基于监管一体化的天地人车环境监测管理系统的研究与应用

山东新凌志检测技术有限公司 高有磊，李 斌

近年来，随着我国机动车保有量的快速增加，部分城市空气开始呈现出煤烟和机动车尾气复合污染的特点，且有逐年高发趋势，直接影响群众健康，这无疑对各级环保部门长期以来靠“节能减排”手段实现环境保护的预期带来新的挑战。2019年，全国机动车排放污染物初步核算为1 603.8万t。另外，大气细颗粒物（PM2.5）源解析结果显示，在很多大型城市，机动车尾气已成为大气污染的首要污染源。因此立足社会发展实际开展机动车尾气方面的治理工作，综合利用大数据、人工智能、5G、图像识别、物联网（IoT）等新兴技术实现环境监管常态化、科技化，对切实巩固蓝天保卫战取得的成果具有重要意义。

1 传统信息化手段面临诸多难题

1.1 运维管理复杂，管理混乱

目前各级生态环境部门在用的信息化系统繁多，各种运维平台错综复杂，用户接入点无法统一，需频繁登录多个系统进行繁琐切换，用户名及密码无法做到同步维护，甚至时常会有忘记用户名及密码的情况出现。管理维护工作量巨大，权限管理错综复杂，安全性无法保障，易用性无从谈起。各个系统界面整合困难，风格不统一，操作复杂，系统之间数据难以有效集成。

1.2 数据孤岛

原有的单点式系统架构管理的都是同种数据，由于数据安全、架构设计等原因，数据之间缺乏关联和相互印证，无法做到数据端到端的闭环。数据使用效率低下，坐拥数据宝山而不得用，无法发挥数据应有的价值。

1.3 系统稳定性差

原有面向服务架构（SOA）的单体架构模式，缺乏冗余备份，容易出现单点故障，并且架构无法做到线性无感知快速扩容，扩容往往只能通过停止业务服务器进行升级。系统问题频发，中断业务更是经常出现，严重影响用户体验和业务开展。在新基建的时代背景之下，已经开始和时代潮流脱节。

1.4 产品迭代缓慢

随着业务高速发展，原有的单体架构对于产品的迭代力不从心，无法快速响应用户需求。特别是跨多个系统需求，从需求提出到实现往往需要数月时间，严重影响业务开展。

1.5 资源资金使用浪费

由于系统的部署、运维都需要软件和硬件环境，甚至开发、运维团队，无法形成集约型体系架构，造成资源资金使用浪费。无法打通各个系统之间的联系，使得各个团队协同高效运作更是困难重重。

1.6 安全性差

系统分散，安全治理繁琐，安全标准不统一，存在跨系统攻击可能性，且容易遭到木马病毒的攻击。

2 天地人车环境监测管理系统的一体化解决方案

为了针对性解决以上问题，需要将传统检测、遥感检测、非道路实时监控、路检路查、重柴车载终端远程排放监控、机动车排放检测维护等系统进行数据集成、数据挖掘及数据分析，建立一套智能、先进、全面的综合环境监管系统（图1，天地人车环境监测管理系统），为生态环境部门提供更加全面、准确、高效的监管。

图1 天地人车环境监测管理系统的主界面（截屏）

图2所示为天地人车环境监测管理系统的技术架构，通过采用Sqoop（数据导入导出工具）、Kafka（分布式日志处理系统）、Flume（日志采集工具）采集其他常用的数据源，以实现快速数据接入。支持定制开发，适配专用接口，拥有千万级车辆及其相关数据的接入能力。根据不同数据源的特点，采用HDFS（分布式文件系统）、HBase（分布式存储系统）、MySQL（关系型数据库管理系统）、IoTDB（物联网数据库）、Redis（远程字典服务）、MongoDB（非关系型数据库）等多种存储方式实现对数据的高效存储，并通过最新的数据湖技术，实现每天TB（太字节，计算机存储容量单位）级别的数据增量下的可靠性。采用Flink（分布式流数据流引擎）作为实时数据分析引擎，实现了高吞吐、低延迟、高性能处理实时数据流，实时数据处理延时不超过10 s。采用MR（一种编程模型）、Hive（数据仓库工具）、ES（搜索引擎）等工具，实现海量非实时数据的批处理，进行海量数据的数据挖掘与多维分析。

图2 天地人车环境监测管理系统的技术架构

2.1 系统入口统一，简化运维

用户只需登录天地人车环境监测管理系统中的一个子系统，就可实现查看自己权限的所有数据，不需要频繁切换系统。同时只需要一个用户名及密码，完成所有操作，各个功能风格统一，操作方便。管理员只需要维护一个系统，不存在数据不同步的情况，大大简化运维强度，并提高数据安全性。

2.2 打破数据孤岛，建立数据联系

打破原有的数据孤岛组织模式，进行大数据治理，全部数据可方便地进行印证和对比，效率成指数级别上升。深入挖掘各个数据之间的联系。

2.3 采用分布式、高可用系统

各个服务器之间实现冗余备份，单台服务器宕机不影响业务正常开展，不存在单点故障。系统扩容升级能够做到用户无感知，不会出现业务中断的情况。

2.4 产品迭代速度快

因为数据组织的天然优势，大大降低系统间协调成本。各种需求，特别是跨领域需求能够得到快速实现。从原来的数月缩短到数天之内完成。

2.5 资源使用集约化

系统各个功能资源可以灵活调配，显著减少人力和物力投入的同时，实现更高的效率。

2.6 网络、数据安全有保障

系统采用高标准加密策略，严格对系统进行加密。通过用户无感知加密系统，在大幅提高系统安全性的同时，不影响系统的易用性，在易用性的基础上，实现系统数据无缝加密。

3 构建端到端环保应用新模式

3.1 一车一档

根据车牌号，一个页面集中追踪一辆车的所有数据。只需要输入车牌信息，在一个页面内，集中展示该车辆所有相关信息，自动追踪车辆的基础数据、传统检测、遥感检测、路检路查、车载终端等相关数据。如车辆已经安装车载终端并接入本系统，还可以查询到车辆的实时排放、位置、轨迹等信息，让违法排放车辆无所遁形。

3.2 车型分析

根据同种数据源，进行不同型号车辆、不同年限的排放数据对比。同时，根据不同数据源得出数据的相互印证，找出排放不合格车型，追本溯源，严厉打击制造、销售环保排放不合格车辆的企业。

3.3 检测质量评估

可实现不同数据源之间的相互印证，对比传统检测及遥感检测、车载终端的相关数据，判断传统检测站的检测可信度，对于可信度严重偏低、存在弄虚作假嫌疑的，保存相关数据证据链，严厉打击在环保检测过程中出现的弄虚作假行为。

3.4 打击屏蔽车载终端

通过遥感检测和车载终端的数据印证，能够得知车辆是否上路，如果车辆当天上路，但是没有车载终端数据上传的，列为可疑车辆，如果这种情况多次出现，可以判定为疑似屏蔽车载终端的车辆。系统自动保存相关证据链，严厉打击脱管重污染源。

3.5 重柴车辆免检列表

通过大数据技术，长期监控车辆实时排放数据，判定排放长期低于界定值的车辆，给出环保免检提示，经过人工智能判定或人工审核以后，可以免于环保检测，并可提供对外接口，供车主和检测机构查询。降低车主检测负担，提高环保检测效率，加快不合格车辆淘汰速度，提高社会整体效益。

3.6 重点车辆监控

对于传统检测、车载终端、遥感检测等各个平台排放数据排名，生成有针对性的高排放车辆列表，方便进行车辆的重点监控。对于数据长期不合格的，提供全部排放证据，情节严重的，可以直接进行环保执法，并提供相关数据发布接口，供相关检测机构、维修站、执法机构查询，重点监控。

3.7 油品分析

通过大数据、人工智能等技术，自动判断车辆的加油地点，以及根据车辆加油后的排放均值情况，自动判断加油站油品质量情况，严厉打击黑加油站和低劣油品。通过大数据和人工智能的分析，精准打击目标，在降低人力投入的情况下，提高执法效率，使得低劣油品无所遁形，维护市场正常秩序。

3.8 电子围栏

系统支持带时间限制的围栏系统。根据非道路机械的高排放禁止区域、低排放限制区域，以及货运车辆禁行、限行区域，支持限定时间、限定类型车辆禁行，在极短时间内判断出车辆的位置是否进入高排区域，并记录车辆行驶轨迹等执法证据链，严厉打击环保违法行为。

3.9 道路排放热力图

通过地理信息技术和大数据的融合，展示道路排放热力图，直观展示车辆排放信息，通过一张图，使得车辆排放情况一目了然，为制定限行、限排区域提供第一手数据支撑，同时为道路规划提供参考依据。

4 天地人车环境监测管理系统的价值体系

天地人车环境监测管理系统通过深度业务融合，实现一切管理流程化，一切流程数据化，一切数据业务化，赋能应用、使能数据，构建面向机动车环境监测监督管理、数据分析、决策支持的价值体系（图3）。

图3 天地人车环境监测管理系统的价值体系

4.1 助力新基建

通过大数据的应用，实践人工智能、工业互联网等先进技术，用新技术进一步提高汽车应用安全性，减少汽车使用的环境污染。打造全流程的自主可控平台的同时，保持系统开放性，方便接入各种第三方系统，打通系统内外“双循环”，加快推进汽车检测行业基础信息设施建设。

4.2 推动行业数字化转型

当前，全球信息通信技术正进入技术架构大迁徙时代，传统的IT架构已经不能满足相关政府、企业和人民的需要。传统架构正在向集中化、智能化转型，需要以数据的自动流动化解复杂系统的不确定性，优化资源配置效率，构建国家新型竞争优势。天地人车环境监测管理系统顺应时代发展的需要，并在机动车监督管理的信息化、智能化转型方面提供了实践应用。

5 结束语

天地人车环境监测管理系统，打破传统信息系统执法数据的孤岛模式，融合传统检测、遥感检测、非道路实时监控、路检路查、重柴车载终端远程排放监控及机动车排放检测维护等系统数据，并进行更深层次的价值挖掘，让数据说话，用数据执法，减小人力的投入，提高执法效率，挖掘出数据的最大价值，力保进一步巩固蓝天保卫战成果。