移动源污染排放的快速检测与信息化监管系统

移动源污染排放的快速检测与信息化监管系统

谢慧扬

天津市交通集团科学技术发展有限公司300012

摘要：如何缓解机动车保有量的增长与道路交通事故频发、空气质量恶化的矛盾已成为当务之急。目前的检测方法效率低下，各检测站建设标准不统一、检测设备不一致的现象也严重阻碍了数据共享的实现。移动源机动车污染排放快速测量检测，将拉动机动车检测系统以及信息化监管系统需求的增加。因此研究高效、精准的汽车尾气监测设备，实现尾气监测数据信息的云共享技术，对于有效降低机动车尾气排放，发现并治理高排放的车辆，改善城市空气质量状况具有十分重要的意义。

关键词：移动源污染排放、快速测量、数据量化处理模型、数据管理平台

固定源和移动源污染物排放快速测量与监控系统的技术研究，顺应大数据时代“互联网+”应用的需求，通过对行驶过程中的机动车尾气实时快速检测，将检测设备的数据实时联网传输，建立一套完整的机动车尾气数据库管理信息系统，严格控制机动车尾气排放，可以快速找出高排放车辆，通过维修治理和强制报废，高排放车辆将逐步减少，使整个污染物排放量消减，从而改善城市生态环境。

1、国内外研究现状

对汽车排放污染物的治理，是世界性的环保课题。它推动了汽车工业的革命同时带动了燃料、净化技术及监测仪器等相关产业的发展。常用的气体分析方法有电化学法；电气法（如热导式和半导体式）；色谱法（层析法）；光学吸收法（红外吸收法和紫外吸收法）等。与其它方法相比，光学吸收方式的优点是精度和灵敏度高，响应速度快，测量范围大，选择性、稳定性和可靠性好，可以快速和连续检测，因此受到各国重视并获得广泛应用。

1.1国外汽车尾气快速测量技术的研究进展

美国、欧洲和日本等发达国家实施汽车排放法规较早，所以在汽车尾气检测设备和技术上也较先进。从1974年开始，美国开始执行怠速法尾气排放检测标准。1990年后，美国在不断完善IM240工况法与ASM工况法的情况下，提出了IG240工况法，将底盘测功机与VMAS传感器相结合，能够将检测的结果用各成分的质量表述。到1994年，美国丹佛大学的研究学者发表的关于汽车尾气排放检测的论文中，提出了用原型潜望镜系统测量隧道中尾气排放的方法，并证明了双行道检测的可行性。同年，JamesH.Johnson在发表的论文中提出了用IR脉冲来校准补偿，从而实现对路上行驶的不同车速的车辆进行实时测量，并成功申请了发明专利。1998年，美国环保局（EPA）研发了实时车载排放分析仪（ROVER），它是最初的汽车排放移动检测设备的基础。2003年，欧共体可持续发展委员通过了在行驶的车辆上、公路边、加油站等处安装小价值测量仪器，对汽车尾气排放进行实时检测的研究。经过十几年的更新换代，研究分别在英国、德国、澳大利亚、日本等国家进行，现已出现美国Sensor公司的SEMTECH系列和日本HORIBA公司的OBS系列等车载尾气快速测量设备，这些设备都已经得到美国环保局的认证。

1.2我国汽车尾气快速测量技术的研究进展

由于我国制定执行汽车尾气排放法规较晚，快速测量的检测设备远落后于发达国家。在2003年以前，我国的汽车尾气排放测试系统基本上都是进口的外国设备。2002年，天津大学开发了一种基于AOTF的汽车尾气检测系统，该系统不但能够完成在线检测，而且能够实现资源共享。2004年，中国科学院安徽光机所环境光学实验室研制了道边实时监测机动车尾气仪，利用调谐二极管激光器吸收光谱和紫外差分吸收光谱原理，能够在线监测机动车尾气中CO、CO2、HC等污染物。2006年，华中科技大学开发了一种新型便携式汽车尾气检测仪。它采用自行研制的多组分非分光红外气体传感器和商用NOX和O2传感器组合，能实现对HC、CO、CO2、NOX、O2等5种汽车尾气成分进行在线实时检测。2008年，青岛科技大学开发了一种基于IC卡的汽车尾气排放检测数据管理信息系统，具有对CO、NO、烟度等汽车排放的尾气信息进行采集、入库、写卡、读卡、查询、导入导出及权限、用户管理等功能，实现了环检部门的电子化、信息化管理。相对于国外车载排放测试技术在尾气排放方面的应用研究，目前我国主要集中在遥感检测技术研究。尾气遥感监测技术在我国的许多城市虽被应用，但结果受行驶工况影响较大，随着装备三元催化转换器车辆比例的提高该技术将被逐渐忽略。

2.信息化监管技术的发展现状

云计算是21世纪的朝阳产业，大数据时代的到来势在必然。但到目前为止，国内外都没有准备好迎接这场挑战，还没有一个比较成熟且成功的云计算应用案例。虽然云共享技术和汽车尾气监测技术在21世纪都取得了巨大发展和创新，但二者的结合领域还是一片空白。各地方的汽车尾气监测标准的不统一也影响了信息传递和数据共享。因此，利用运营商数字电路技术、快速识别技术、视频监控技术等，将检测站与云管理中心实现信息互联，合理设计一套可运营的机动车尾气检测管理系统和云共享平台，实现检测线、云管理中心网络通信，达到规范检测、标准审批、信息管理和查询具有十分重要的意义。

3.基于数据量化处理模型的数据处理分析平台建立

天津市交通集团科学技术发展有限公司结合国内外现有技术，设计研发的具有国际先进水平的基于云平台技术形式的汽车尾气快速检测设备，将机动车尾气检测与技术、云平台等互联网技术相结合，建立机动车尾气检测监管体系。对于汽油车、柴油车在尾气排放上存在差异，根据其排放污染物浓度不同，建立相应的数据量化处理模型，通过数据处理分析平台实现对污染物精确监测。各采集器将获得原数据经由WiFi无线网络传送到有固定IP地址的数据处理分析平台。数据处理分析平台采用“中心对多点”的TCP模式，实现数据的可靠透明传输，同时与有固定IP的数据处理分析平台超级节点之间形成多层混合网络，从而实现对整个无线机动车尾气监测网络的管理。数据处理分析平台，同时根据与车辆信息中心交互获得的车辆数据及后续识别过程采用对应的数据量化处理模型完成对监测数据的基本处理、分析，形成完整的数据格式。

4.基于云平台的大规模分布式设备、数据管理平台建立

系统利用云计算、大数据、移动互联网等新一代信息技术的快速发展为项目提供强大的技术支撑，充分利用信息的价值，盘活现有数据。采用分布式存储、分布式计算技术，实现对海量数据的分析处理，以满足大数据量且实时性要求非常高的数据处理要求。通过云处理中心对监测网络实现智能化管理控制。

研究要点：通过物理资源虚拟化技术，实现虚拟资源对物理资源的替换，消除地点与设备的限制，通过弹性规模扩展技术，为不同的应用框架设定不同的集群类型，根据需要扩展方法、增添资源，使得不同行业能够对资源达到共享和合理需求；通过分布式存储、分布式计算技术，实现任务分布式的在多个计算节点上进行调度和计算，实现对海量数据的分析处理，以满足大数据量实时性较高的数据处理需求。

5.创新点

（1）将机动车尾气检测技术与互联网技术进行融合，杜绝了信息孤岛的产生。通过架构云计算海量数据处理平台，采用先进的云计算处理技术支持自动容错和动态扩展，可伸缩性强、性价比高。对于数据实时监控、阈值报警等，提供秒级响应时间，实时性强。对海量历史监控数据进行汇总、存储，可完成各种应用计算、访问，可靠性高、更加便捷、安全。

（2）通过使用云技术，为分布式机动车尾气快速测量设备提供统一的数据存储及管理平台。实现存储设备的逻辑虚拟化，多链路冗余管理，以及硬件设备的状态实时监控和故障自动维护等智能化管理。