1.背景
随着经济的快速发展以及城市化和工业化发展的加剧，能源消耗迅速增加，大气污染日益严重。中国已是世界少数大气污染最严重的国家之一，大气污染防治任务艰巨，任重而道远。为落实党中央、国务院要求，环境生态部编制了打赢蓝天保卫战三年行动计划，6月27日由国务院正式印发，其中提出环境空气质量目标：“经过3年努力，大幅减少主要大气污染物排放总量，协同减少温室气体排放，进一步明显降低PM2.5浓度，明显减少重污染天数，明显改善环境空气质量，明显增强人民的蓝天幸福感。
大气重污染成因与治理攻关项目的研究成果显示，从近年冬季的情况看，硝酸盐已取代燃煤排放的标志性成分硫酸盐，成为秋冬季重污染二次生成里最重要、占比最高成分。硝酸盐由氮氧化物等生成，主要来自于机动车排放。特别是重型柴油车超标排放问题突出。大量存在不添加车用尿素、屏蔽后处理装置、使用低标柴油等问题。
在柴油车治理行动中，重点是构建天、地、人、车的立体式监管，广泛使用遥感监测，路检、路查、汽车尾气排放远程在线监控三种技术路线。从实施效果来看车辆安装了车载终端之后，就能远程在线监控柴油车的发动机运行工况、尿素使用情况、污染物排放状况、车载终端报警后车辆带病行驶等，节省人力、时间成本。
汽车尾气排放远程在线监控系统是一种通过车辆的OBD接口，远程读取车辆的运行状况、能耗排放数据、车辆实时油耗、技术状况以及驾驶员节能驾驶习惯的动态监测系统。
汽车尾气排放远程在线监控系统可通过安装在车辆上的无线检测装置随时检测发动机的运行状况，随时监控汽车是否尾气超标，一旦超标，会马上发出警示。当系统出现故障时，故障(MIL)灯或检查发动机(Check Engine)警告灯亮，同时动力总成控制模块(PCM)将故障信息存入存储器，通过一定的程序可以将故障码从PCM中读出。根据故障码的提示，维修人员能迅速准确地确定故障的性质和部位。
汽车尾气排放远程在线监控系统，是我司在认真研究客户需求的基础上，是根据环保部门、营运单位、企业车队、车主、汽车经销商、保险公司、行业主管部门的实际情况和特点，利用高科技手段，综合运用当今世界计算机控制、多媒体等先进技术，并结合我们多年的行内经验和工程实施经验而提供的。
汽车尾气排放远程在线监控系统是一套功能完善、技术先进、质量稳定可靠的车辆远程在线监控，将为不同的使用者提供不同的价值体现，实现车辆移动数据与城市交通、区域化管理模块有机融合，实现区域化的移动源排放分析，为城市交通、建设规划、移动源排气污染防治提供决策支撑，实现推动高排放车辆深度治理工作目标。尤其对于道路交通安全及环境保护有积极的作用，可为政府环保部门进行能耗统计、管辖范围内车辆的运行实况提供可靠和直接的基础数据，同时通过系统的分析和比较整理出各车辆和驾驶人员降低油耗的措施，并通过和运营企业联合和指导实施相应的管理手段，以达到经济驾驶与车况优化，从而实现节能减排的目的。另外，也必将对车辆的现代化管理、安全技术防范、提高安全运行状况等方面都将起到积极的促进作用。。
汽车尾气排放远程在线监控系统具有普遍适用性、低成本性、公益性的特点。
2.系统总体设计
2.1系统概述
本采用云计算的架构体系，包括云接入、云应用及云存储。监控中心主要有通讯服务器承担云接入的工作，web服务器承担云应用的工作，数据库服务器承担云存储的工作。
汽车尾气排放远程在线监控设备采集到的车辆运行信息通过无线网络传送到云端的通信服务器，实现云接入，经过经过通信服务器的协议解析、业务鉴权、业务分发后，直接传输到web服务器，进行云应用处理，工作人员可通过监控中心的电脑或手机可查看车辆的运行状况、能耗排放数据、车辆实时油耗、技术状况以及驾驶员节能驾驶习惯。查看方式可以为电脑浏览器、手机APP、微信小程序。
2.2系统拓扑结构
汽车尾气排放远程在线监控系统
汽车尾气排放远程在线监控系统的运行环境有两种方案有以下两种方案：
方案一、自建机房来部署汽车尾气排放远程在线监控系统。该方案的优势在于自主性比较高，尤其是数据的保存、迁移等操作比较方便，缺点在于投资成本高、维护成本高。该方案适用于百万辆级别的车辆在线监控业务。
方案二、租用阿里巴巴、腾讯或华为的云服务器来部署汽车尾气排放远程在线监控系统。该方案的优势在于总体成本低，安全、可靠，缺点在于自主性差，受制于云服务提供商，数据的保存、迁移等操作比较复杂。该方案适用于小规模车辆在线监控业务。
3.系统方案详述
3.1云接入
云接入平台主要接入不同的汽车尾气排放远程在线监控设备，并将在线监控设备采集到的车辆排放信息、位置及状态信息转发至云应用平台进行处理，从而实现车与人，车与车之间的通信。
云接入平台还包括车和用户提供的服务进行进程支撑。包括在线监控设备的管理、用户的管理、服务的管理等等。
云接入平台对所有数据中心的服务器、网络、存储进行性能监控、网络监控、存储监控、系统的关键指标监控；操作系统、数据库、应用软件的自动升级和部署；根据错误的等级自动报警；配置参数的集中管理；版本的统一发布。
云接入平台实现对系统运行关键模块的质量参数进行动态配置及调整管理；实现为系统的各个关键运行软件提供可靠的实时TCP/IP通信服务管理。
3.2云应用
云应用平台主要包括车辆监控分析系统、车辆能耗在线监测管理平台、能耗综合分析平台及地理信息系统。通过云接入平台转发的数据，对数据进行分析、挖掘处理，从而实现对车辆的排放情况的实时监控，对企业能耗的在线分析与监测等功能，并对车进行远程的调度、监控及跟踪处理，给驾驶员提供相应的安全、便捷及舒适的车生活。
数据同步：实现与其它系统之间进行实时数据传递；
系统管理：实现对系统的相关参数进行配置，管理权限的配置，运行报表，日志等数据的有效配置及管理。
基础数据管理：主要实现对各企业的运营车辆、车主、司机等各种业务信息的有效管理。
云应用系统的主要功能如下：
3.2.1车辆概况
车辆概况即为昨天和最近7天的车辆概况。操作者可登录系统看到车辆概况。车辆概况为昨天和最近7天的车辆概况。车辆概况的内容为车辆行驶的里程数、车辆的运行状况、能耗排放数据、车辆实时油耗、车辆的故障及车辆的报警情况，并列出了这些概况的创建时间。还可查看车辆当前的数据流。如下图所示：
汽车尾气排放远程在线监控系统
3.2.2油耗及排放量统计
从车辆上实时采集到的油耗、运行里程等相关信息，按地区、日期、企业等条件统计汇总，形成全省（市）道路运输车辆总油耗、二氧化碳排放总量、单车百公里能耗等指标，为省（市）级生态环境部门或交通运输管理部门日常业务管理、制定相关政策（如出行政策、相关补贴政策、节能减排工作具体实施办法）等工作提供决策支持。如下图所示：
污染物排放量监测
图为污染物排放量监测界面
3.2.3油耗及排放量分析预测
根据经济发展速度、车辆增长速度等指标，结合油耗统计数据，建立、完善燃油消耗量及排放量预测模型，为建立生态环境部门或交通运输行业能源消费的统计、监测与考核体系，制定行业节能发展规划提供准确、及时、全面的数据支撑。
污染物排放量监测
3.2.4油耗及排放达标管理
按照车辆厂牌型号、日期等条件，汇总计算各种车型的满载油耗、平均油耗等实际燃油消耗数据，同时与全国营运车辆燃油消耗量数据库数据相对比。如果差异明显则分析其原因并督促各方采取相关整改措施；如果是缺乏维修或保养的原因，督促运输企业立即维修或保养；—如果是厂商公示的燃油消耗量有误，督促生产厂商更正参数；对于恶意造假的情况，删除相关车型数据并追究相关责任。
3.2.5驾驶员节能驾驶行为监测分析
驾驶员节能驾驶行为（档位、离合、油门等）监测；按驾驶员统计油耗；车辆运行状况与驾驶行为对比分析、不良驾驶行为提醒、报警等。可为运输企业节能管理提供有效手段，促进驾驶员形成良好的节能驾驶习惯，减少燃油消耗及排放。提倡节能驾驶，为相关奖惩提供数据依据。
3.2.6车辆在线监控
车辆燃油消耗、排放量、位置、速度等参数的在线监控功能，可精准地看到车辆的位置状态、排放情况以及运行状态，随时掌控车辆的各种数据，让车辆尽在掌握中。通过该功能，一方面有助于确保车辆的安全、合理运行，保证驾驶员的安全，减少企业经济损失；另一方面便于运输企业对比车型油耗，引进节油车型，同时也有利于运输企业及时保养维修车辆，保证车辆处于油耗最佳状态，减少油耗及排放。
3.2.7轨迹查询及回放
车辆行驶过的轨迹点可以随时在电脑端或手机端回放，以重现车辆行驶的整个过程。历史轨迹显示在地图上面，使该信息更加形象化。
历史轨迹回放中，系统可查看历史信息中在某天车辆处于什么位置，行驶那条线路。当时的车辆状态是什么等等信息；另外，系统支持通过报表的模式向客户提供历史轨迹信息，以EXCEL或者文本的格式精确提供。
3.2.8行程分析
可在手机端/电脑端随时查看每次的行程，行程内容包括：每次行程的里程，排放情况，通过油耗分析、驾驶行为分析，矫正司机的驾驶习惯，如急刹车，猛踩油门等等。
3.2.9车辆防盗
通过卫星定位技术和远程控制技术，给车主的爱车加一把锁，即使车辆被盗，可快速地定位到车辆当前位置，可回溯车辆的运行轨迹，迅速找到车辆。
3.2.10故障检测
随时诊断车辆状况，给车辆一个360度的安全体检。从被动安全延伸到主动安全，确保行车安全。自动提示故障并给出故障产生的原因，如何处理故障，让维修更简单。可在线清除车辆的故障码。可查询车辆的故障信息，并可到车辆的故障背景信息及维修指导。让修车更简单，明白消费。
3.2.11实时调度
营运单位的车队管理人员需要查看某辆车的时候，可随时查看车辆的具体位置以及工作状态，检查车是否在线，是否在车库或是否回场保养。车辆是否存在故障。根据实际用车计划，确定调度的车辆数，结合车辆的实时状态，确定待调度的车型、车辆的出站时间、发车时间、车隔大小时间、班次安排、驾驶员数、车辆运行速度等，从而形成各时段内各车辆运行班次的行车时刻序列，实现在线实时调度。
3.2.12超速报警
根据在线监控设备读取车辆速度，当速度超过设定值一定时间后向监控中心发送超速报警信息，在没有收到监控中心确认命令情况下，以间隔5秒时间向监控中心发送超速报警，但若车速低于设定值后，自动取消超速报警信息。
3.2.13限定路线/区域行驶
监控中心可选择使用该项服务以限制和规范车辆的行驶范围。当车辆超出规定线路或区域运营时，监控中心将得到警报，并立即驾驶员手机端推送越界警告，同时服务中心将对警报进行相应记载和处理。
3.2.14车辆管理
包括车辆新增，车辆信息修改。包括查询、修改、删除车辆和终端的基本属性信息，包括车辆证件信息、车辆保险信息、车辆维修保养信息、车辆审购信息、车辆折旧信息、车辆照片等信息的管理。由于每一辆车安装一台OBD远程在线监控设备，因此，需要对设备进行管理，设备管理的基本功能包括配置设备的新ID，配置设备定位信息发送方式，包括发送时长，发送的时间间隔等。
3.2.15驾驶员管理
包括驾驶员信息的增加、删除、修改、查询功能。包括驾驶员代码、姓名、性别、出生日期、身份证号、驾照号码、领证日期、住址、联系电话以及所属单位等信息。
3.2.16报表管理
可实现车辆排放情况统计报表、运营公里统计、运营收入统计、车辆状况统计、配车统计、驾驶员考勤统计、安全事故统计、业务检查统计、车辆维修统计、燃油消耗统计等功能并生成相应的报表。
可按照实际业务需自动生成所有车辆、指定车辆、指定区域车辆按天、周、月、年生成车辆排放情况统计报表；可按照实际业务需求对驾驶员、车队或所有车辆按天、周、月、年生成车辆营运情况统计报表；对驾驶员、车队或所有车辆按天、周、月、年生成超速统计报表；按天、周、年生成营运分析报表；生成营运状况分析图表。所有报表支持修改功能。
3.2.17维保提醒
在首次安装在线监控设备时在电脑端设定车辆的保养里程，并对设备进行设置保养提醒规则。
在线监控设备接收到保养提醒规则后，开始累计车辆行驶里程，当系统检测到行驶里程临近指定的保养里程时，按照设定的规则通过手机短信/APP消息自动推送等方式提醒司机需要对车辆进行保养。系统推送维保提醒后，对数据进行保存，工作人员可对需保养的车辆进行查询、统计分析，也可手动再次提醒。
3.2.18保险提醒
在首次安装在线监控设备时由工作人员录入相应车辆的保险信息，并保存到数据库中。在线监控系统每天自动判断数据库中车辆的保险到期时间，如果到期，系统通过手机短信/APP消息自动推送等方式提醒司机需要续保。
3.2.19权限管理
系统通过操作员级别机制、部门权限机制、区域权限机制实现操作员权限管理。
1、操作员级别机制
系统将操作员分为四种级别：超级管理员、系统管理员、部门管理员、普通操作员。不同级别的操作员具有不同的操作权限及数据权限。
2、部门权限机制
将系统中所有任务的操作权限分类，包装成为多个角色，分配给不同的部门。不同的部门可以设置不同的权限，从而部门之间具有了明确的任务分工。
在部门内部，部门管理员将该部门的权限分配给普通操作员或者子部门。操作权限在部门内部有了进一步的分解。普通操作员权限只能是部门权限的子集，子部门的权限也仅局限在其父部门获得的权限范围内。
3、区域权限机制
对于某些关键数据，操作员仅能操作指定区域范围内数据，不能越权操作其他区域数据，从而确保数据安全性。
3.2.20日志管理
系统在运行中自动记录操作员的操作记录、车辆行驶路线记录、车辆报警记录等信息，提供对系统日志的相关查询、删除、导出等功能。
系统提供了完善的日志管理功能，一方面有利于系统维护，另一方面可以监控操作人员的操作。
系统定义了两种类型日志。
操作日志：与业务相关的日志信息，记录操作员执行的操作、涉及的金额等详细日志。
系统日志：与系统运行相关的日志信息，记录系统运行状态。
同时，针对每个日志，系统定义了详细的日志级别。
3.3云存储
之所以在本方案中选择云存储，就是因为随着服务车辆的增长，车辆行驶数据量会爆发式的增长，车辆行驶数据存储量从GB级增加到TB级，现在已经达到PB级。尤其是非结构化数据快速增长，传统的存储系统由于架构上的限制，无法实现灵活扩展，无法满足车辆行驶数据的快速增长，也无法有效地实现对非结构化数据的存储与管理。另一方面，不同厂商、不同品牌设备之间形成了一个异构环境，设备的不兼容，给用户的使用、维护和管理带来了很多困扰，而云存储的开放性、灵活性、可扩展性以及可实现分布式的部署，不仅可以提高存储资源的利用率，而且能够简化管理，降低成本，因此本方案选择云存储作为存储方案。
本方案中，我们采用基于Oracle、Redis和MongoDB存储架构。
Oracle：进行事务数据存储：实体数据，如车辆信息、人员信息，相关组织机构帐号数据，常规业务等数据保存在关系型数据库。
Redis：基于内存高速缓存，保存集群中央会话，即时通信离线消息队列，即时通信重发消息集合，用户令牌生命周期管理，应用高频访问数据缓存，HTML5模板数据缓存，静态应用资源缓存。
Mongodb：涉及到大数据量、高并发、弱事务的场景，进行非结构化文档数据，如车辆行驶轨迹、图片、图标、语音、文本以及结合位置数据的非结构化的文档数据，需要动态扩展无固定模式的数据，应用日志数据，需要map-reduce计算的数据，保存在非关系型数据库，采用嵌入式数据模型，从而在常规操作时减少查询和更新的次数。
4.方案的特点
1、平台对客户端具备更大的连接数、更高的并发处理能力、更高的数据吞吐量、更低的系统资源消耗、更高的可靠性、更高的可扩展性。可支撑千万级客户端的接入，适合大规模车辆管理需求。
2、提高使用单位的服务水平。使使用单位的运行管理智能化，增强使用单位服务的灵活性，提高舒适性；
3、先进的管理思想和技术完美结合，使管理者及时、准确地掌握车辆的营运及排放情况，达到过程控制的目的。实现业务流程重组、优化资源配置、建立合理的流程管理，减少大量的人工统计工作。
4、数据资源的融会共享，提供企业级决策分析。数据信息瞬时更新、处理、减少中间环节的数据传递。安全、稳定、可靠的运行环境，最大限度地降低维护成本。
