山東新凌志檢測(cè)技術(shù)有限公司 高有磊，李 斌

近年來(lái)，隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的快速增加，部分城市空氣開(kāi)始呈現(xiàn)出煤煙和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣復(fù)合污染的特點(diǎn)，且有逐年高發(fā)趨勢(shì)，直接影響群眾健康，這無(wú)疑對(duì)各級(jí)環(huán)保部門(mén)長(zhǎng)期以來(lái)靠“節(jié)能減排”手段實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的預(yù)期帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。2019年，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)排放污染物初步核算為1 603.8萬(wàn)t。另外，大氣細(xì)顆粒物（PM2.5）源解析結(jié)果顯示，在很多大型城市，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣已成為大氣污染的首要污染源。因此立足社會(huì)發(fā)展實(shí)際開(kāi)展機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣方面的治理工作，綜合利用大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、圖像識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等新興技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)管常態(tài)化、科技化，對(duì)切實(shí)鞏固藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)取得的成果具有重要意義。

1 傳統(tǒng)信息化手段面臨諸多難題

1.1 運(yùn)維管理復(fù)雜，管理混亂

目前各級(jí)生態(tài)環(huán)境部門(mén)在用的信息化系統(tǒng)繁多，各種運(yùn)維平臺(tái)錯(cuò)綜復(fù)雜，用戶接入點(diǎn)無(wú)法統(tǒng)一，需頻繁登錄多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行繁瑣切換，用戶名及密碼無(wú)法做到同步維護(hù)，甚至?xí)r常會(huì)有忘記用戶名及密碼的情況出現(xiàn)。管理維護(hù)工作量巨大，權(quán)限管理錯(cuò)綜復(fù)雜，安全性無(wú)法保障，易用性無(wú)從談起。各個(gè)系統(tǒng)界面整合困難，風(fēng)格不統(tǒng)一，操作復(fù)雜，系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)難以有效集成。

1.2 數(shù)據(jù)孤島

原有的單點(diǎn)式系統(tǒng)架構(gòu)管理的都是同種數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)安全、架構(gòu)設(shè)計(jì)等原因，數(shù)據(jù)之間缺乏關(guān)聯(lián)和相互印證，無(wú)法做到數(shù)據(jù)端到端的閉環(huán)。數(shù)據(jù)使用效率低下，坐擁數(shù)據(jù)寶山而不得用，無(wú)法發(fā)揮數(shù)據(jù)應(yīng)有的價(jià)值。

1.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性差

原有面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）的單體架構(gòu)模式，缺乏冗余備份，容易出現(xiàn)單點(diǎn)故障，并且架構(gòu)無(wú)法做到線性無(wú)感知快速擴(kuò)容，擴(kuò)容往往只能通過(guò)停止業(yè)務(wù)服務(wù)器進(jìn)行升級(jí)。系統(tǒng)問(wèn)題頻發(fā)，中斷業(yè)務(wù)更是經(jīng)常出現(xiàn)，嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)和業(yè)務(wù)開(kāi)展。在新基建的時(shí)代背景之下，已經(jīng)開(kāi)始和時(shí)代潮流脫節(jié)。

1.4 產(chǎn)品迭代緩慢

隨著業(yè)務(wù)高速發(fā)展，原有的單體架構(gòu)對(duì)于產(chǎn)品的迭代力不從心，無(wú)法快速響應(yīng)用戶需求。特別是跨多個(gè)系統(tǒng)需求，從需求提出到實(shí)現(xiàn)往往需要數(shù)月時(shí)間，嚴(yán)重影響業(yè)務(wù)開(kāi)展。

1.5 資源資金使用浪費(fèi)

由于系統(tǒng)的部署、運(yùn)維都需要軟件和硬件環(huán)境，甚至開(kāi)發(fā)、運(yùn)維團(tuán)隊(duì)，無(wú)法形成集約型體系架構(gòu)，造成資源資金使用浪費(fèi)。無(wú)法打通各個(gè)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，使得各個(gè)團(tuán)隊(duì)協(xié)同高效運(yùn)作更是困難重重。

1.6 安全性差

系統(tǒng)分散，安全治理繁瑣，安全標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，存在跨系統(tǒng)攻擊可能性，且容易遭到木馬病毒的攻擊。

2 天地人車(chē)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的一體化解決方案

為了針對(duì)性解決以上問(wèn)題，需要將傳統(tǒng)檢測(cè)、遙感檢測(cè)、非道路實(shí)時(shí)監(jiān)控、路檢路查、重柴車(chē)載終端遠(yuǎn)程排放監(jiān)控、機(jī)動(dòng)車(chē)排放檢測(cè)維護(hù)等系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)挖掘及數(shù)據(jù)分析，建立一套智能、先進(jìn)、全面的綜合環(huán)境監(jiān)管系統(tǒng)（圖1，天地人車(chē)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)），為生態(tài)環(huán)境部門(mén)提供更加全面、準(zhǔn)確、高效的監(jiān)管。

圖1 天地人車(chē)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的主界面（截屏）

圖2所示為天地人車(chē)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)，通過(guò)采用Sqoop（數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出工具）、Kafka（分布式日志處理系統(tǒng)）、Flume（日志采集工具）采集其他常用的數(shù)據(jù)源，以實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)接入。支持定制開(kāi)發(fā)，適配專(zhuān)用接口，擁有千萬(wàn)級(jí)車(chē)輛及其相關(guān)數(shù)據(jù)的接入能力。根據(jù)不同數(shù)據(jù)源的特點(diǎn)，采用HDFS（分布式文件系統(tǒng)）、HBase（分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)）、MySQL（關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）、IoTDB（物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)）、Redis（遠(yuǎn)程字典服務(wù)）、MongoDB（非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)）等多種存儲(chǔ)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)，并通過(guò)最新的數(shù)據(jù)湖技術(shù)，實(shí)現(xiàn)每天TB（太字節(jié)，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量單位）級(jí)別的數(shù)據(jù)增量下的可靠性。采用Flink（分布式流數(shù)據(jù)流引擎）作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析引擎，實(shí)現(xiàn)了高吞吐、低延遲、高性能處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理延時(shí)不超過(guò)10 s。采用MR（一種編程模型）、Hive（數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)工具）、ES（搜索引擎）等工具，實(shí)現(xiàn)海量非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的批處理，進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘與多維分析。

圖2 天地人車(chē)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)入口統(tǒng)一，簡(jiǎn)化運(yùn)維

用戶只需登錄天地人車(chē)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，就可實(shí)現(xiàn)查看自己權(quán)限的所有數(shù)據(jù)，不需要頻繁切換系統(tǒng)。同時(shí)只需要一個(gè)用戶名及密碼，完成所有操作，各個(gè)功能風(fēng)格統(tǒng)一，操作方便。管理員只需要維護(hù)一個(gè)系統(tǒng)，不存在數(shù)據(jù)不同步的情況，大大簡(jiǎn)化運(yùn)維強(qiáng)度，并提高數(shù)據(jù)安全性。

2.2 打破數(shù)據(jù)孤島，建立數(shù)據(jù)聯(lián)系

打破原有的數(shù)據(jù)孤島組織模式，進(jìn)行大數(shù)據(jù)治理，全部數(shù)據(jù)可方便地進(jìn)行印證和對(duì)比，效率成指數(shù)級(jí)別上升。深入挖掘各個(gè)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。

2.3 采用分布式、高可用系統(tǒng)

各個(gè)服務(wù)器之間實(shí)現(xiàn)冗余備份，單臺(tái)服務(wù)器宕機(jī)不影響業(yè)務(wù)正常開(kāi)展，不存在單點(diǎn)故障。系統(tǒng)擴(kuò)容升級(jí)能夠做到用戶無(wú)感知，不會(huì)出現(xiàn)業(yè)務(wù)中斷的情況。

2.4 產(chǎn)品迭代速度快

因?yàn)閿?shù)據(jù)組織的天然優(yōu)勢(shì)，大大降低系統(tǒng)間協(xié)調(diào)成本。各種需求，特別是跨領(lǐng)域需求能夠得到快速實(shí)現(xiàn)。從原來(lái)的數(shù)月縮短到數(shù)天之內(nèi)完成。

2.5 資源使用集約化

系統(tǒng)各個(gè)功能資源可以靈活調(diào)配，顯著減少人力和物力投入的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更高的效率。

2.6 網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)安全有保障

系統(tǒng)采用高標(biāo)準(zhǔn)加密策略，嚴(yán)格對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加密。通過(guò)用戶無(wú)感知加密系統(tǒng)，在大幅提高系統(tǒng)安全性的同時(shí)，不影響系統(tǒng)的易用性，在易用性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)縫加密。

3 構(gòu)建端到端環(huán)保應(yīng)用新模式

3.1 一車(chē)一檔

根據(jù)車(chē)牌號(hào)，一個(gè)頁(yè)面集中追蹤一輛車(chē)的所有數(shù)據(jù)。只需要輸入車(chē)牌信息，在一個(gè)頁(yè)面內(nèi)，集中展示該車(chē)輛所有相關(guān)信息，自動(dòng)追蹤車(chē)輛的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、傳統(tǒng)檢測(cè)、遙感檢測(cè)、路檢路查、車(chē)載終端等相關(guān)數(shù)據(jù)。如車(chē)輛已經(jīng)安裝車(chē)載終端并接入本系統(tǒng)，還可以查詢到車(chē)輛的實(shí)時(shí)排放、位置、軌跡等信息，讓違法排放車(chē)輛無(wú)所遁形。

3.2 車(chē)型分析

根據(jù)同種數(shù)據(jù)源，進(jìn)行不同型號(hào)車(chē)輛、不同年限的排放數(shù)據(jù)對(duì)比。同時(shí)，根據(jù)不同數(shù)據(jù)源得出數(shù)據(jù)的相互印證，找出排放不合格車(chē)型，追本溯源，嚴(yán)厲打擊制造、銷(xiāo)售環(huán)保排放不合格車(chē)輛的企業(yè)。

3.3 檢測(cè)質(zhì)量評(píng)估

可實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)源之間的相互印證，對(duì)比傳統(tǒng)檢測(cè)及遙感檢測(cè)、車(chē)載終端的相關(guān)數(shù)據(jù)，判斷傳統(tǒng)檢測(cè)站的檢測(cè)可信度，對(duì)于可信度嚴(yán)重偏低、存在弄虛作假嫌疑的，保存相關(guān)數(shù)據(jù)證據(jù)鏈，嚴(yán)厲打擊在環(huán)保檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的弄虛作假行為。

3.4 打擊屏蔽車(chē)載終端

通過(guò)遙感檢測(cè)和車(chē)載終端的數(shù)據(jù)印證，能夠得知車(chē)輛是否上路，如果車(chē)輛當(dāng)天上路，但是沒(méi)有車(chē)載終端數(shù)據(jù)上傳的，列為可疑車(chē)輛，如果這種情況多次出現(xiàn)，可以判定為疑似屏蔽車(chē)載終端的車(chē)輛。系統(tǒng)自動(dòng)保存相關(guān)證據(jù)鏈，嚴(yán)厲打擊脫管重污染源。

3.5 重柴車(chē)輛免檢列表

通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)，長(zhǎng)期監(jiān)控車(chē)輛實(shí)時(shí)排放數(shù)據(jù)，判定排放長(zhǎng)期低于界定值的車(chē)輛，給出環(huán)保免檢提示，經(jīng)過(guò)人工智能判定或人工審核以后，可以免于環(huán)保檢測(cè)，并可提供對(duì)外接口，供車(chē)主和檢測(cè)機(jī)構(gòu)查詢。降低車(chē)主檢測(cè)負(fù)擔(dān)，提高環(huán)保檢測(cè)效率，加快不合格車(chē)輛淘汰速度，提高社會(huì)整體效益。

3.6 重點(diǎn)車(chē)輛監(jiān)控

對(duì)于傳統(tǒng)檢測(cè)、車(chē)載終端、遙感檢測(cè)等各個(gè)平臺(tái)排放數(shù)據(jù)排名，生成有針對(duì)性的高排放車(chē)輛列表，方便進(jìn)行車(chē)輛的重點(diǎn)監(jiān)控。對(duì)于數(shù)據(jù)長(zhǎng)期不合格的，提供全部排放證據(jù)，情節(jié)嚴(yán)重的，可以直接進(jìn)行環(huán)保執(zhí)法，并提供相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)布接口，供相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、維修站、執(zhí)法機(jī)構(gòu)查詢，重點(diǎn)監(jiān)控。

3.7 油品分析

通過(guò)大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，自動(dòng)判斷車(chē)輛的加油地點(diǎn)，以及根據(jù)車(chē)輛加油后的排放均值情況，自動(dòng)判斷加油站油品質(zhì)量情況，嚴(yán)厲打擊黑加油站和低劣油品。通過(guò)大數(shù)據(jù)和人工智能的分析，精準(zhǔn)打擊目標(biāo)，在降低人力投入的情況下，提高執(zhí)法效率，使得低劣油品無(wú)所遁形，維護(hù)市場(chǎng)正常秩序。

3.8 電子圍欄

系統(tǒng)支持帶時(shí)間限制的圍欄系統(tǒng)。根據(jù)非道路機(jī)械的高排放禁止區(qū)域、低排放限制區(qū)域，以及貨運(yùn)車(chē)輛禁行、限行區(qū)域，支持限定時(shí)間、限定類(lèi)型車(chē)輛禁行，在極短時(shí)間內(nèi)判斷出車(chē)輛的位置是否進(jìn)入高排區(qū)域，并記錄車(chē)輛行駛軌跡等執(zhí)法證據(jù)鏈，嚴(yán)厲打擊環(huán)保違法行為。

3.9 道路排放熱力圖

通過(guò)地理信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)的融合，展示道路排放熱力圖，直觀展示車(chē)輛排放信息，通過(guò)一張圖，使得車(chē)輛排放情況一目了然，為制定限行、限排區(qū)域提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)支撐，同時(shí)為道路規(guī)劃提供參考依據(jù)。

4 天地人車(chē)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的價(jià)值體系

天地人車(chē)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)通過(guò)深度業(yè)務(wù)融合，實(shí)現(xiàn)一切管理流程化，一切流程數(shù)據(jù)化，一切數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化，賦能應(yīng)用、使能數(shù)據(jù)，構(gòu)建面向機(jī)動(dòng)車(chē)環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)督管理、數(shù)據(jù)分析、決策支持的價(jià)值體系（圖3）。

圖3 天地人車(chē)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的價(jià)值體系

4.1 助力新基建

通過(guò)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，實(shí)踐人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，用新技術(shù)進(jìn)一步提高汽車(chē)應(yīng)用安全性，減少汽車(chē)使用的環(huán)境污染。打造全流程的自主可控平臺(tái)的同時(shí)，保持系統(tǒng)開(kāi)放性，方便接入各種第三方系統(tǒng)，打通系統(tǒng)內(nèi)外“雙循環(huán)”，加快推進(jìn)汽車(chē)檢測(cè)行業(yè)基礎(chǔ)信息設(shè)施建設(shè)。

4.2 推動(dòng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

當(dāng)前，全球信息通信技術(shù)正進(jìn)入技術(shù)架構(gòu)大遷徙時(shí)代，傳統(tǒng)的IT架構(gòu)已經(jīng)不能滿足相關(guān)政府、企業(yè)和人民的需要。傳統(tǒng)架構(gòu)正在向集中化、智能化轉(zhuǎn)型，需要以數(shù)據(jù)的自動(dòng)流動(dòng)化解復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性，優(yōu)化資源配置效率，構(gòu)建國(guó)家新型競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。天地人車(chē)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，并在機(jī)動(dòng)車(chē)監(jiān)督管理的信息化、智能化轉(zhuǎn)型方面提供了實(shí)踐應(yīng)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

天地人車(chē)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，打破傳統(tǒng)信息系統(tǒng)執(zhí)法數(shù)據(jù)的孤島模式，融合傳統(tǒng)檢測(cè)、遙感檢測(cè)、非道路實(shí)時(shí)監(jiān)控、路檢路查、重柴車(chē)載終端遠(yuǎn)程排放監(jiān)控及機(jī)動(dòng)車(chē)排放檢測(cè)維護(hù)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行更深層次的價(jià)值挖掘，讓數(shù)據(jù)說(shuō)話，用數(shù)據(jù)執(zhí)法，減小人力的投入，提高執(zhí)法效率，挖掘出數(shù)據(jù)的最大價(jià)值，力保進(jìn)一步鞏固藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)成果。