武建偉

（中國電子科技集團公司第二十七研究所，河南 鄭州 450000）

1 引言

近年來，隨著人們環(huán)保意識的提高，越來越多的用戶開始選擇購買新能源汽車。但是，新能源汽車的研發(fā)使用時間不長，監(jiān)測數(shù)據(jù)不多，因此，新能源汽車性能評估的數(shù)據(jù)支撐不足。故而，需要研發(fā)新能源汽車遠程監(jiān)控平臺[1]，為車主提供實時監(jiān)控及故障報警提示，同時收集新能源車輛的相關(guān)數(shù)據(jù)，為車輛性能的挖掘分析提供大數(shù)據(jù)支撐。

應(yīng)用架構(gòu)：分析系統(tǒng)應(yīng)用層次，確定系統(tǒng)功能體系以及各應(yīng)用的功能規(guī)格和非功能規(guī)格。

數(shù)據(jù)架構(gòu)：定義了平臺的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)分類、部署方式等。

技術(shù)架構(gòu)：采用B/S 模式，按照數(shù)據(jù)訪問層、應(yīng)用邏輯層、應(yīng)用服務(wù)和應(yīng)用展現(xiàn)層進行多層結(jié)構(gòu)體系設(shè)計，基于SOA 設(shè)計思想進行服務(wù)分層，采用可視化拓撲維護、專題圖自動生成等技術(shù)進行功能模塊設(shè)計。

2 遠程監(jiān)控平臺總體設(shè)計

2.1 實現(xiàn)目標

新能源汽車遠程監(jiān)控平臺主要通過與車載TBOX 實時通信，監(jiān)控車輛實時狀態(tài)，為新能源汽車安全運行提供保障。平臺分為服務(wù)器端軟件和客戶端軟件兩部分，其中，服務(wù)器端主要通過互聯(lián)網(wǎng)與TBOX 的3G/4G網(wǎng)絡(luò)進行通信，接收車輛的實時和補發(fā)信息，進行解析、保存等，并按照GB/T 32960—2016 協(xié)議[2]與國家平臺進行通信，將車輛的實時信息轉(zhuǎn)發(fā)至國家平臺。客戶端軟件通過訪問服務(wù)器端的數(shù)據(jù)，將車輛狀態(tài)以可視化形式呈現(xiàn)給用戶，并提供地圖基本操作、實時監(jiān)控、路徑規(guī)劃、歷史數(shù)據(jù)查詢、車輛故障監(jiān)控、安全報警、電子圍欄管理、信息錄入及維護、系統(tǒng)管理等功能。

2.2 平臺框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

新能源汽車遠程監(jiān)控平臺的系統(tǒng)架構(gòu)主要由業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)等部分組成，如圖 1 所示。

業(yè)務(wù)架構(gòu)：對車輛終端信息、上報信息、報警信息等進行分析、歸納，形成各業(yè)務(wù)對平臺的需求，為新能源汽車遠程監(jiān)控平臺的總體設(shè)計提供依據(jù)。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2.3 平臺接口設(shè)計

新能源汽車遠程監(jiān)控平臺的服務(wù)端采用TCP 套接字的方式開啟網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽接口，當收到TBOX 的連接請求時，建立一條獨立的TCP 通信鏈路與該TBOX 進行通信，通信過程要以線程的方式進行，保證平臺與每臺TBOX的通信獨立和唯一，并且對通信的鏈路進行監(jiān)控和維護，確保每條鏈路通信的穩(wěn)定可靠。

按照GB/T 32960—2016 協(xié)議要求，企業(yè)平臺接收到TBOX 數(shù)據(jù)時，需按照GB/T 32960—2016 企業(yè)平臺與國家平臺通信協(xié)議的格式，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至國家平臺。轉(zhuǎn)發(fā)時要遵守國家平臺的轉(zhuǎn)發(fā)機制，主要是補發(fā)數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)。平臺的數(shù)據(jù)接口設(shè)計如圖2 所示。

圖2 新能源汽車遠程監(jiān)控平臺軟件數(shù)據(jù)接口

2.4 通信接口規(guī)則設(shè)計

2.4.1 連接建立

本地平臺向國家平臺發(fā)起通信連接請求，通信鏈路建立后，本地平臺應(yīng)自動向國家平臺發(fā)送登入信息進行身份識別，國家平臺應(yīng)對接收到的數(shù)據(jù)進行校驗；校驗正確時，國家平臺應(yīng)該返回成功應(yīng)答 ；校驗錯誤時，國家平臺應(yīng)存儲錯誤數(shù)據(jù)記錄，并通知本地平臺。

本地平臺應(yīng)在接收到國家平臺的應(yīng)答指令后完成本次登入傳輸；本地平臺在規(guī)定時間內(nèi)未接收到應(yīng)答指令，應(yīng)每間隔1 分鐘重新登入，若連接三次登入無人應(yīng)答，應(yīng)間隔30 分鐘后，繼續(xù)重新連接，把未成功發(fā)送的數(shù)據(jù)重新上報，重復(fù)登入間隔時間可以設(shè)置。

2.4.2 信息傳輸

本地平臺登入成功后，應(yīng)向國家平臺上報電動汽車實時信息。當本地平臺上報信息時，國家平臺應(yīng)對接收到的數(shù)據(jù)進行校驗，校驗正確國家平臺做正確應(yīng)答，校驗錯誤則做錯誤應(yīng)答。國家平臺的應(yīng)答信息錯誤時，本地平臺應(yīng)重新發(fā)送車輛的本條實時信息，每間隔1 分鐘重新發(fā)送1 次，失敗3 次后不再發(fā)送。本地平臺上報的時間周期應(yīng)可調(diào)整，最大周期不應(yīng)超過30 秒，當車輛出現(xiàn)3 級報警時，應(yīng)上報故障發(fā)生時間點前后30 秒的數(shù)據(jù)且信息采樣周期不大于1 秒，其中，故障發(fā)生前數(shù)據(jù)應(yīng)以補發(fā)形式進行傳輸。

2.4.3 補發(fā)機制

當數(shù)據(jù)通信鏈路異常時，本地平臺應(yīng)將車輛實時上報的數(shù)據(jù)進行本地存儲。在數(shù)據(jù)通信鏈路恢復(fù)正常后，在發(fā)送實時上報數(shù)據(jù)的空閑時間完成補發(fā)存儲的上報數(shù)據(jù)。補發(fā)的上報數(shù)據(jù)應(yīng)為7 日內(nèi)通信鏈路異常期間存儲的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式與實時上報數(shù)據(jù)相同，并標識為補發(fā)信息上報。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 模塊化微服務(wù)

微服務(wù)是把一個大型應(yīng)用分散為互相可解耦的多個小應(yīng)用程序，然后通過調(diào)用小應(yīng)用程序來完成一次復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯要求。微服務(wù)各模塊可獨立部署，互相通過明確接口保證各服務(wù)之間是松耦合。模塊化則是把各個業(yè)務(wù)拆分為更小、相對獨立的模塊。這樣設(shè)計的優(yōu)勢是能彈性應(yīng)對業(yè)務(wù)壓力，當業(yè)務(wù)壓力較大時，可同時在多臺服務(wù)器啟動多個模塊實例，以應(yīng)對大量業(yè)務(wù)處理。而業(yè)務(wù)壓力較小的模塊，只需較少的實例，這樣能彈性利用系統(tǒng)資源，提供優(yōu)秀的橫向擴展能力。

3.2 數(shù)據(jù)存儲

為了應(yīng)對不同數(shù)據(jù)的存儲和管理要求，平臺采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、分布式文件存儲系統(tǒng)、NOSQL 數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，建立統(tǒng)一的分布式存儲環(huán)境，實現(xiàn)對時空大數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲。

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫：對系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行存儲管理，既滿足傳統(tǒng)關(guān)系查詢的業(yè)務(wù)需求，又適應(yīng)大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲的要求。

分布式文件系統(tǒng) ：采用Hadoop 等分布式文件系統(tǒng)，對地圖瓦片數(shù)據(jù)等非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行存儲管理，通過將大量小切片文件聚合為較大的數(shù)據(jù)包，統(tǒng)一存放在分布式存儲節(jié)點中，實現(xiàn)低成本、高可靠的存儲和并發(fā)訪問。

NoSQL 數(shù)據(jù)庫：對于實時位置信息和軌跡信息等海量離散時序信息，采用NoSQL 數(shù)據(jù)庫進行存儲、處理、統(tǒng)一建模和分析。

4 遠程監(jiān)控平臺實現(xiàn)

新能源汽車遠程監(jiān)控平臺分為服務(wù)器端實時數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)和客戶端的數(shù)據(jù)可視化管理。本章主要介紹服務(wù)器端的接收程序、客戶端的車輛實時狀態(tài)監(jiān)控、車輛報表統(tǒng)計和系統(tǒng)管理。

4.1 服務(wù)器端接收程序

平臺服務(wù)器端接收程序接收在客戶端接入平臺的汽車上報數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存至系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫。同時，按照GB/T 32960—2016 協(xié)議的要求，將數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)發(fā)至國家平臺，具體界面如圖 3 所示。

圖3 新能 源汽車接收程序

4.2 客戶端可視化管理

新能源汽車遠程監(jiān)控平臺提供了用戶權(quán)限管理機制，不同的用戶權(quán)限可使用相應(yīng)的系統(tǒng)功能，從而獲取不同的應(yīng)用價值?？蛻舳瞬扇/S 結(jié)構(gòu)，用戶輸入指定網(wǎng)址后，通過系統(tǒng)分配的用戶名和密碼登錄系統(tǒng)。

4.2.1 車輛實時狀態(tài)監(jiān)控

平臺可以對接入的所有車輛的實時位置（包括位置、車速、電量、時間等）和車輛狀態(tài)（包括整車數(shù)據(jù)、驅(qū)動電機數(shù)據(jù)等）進行監(jiān)控，并通過接收存儲車輛的實時位置，回訪車輛的歷史軌跡，重現(xiàn)某一車輛某一時段的行駛軌跡，方便管理單位掌控車輛行駛情況。同時，通過分析系統(tǒng)接收的車輛實時狀態(tài)信息，對車速、電量、圍欄等超出閾值的車輛進行警報提示，以減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。車輛實時狀態(tài)監(jiān)控如圖 4 所示。

圖4 車輛實 時狀態(tài)監(jiān)控

4.2.2 車輛報表統(tǒng)計

平臺可以對某一車輛某一時間段內(nèi)的故障情況、行駛里程、充電次數(shù)和時間等信息進行統(tǒng)計生成圖表，并可存儲打印，給車輛管理部門和車主提供準確的車輛行駛數(shù)據(jù)[3]。車輛統(tǒng)計報表可為車輛的維護維修提供更多建議，也可以為車輛的改進設(shè)計提供參考依據(jù)。車輛報表統(tǒng)計如圖 5 所示。

4.2.3 系統(tǒng)管理

新能源汽車遠程監(jiān)控平臺提供了車輛管理、業(yè)務(wù)管理、日志管理和用戶管理功能，用于對車輛配置、系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)用戶進行數(shù)據(jù)管理。

車輛管理：對車輛的分組信息、車型注冊、車輛注冊、充電樁等提供新增、編輯、刪除、查詢等管理功能，實現(xiàn)車輛信息的分類管理。

業(yè)務(wù)管理：對車輛的電子圍欄、路徑規(guī)劃、上報信息、報警信息等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行管理。

日志管理：對平臺的使用記錄和車輛的上下線記錄進行存儲，并提供查詢和Excel 表格下載功能。

用戶管理：對系統(tǒng)的用戶和用戶權(quán)限提供新增、編輯、刪除、查詢等管理功能。

圖5 車輛報表統(tǒng) 計圖

5 結(jié)束語

通過新能源車載TBOX、遠程監(jiān)控平臺和國家平臺之間的通信聯(lián)合調(diào)試，新能源汽車遠程監(jiān)控平臺已經(jīng)完成交付，成功上線運行。試運行期間，平臺在線監(jiān)控的新能源車輛達5000 余量，平臺運行穩(wěn)定。通過壓力測試，平臺交付后可同時在線監(jiān)控10 萬輛新能源汽車。新能源汽車遠程監(jiān)控平臺的上線，為新能源汽車運行數(shù)據(jù)的采集降低了人力物力和時間成本，為汽車研發(fā)人員的科研提供了大數(shù)據(jù)支撐。后續(xù)將針對手持移動端的應(yīng)用進行研發(fā)，方便車主用戶及時掌控車輛的實時狀態(tài)，從而更好地使用和維護新能源車輛。