和實現(xiàn)。通過對江蘇省機動車排放開展全方位監(jiān)控，構(gòu)建全省機動車超標(biāo)排放信息數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)追溯超排放車輛生產(chǎn)或進口企業(yè)、污染控制裝置生產(chǎn)企業(yè)、登記地、排放檢驗機構(gòu)等，實現(xiàn)全鏈條地機動車環(huán)境監(jiān)管，同時為重污染天氣移動源精準(zhǔn)管控與預(yù)警提供技術(shù)支撐，促進空氣質(zhì)量明顯改善。