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RFID技术在机动车尾气排放控制管理中的应用

作者：张静波

来源：东软软件股份有限公司

日期：2008-04-23 11:56:18

摘要：环保信息化的核心内容主要是环境治理、环境监控、环境管理和环境决策，而RFID的应用主要是在环境治理和环境监控方面

1 机动车尾气管理的意义

我国经济的快速增长，给环境带了巨大的压力，近年来，我国环境污染严重，环保指标也成为了少数未完成的指标之一。

中国环境科学院大气研究所所长柴发合指出“机动车尾气是北京最主要的污染来源之一。”北京机动车数量预计2007年底将达到320万辆，北京机动车的增长速度也愈来愈快，发展到第一个100万辆，用了48年的时间，发展到200万辆，只用了6年半，而发展到300万辆，只用了不到3年半的时间。汽车尾气对空气状况的影响很大，据统计，40-60%的可悬浮颗粒物、80%的碳氢化合物(HC)、70-80%的氮氧化物 (NOX)均来自汽车尾气。另外，欧洲航天局公布的卫星图像显示：“北京是世界上二氧化氮污染最严重的地区，这些二氧化氮来自几乎未经过滤的汽车尾气”。一辆轿车年度废气是它自重的3倍，那么北京机动车300万辆，每辆车自重按0.5吨计，年估计排放污染物450万吨，这些废气物要用10吨卡车1万辆45次才能拉完。北京市环境保护监测中心高级工程师赵越指出，“空气污染指数(API)”——”蓝天数”每上升一个点，那么今年国家投入需要30亿，2008年需要100亿，2009年则需要投入几百亿。此外，根据世界银行发布的报告，中国肺病发病率在过去30年翻了一番，因空气污染导致的医疗成本增加以及工人生病丧失生产力使得中国GDP的5%被抵消(2006年GDP20.9407万亿，被抵消约1万亿) 。在中国11个最大城市中，空气中的烟尘和细颗粒物每年使5万人夭折，40万人感染上慢性支气管炎。

随着奥运会的临近，“绿色奥运”这一口号的提出，改善环境成为我国政府目前的一大工作重点，我国政府也逐步加大了环境保护方面的投资。2000-2005年，中国就投资7000多亿元用于生态建设和环境保护；到2007年，环保产业年产值达到3000亿元；2007中央财政将投入20亿元人民币用于污染物减排指标、监测和考核三大体系建设。并构建了“国家环保总局——省级环保局——地县级环保局——企业”这一环境监控和保护体系。但是，我国的环保信息化比较晚，没有很好的挖掘环保信息，以致环境的改善进程缓慢，加快环保的信息化进程成为我国改善环境的重要手段。

图1 我国环境监控和保护体系

2 东软尾气管理方案和技术框架

环保信息化的核心内容主要是环境治理、环境监控、环境管理和环境决策，而RFID的应用主要是在环境治理和环境监控方面，如图2。

图2 环保信息化的核心内容

2.1 东软尾气管理方案简介

环保尾汽管理只是其中很小的一个应用案例，如图3，环保尾汽主要是控制机动车的尾汽污染和环境信息的发布。它涉及信息采集、信息管理控制和信息发布的全过程，这是我们机动车尾汽排放管理制度的一个应用系统。其中，RFID在机动车尾汽管理中主要在以下模块得到应用：维修模块、移动检测模块和信息检测模块。东软尾气管理方案的定位和目标如下：

1）方案定位：辅助控制机动车尾气污染和环境信息发布；

2）方案主体：城市机动车尾气检测监测网络平台和信息发布；

3）方案特点：提供快速准确的尾气检测监测数据网络及应用；

4）RFID应用：用于车辆一致性检测和基础数据管理；

5）方案目标：能够实现环保局的要求，即未来全面实现城市机动车污染排放控制网络。

6）方案支持良好的业务管理模型：监督方式多样化，管理规范有力，决策科学。

图3 环保局环境监测和保护体系

机动车尾气排放控制管理系统是一套为环保尾气部门提供的，对车辆排放检测场、检测设备、检测数据进行管理、存储和加工的信息采集与处理的系统。系统提供双向的数据传输，不仅能采集检测过程、结果数据，更能实现对检测场、检测设备、检测人员的监控与管理，并且能够实时分析检测设备的工作状态。

图4 北京市机动车排放监管系统整体结构

2.2 东软尾气管理方案技术框架

系统的总体架构如图4。它本身也是一个分层的结构，而RFID应用相关部分主要是使用一个中间件将具体的应用和RFID设备做了一个隔离。

在这个项目中采用Oracle中间件的产品，如图5所示，它不仅能为尾气管理的整个系统提供有效的方案，还能提供移动的解决方案。主要通过中间件隔离应用RFID读写卡和移动的读卡设备，即我们应用软件只需要和中间件服务器打交道，底下所有和读写器和移动设备的交换处理和流程控制都由中间件本身来完成。

图5 东软机动车尾气管理系统解决方案

3 RFID技术的作用和应用特点

RFID技术的作用有以下几点：

1）环保尾气管理应用整合。RFID技术在尾气排放管理系统中起到一个集成的作用，做到了检测、维修和路检的统一。

2）系统运行监管。系统运行的监管的主要作用是防作弊，使尾气排放方案得到很好的落实。

3）多部门应用协同与扩展应用。

图6 机动车尾气管理系统配置示意图

RFID技术的应用特点有以下几点：

1）技术先进。选用了900M车辆应用、Edge server应用、包括移动检测的移动应用的场景。

2）实施覆盖广。一期计划覆盖北京的两年以上车龄的200万辆车，全部检测项计划在6000家维修场房推广。

3）汽车检测管理适用性。和一般的RFID汽车的应用有所不同，是一个长距离的、不等距的读写的应用，即要求8m以上的读写距离、读写范围在8m到16m之间。汽车有一个特点它本身是一个以驱动轴为固定点的，那么标签与读写器的距离是不定的，高度、角度、距离都是不定的。还需要汽车的应用环境，包括检测场天线的布设。另外为了防止作弊的发生，采用防撕毁标签。

4）系统可靠性要求高。包括设备选择、施工、标签工艺。北京市政府要求车上贴的标签要保证3年的使用时间，3年内损坏率要低于90%，这样对标签的工艺就有一定的要求。

图7 机动车尾气排放监管系统功能结构图

4 东软机动车尾气排放Ｉ／Ｍ制度监管系统解决方案

4.1 RFID数据采集部分

1)每一辆机动车都会有唯一标识这辆机动车的RFID环保卡

防止用其他车来替换待检测车辆；

防止检测时换车的作弊行为；

可以在几米外读写，保证了检测的效率。

2）提供多种检测方式

检测场有固定的检测线，装备固定的RFID读卡设备，要求车辆定期检测；

路检移动检测设备对车辆做不定期检测，具有移动的RFID读取能力。

图8 RFID数据采集部分

4.2 基于Oracle RFID EDGE服务器

1）Oracle边缘服务器特性

纯J2ee应用，标准的J2EE开发，部署和管理

支持数据自动写入Oracle数据库

灵活的驱动器/过滤器/分发器架构，支持多种编程接口。

和Oracle BIEE/BAM做了预先集成

自带J2EE服务器（OC4J），不需要额外购买

2）移动设备支持

Oracle的SEM模块可以直接嵌入到WinCE系统里然后直接访问应用服务器的网页就可以实现移动设备的RFID读写功能，不需要复杂的WinCE编程

图9 基于Oracle RFID EDGE服务器

4.3 尾气数据统计分析模块

1）检测数据需要进行各种分析才能够为业务开展提供依据

一目了然的各种检测场指标分析

合格车辆/不合格车辆特征分析

检测业务的时间分析，地点分析

2）Oracle BIEE为分析提供了完整易用的分析平台

Dashboard进行易于理解的智能展现

强大的异构连接能力可以跨多种数据源

即席查询和下转功能提供业务问题的答案

主动预警功能（Email、web服务等）提供从业务到行动的一站式服务

图10 尾气数据统计分析模块

4.4 实时管理和监控

对于需要实时管理和监控的检测场可以选用Oracle的BAM来实现实时管理和监控的目标（部署在中心可以提供所有检测场的监控）

可以定义关键的KPI业务指标

所有指标随着业务的实时变化在图形上自动动态变化

可以定义阈值进行预警，或者根据阈值进行动作（比如直接禁用检测场的系统）

图11 实时管理和监控

5 案例——北京环保尾气项目

以下是北京环保尾汽项目中的一个案例介绍：

目前北京共有320万辆机动车、43家汽检测场、250条检测线，其中检测场的所有检测线设置了220个固定读写器、服务器49台、移动84个，目前这还只是初步的应用。

5.1 应用流程

图12是一个简单的应用流程，它涉及到机动车的RFID的刷卡、卡的识别、卡的信息预读、预看和判断处理。它在机动车检测场和移动检测车和维修厂等几个环节中的应用串联起来。这是移动应用的一个案例。

图13是采用手持式的移动终端。目前我们也在寻找这种手持式的移动终端，目前国内可选择的产品并不是很多。

图12 北京环保尾气项目应用流程

图13 北京环保尾气项目采用手持式终端的应用流程

图14 RFID移动应用

5.2 现场部署

机动车尾气检测场是一个半开放式的结构，类似于高速公路的一个通道。在这次过程中结合长距离、不等距读写这两个特点，采用L架和龙门架的顶端配线的模式。而且是在每条检测线上部署两个天线，这样能够在符合国家规范的条件下，保证比较好的读写距离。另外环保设备对工作人员的干扰有很高的要求，所以对功率作了严格的限制，读写的间隔也做了比较好的设定，最后达到的效果是整个系统对人体的干扰小于手机对人体的干扰。

图15 现场部署

图15左边是室外防护箱，室外防护箱是为了防止检测场站的人为破坏。右边是防撕毁标签，标签贴在玻璃的右上角，一方面可以防撕毁，另一方面解决了隔膜的透过问题。

图16 室外防护箱部署和防撕毁侧贴卡

5.3 其它功能介绍

本应用系统软件的其它功能有：

统计分析，这也是基于Oracle产品来实现的；

停车管理，包括停车场的管理和路边停车的管理，这在韩国已经得到了应用。

车辆范围管理，比如奥运期间，进入某个范围的车都会受到监控。

车辆执行管理，比如广州举行大型会议时，要求公交车在会议期间必须至少两次进入会议区域，这同样可以应用在北京奥运会期间。

交通分析，可以在北京的二、三环上设置一些读写点，对通过的车辆的流量、车型、车速等方面进行数据采集和分析。

物流管理应用。