基于管

　　摘  要： 针对人们对汽车生活的新要求，设计实现了一种基于管-云-端结构的汽车远程实时监控系统，它能通过互联网实现对汽车各种行车和故障数据的可视化实时监测。其中，“管”是汽车智慧感知与通信终端，“云”是互联网车云服务平台，“端”是配套手机APP。管、云、端分别实现汽车数据的采集传输、处理和展示，三者通过网络通信与链接，共同组成车联网实时监控系统。

　　关键词： 管-云-端；汽车监控；车联网

0 引言

　　现今，汽车不断朝着电子化方向发展，汽车将成为最大的电子产品，车联网系统成为了汽车网络的发展方向。车联网[1]通过综合现代传感技术、通信技术、电子技术和计算机技术，对车况信息和道路交通信息进行全面感知和处理，实现人与车、人与云、人与人的交互，使汽车和交通环境越来越智能化。

　　随着移动互联网的发展，尤其是大数据、云系统的兴起，信息时代的各种系统应用可以通过互联网得到更好的实现。智能手机的迅速崛起以及移动终端处理能力的加强，催生了大量功能实用的手机APP，许多以前在PC上完成的工作现在已经转移到智能手机上进行。在此背景下，互联网云平台结合智能手机终端的应用模式，越来越多地被纳入车联网的应用之中。

　　汽车已成为现代市民出行的重要个人交通工具，人们对行车安全和车辆状况的关注不断加强，渴望可以利用手中的智能手机方便地对汽车远程实时监控、实时模拟仪表盘以及享受各种智能化服务[2]。本文提出的汽车远程实时监控系统是一款基于管-云-端结构的车联网系统，它对各种行车数据进行实时记录，并通过互联网呈现到车主的手机终端、4S店的终端设备或者智能交通系统上。其中，手机APP是端系统，从汽车感知的信息在云端处理后通过它呈现给用户；车载智慧通信终端是管系统，它能感知汽车的CAN/OBD数据，并通过泛在网络实现V2V、V2I互联互通；车云大数据服务平台是云系统，它是车辆与使用者的数据仓库和分析大脑，是车联网生产力的价值所在[3]。

1 汽车远程实时监控系统功能分析

　　系统配合相应的终端APP和互联网云平台，能够为车辆提供车辆状态检测、异常报警、3D传感器采集车辆状态、跟踪定位、远程车辆故障诊断与提醒、车辆油耗统计、里程统计等各项数据的实时监控，概括地说，本系统是手机里的全息行车记录仪，以保障车主的人身安全、财产安全和行车安全，同时本系统还可支持汽车4S店主动服务、车辆管理[4]、车友互动等功能。具体功能要求为：

　　（1）实时自检：任何时候一键车辆自检，车辆健康指数呈现；

　　（2）碰撞告警：车辆发生碰撞时自动告警，位置坐标及时传递至救援机构；

　　（3）故障告警：监控100多项行车数据，车辆数据实时监控；

　　（4）行车记录：行车路线全纪录，分段显示，实时轨迹跟踪；

　　（5）一键报警：可与保险公司、4S店对接，形成SOS一键报险；

　　（6）保养提醒：精准里程，及时保养提醒；

　　（7）油耗统计：实时油耗，平均油耗分类统计，油费智能计算；

　　（8）智能防盗：拖车告警，定位跟踪，设备断电告警。

　　系统把以上车况信息数据实时采集，并通过网络连接上传至互联网云平台，然后通过将本系统智能车载终端与自己的汽车绑定，就能实时获得爱车的各项信息，享受保养提醒、安全保护、周边信息、车友娱乐等各种贴心服务，甚至是在遇到危险时第一时间获得主动援助和保险处理。

2 系统架构与硬件设计

　　目前产业内的大多数车联网方案普遍缺乏整体性且要素不完整、不具备系统性。本系统在设计上构建了管-云-端结构的车联网系统，并实现了要素间的有机关联和互动，整体结构如图1所示。

　　系统由智能手机客户端、车载智慧终端（GID）和云服务平台组成。GID具备OBD接口、智能传感器、CAN解析，负责采集车辆的各参数动态信息，并完成CAN数据的转换，通过通信模块将数据上传至云服务平台。云服务平台对用户数据进行存储、分析、处理，并响应、推送分析结果到手机APP上。手机APP从云服务平台获取汽车仪表参数数据，并通过一定的界面将汽车实时状态远程展现给用户、4S店、车辆管理机构或智能交通系统。

　　2.1 管系统设计

　　本系统的车载智慧感知与通信终端（GID）使汽车具备泛在上网与融合通信能力，符合OBD-Ⅱ国际标准、国标809规范，具有Smart OBD接口和CAN解析，通过Smart OBD与CAN总线相连，可以感知车辆任何动态运行信息和仪表参数数据，并通过3G/LTE通信模块把车辆运行数据（车辆位置、发动机系统数据、底盘系统数据、车身系统数据、仪表盘系统数据等）通过网络投射到公司后端云平台服务器进行处理。另外，GID还具备GPS定位、LTE双向通信、碰撞检测[5]、数字基因生成、串口升级等功能。

　　根据以上分析，GID可设计如下：

　　（1）通过CAN模块获取CAN接口中的数据流和故障，提取车辆速度、故障灯状态、剩余油量等24项数据，数据回传时间间隔参数可设定；

　　（2）通过3D模块，结合内置精密3D传感器，监测车辆的X、Y、Z的加速度变化，来判断车辆的碰撞等安全状况并通过云平台报告给车主及相关人员；

　　（3）通过GPS模块获取定位数据，结合智能算法进行处理，获取精确的行车轨迹；

　　（4）通过3G/LTE通信模块实现泛在上网、双向通信，通过射频部分接入相应的无线网络，再通过运营商提供的接入服务连接Internet，将数据上传云平台服务器。

　　由此，智能终端GID由中央处理器、CAN模块、3D模块、GPS模块、3G/LTE通信模块等组成，其系统框图如图2所示。此外还包括配套的GPS天线和3G/LTE天线。其软件系统具有芯片的加密算法，每个终端有唯一的18位识别ID，客户使用终端可以做唯一的身份认证[6]。

　　2.2 云系统设计

　　本系统构建的车云平台是一个涉车大数据平台，它实现了车联网业务和数据的全面互联互通，具有一点接入、全网共享的能力。该平台汇聚并管理海量的车辆实体数据、涉车产业链数据、手机终端信息、驾驶行为信息、车主的社会化信息、智能终端车辆感知信息等，并支持全局检索，支持与位置无关的跨企业、跨地域的车辆管理。

　　本系统云服务平台是数据存储、处理和控制的核心，是系统的后台部分[7]，主要功能有：（1）接收GID上报的原始数据；（2）从这些数据中计算出对应汽车的动态信息和各仪表盘数据等；（3）响应或推送分析结果到手机APP上。车云可以说是汽车CAN的大脑（Smart OBD），支持上亿用户对智能车机的访问。

　　车云大数据平台使用自主开发的车联网BOSS系统进行监控和管理，使得能够提供全天候7×24的信息技术服务，支持千万级在线GID和上亿级APP，容量随时可扩展。平台主要分为数据存储层、通用逻辑层、业务处理层等几个部分，如图3所示。云服务平台的大数据技术采用“系统关系数据库＋NoSQL＋流式计算＋分布式批量计算+BI”的方案。NoSQL用于管理从汽车上采集到的数据以及后面流程的数据，车辆行驶数据以日志文件的方式存储，监控管理结果采用一种内存数据库方案。

　　本系统车云平台通过提供Open API、网关开放协议、平台对接等多种形式，快速支持包括第三方终端、第三方数据网关、第三方APP、第三方ERP、第三方4S CRM系统的对接。

　　2.3 端系统设计

　　本系统的端是手机和PC客户端，它让用户通过APP享受实时监控系统的功能，并可发起各种服务请求。客户端远程发送操作指令到云服务平台，并从云服务平台远程获取响应信息展现给用户[8]，用户通过手机APP实现对爱车的远程实时监控及实时仪表盘查看，或者接受汽车4S店、车辆管理、车友互动等服务。

　　本系统的终端APP主要基于Android和IOS两大移动操作系统，采用模块化设计和面向对象程序设计语言。在系统架构上分为终端（客户端）和云端（服务器端）。终端在设计上分为界面层、功能层和数据层，层级之间利用相应协议进行传输控制。界面层包括基础框架逻辑（主要是根据终端尺寸和分辨率进行模块化布局）以及皮肤层（主要是以个性化为目的的可拆卸替换的皮肤和配色方案）。数据层包括终端保存的配置文件、数据表、对应表和终端上的相关文件。而功能层控制这些数据的读、写、增、删、转移。

　　软件工作流程如下：

　　（1）APP用户发起请求，如行车记录、车况检测、一键救援等；

　　（2）请求信息通过程序传送至车云服务器端；

　　（3）服务器响应用户请求，并将结果传回客户端。

　　APP相当于手机里的行车记录仪，可以向用户展示各种行车数据。软件可以通过“系统设置”功能项与爱车绑定，通过“我的车”功能项查看所绑定车辆的仪表盘，点击“详细参数”可查看其余各项信息。通过“车况指数”功能项可以进行动力系统、底盘系统、车身系统、信号系统的检测。另外，软件还具有一键救援、汽车4S服务等功能。

3 系统连接与功能测试

　　3.1 系统连接

　　管、云、端通过网络通信连接成了本文所提的远程实时监控系统，不断演进的GID将发掘和感知越来越多的涉车运行数据，将车辆带入一个全新的移动互联网与车联网时代。车云平台有别于其他不能互联互通的独立平台，它是一个可以不分地域、不分业务种类、车辆全网透视、统一集中的开放车联网业务平台，如图4所示。以APP为代表的移动互联网，真正实现了汽车本身及涉车相关业务的可视化，没有移动互联网APP，就难以实现人车互动的车联网。

　　本文所述车联网系统在技术要点上分为三大部分，自下而上为：GID车载终端技术、IOV平台技术和APP技术，如图5所示。借助于IOV开放的GIDGW网关，任何车机终端厂商都可以提供强大完整的车联网解决方案；借助于IOV开放的API接口，任何一个小型APP开发团队都可以提供强大完整的车联网解决方案。

　　3.2 系统功能测试

　　功能测试中系统的软硬件均符合前述的设计标准，车载智慧终端能按设定的回传周期采集行车和车况数据，并通过电信网络上传至云平台，云服务平台正确响应大量客户的服务请求，并将各种行车或报警信息及时推送到终端。其中GID的电气参数如表1所示。

　　手机终端下载并安装应用软件后，登录软件，首先进行用户注册，注册完毕后用此帐号登录，在系统设置中新建车辆，输入车牌号，然后输入车机注册码对车机绑定。完成上述操作之后，登录软件，点击“我的车辆”，根据绑定的不同车机类型，可看到车辆的不同信息，一般包括车辆信息、轨迹查询、跟踪、位置、状态等各种信息，此外还包括各种基于本系统的相关服务菜单，比如汽车4S、车友互动、车友服务等。图6所示为本手机软件的车况检测和仪表盘参数的界面截图。

4 结论

　　本文设计了一种基于管-云-端结构的汽车远程实时监控系统，它能够通过移动互联网技术将各种行车信息呈现给用户，实现对汽车的远程监控和管理。基于本系统的开放互联体系，智能交通系统、汽车4S店和保险公司等第三方CRM系统可以与车云平台无缝对接，搭建自己的车联网业务解决方案。本系统的车载智慧终端除了感知各种行车数据外，还具备LTE通信模块。下一步的工作将基于GID的上网功能添加WIFI模块，构建车内网、车际网和车载移动互联网，同时在手机APP中增加更丰富的功能应用，比如基于车辆信息的交友、娱乐和智能交通等功能，从而打造更加完美的汽车生活。

参考文献

　　[1] HARTENSTEIN H， LABERTEAUX K P. Vanet vehicular application and inter-network  technologies[M]. Chichester： Wiley， 2010．

　　[2] UZCATEGUI R， ACOSTA-MARUM G. Wave： a tutorial[J]. IEEE Communications Magazine， 2009， 47（5）：126-133．

　　[3] 郑智，魏爱国，高文伟.车联网技术与发展[J].军事交通学院学报，2014，16（3）：70-73.

　　[4] 司桂芳，刘南杰，赵海涛.基于GID的网络车牌管理系统[J].电信快报，2012（12）：44-46.

　　[5] 刘委婉，陈志佳，刘南杰，等.VANET中基于碰撞概率和过期概率的自适应退避算法研究[J].电信科学，2014，30（3）：94-97.

　　[6] 刘南杰，赵海涛.一种网络空间中的数字基因身份识别方法[J].信息通信技术，2012，31（6）：28-32.

　　[7] 高林，宋相倩，王洁萍.云计算及其关键技术研究[J].微型机与应用，2011，30（10）：5-7.

　　[8] 谢寒冰，贺松.基于3G的移动云系统的研究与设计[J].微型机与应用，2014，33（6）：4-7.