摘 要： 針對人們對汽車生活的新要求,，設計實現(xiàn)了一種基于管-云-端結(jié)構(gòu)的汽車遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)，它能通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對汽車各種行車和故障數(shù)據(jù)的可視化實時監(jiān)測,。其中,，“管”是汽車智慧感知與通信終端，“云”是互聯(lián)網(wǎng)車云服務平臺,，“端”是配套手機APP,。管、云,、端分別實現(xiàn)汽車數(shù)據(jù)的采集傳輸,、處理和展示，三者通過網(wǎng)絡通信與鏈接,，共同組成車聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)控系統(tǒng),。
關鍵詞： 管-云-端；汽車監(jiān)控,；車聯(lián)網(wǎng)
0 引言
現(xiàn)今,，汽車不斷朝著電子化方向發(fā)展，汽車將成為最大的電子產(chǎn)品,，車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)成為了汽車網(wǎng)絡的發(fā)展方向,。車聯(lián)網(wǎng)[1]通過綜合現(xiàn)代傳感技術、通信技術,、電子技術和計算機技術,，對車況信息和道路交通信息進行全面感知和處理，實現(xiàn)人與車,、人與云,、人與人的交互，使汽車和交通環(huán)境越來越智能化,。
隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,，尤其是大數(shù)據(jù)、云系統(tǒng)的興起,，信息時代的各種系統(tǒng)應用可以通過互聯(lián)網(wǎng)得到更好的實現(xiàn),。智能手機的迅速崛起以及移動終端處理能力的加強，催生了大量功能實用的手機APP,，許多以前在PC上完成的工作現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)移到智能手機上進行,。在此背景下,，互聯(lián)網(wǎng)云平臺結(jié)合智能手機終端的應用模式，越來越多地被納入車聯(lián)網(wǎng)的應用之中,。
汽車已成為現(xiàn)代市民出行的重要個人交通工具,，人們對行車安全和車輛狀況的關注不斷加強，渴望可以利用手中的智能手機方便地對汽車遠程實時監(jiān)控,、實時模擬儀表盤以及享受各種智能化服務[2],。本文提出的汽車遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)是一款基于管-云-端結(jié)構(gòu)的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，它對各種行車數(shù)據(jù)進行實時記錄,，并通過互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)到車主的手機終端,、4S店的終端設備或者智能交通系統(tǒng)上。其中,，手機APP是端系統(tǒng),，從汽車感知的信息在云端處理后通過它呈現(xiàn)給用戶；車載智慧通信終端是管系統(tǒng),，它能感知汽車的CAN/OBD數(shù)據(jù),，并通過泛在網(wǎng)絡實現(xiàn)V2V、V2I互聯(lián)互通,；車云大數(shù)據(jù)服務平臺是云系統(tǒng),，它是車輛與使用者的數(shù)據(jù)倉庫和分析大腦，是車聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)力的價值所在[3],。
1 汽車遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)功能分析
系統(tǒng)配合相應的終端APP和互聯(lián)網(wǎng)云平臺,，能夠為車輛提供車輛狀態(tài)檢測、異常報警,、3D傳感器采集車輛狀態(tài),、跟蹤定位、遠程車輛故障診斷與提醒,、車輛油耗統(tǒng)計,、里程統(tǒng)計等各項數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，概括地說,，本系統(tǒng)是手機里的全息行車記錄儀，以保障車主的人身安全,、財產(chǎn)安全和行車安全,，同時本系統(tǒng)還可支持汽車4S店主動服務、車輛管理[4],、車友互動等功能,。具體功能要求為：
（1）實時自檢：任何時候一鍵車輛自檢,，車輛健康指數(shù)呈現(xiàn),；
?。?）碰撞告警：車輛發(fā)生碰撞時自動告警，位置坐標及時傳遞至救援機構(gòu),；
?。?）故障告警：監(jiān)控100多項行車數(shù)據(jù)，車輛數(shù)據(jù)實時監(jiān)控,；
?。?）行車記錄：行車路線全紀錄，分段顯示,，實時軌跡跟蹤,；
（5）一鍵報警：可與保險公司,、4S店對接,，形成SOS一鍵報險；
?。?）保養(yǎng)提醒：精準里程,，及時保養(yǎng)提醒；
?。?）油耗統(tǒng)計：實時油耗,，平均油耗分類統(tǒng)計，油費智能計算,；
?。?）智能防盜：拖車告警，定位跟蹤,，設備斷電告警,。
系統(tǒng)把以上車況信息數(shù)據(jù)實時采集，并通過網(wǎng)絡連接上傳至互聯(lián)網(wǎng)云平臺,，然后通過將本系統(tǒng)智能車載終端與自己的汽車綁定,，就能實時獲得愛車的各項信息，享受保養(yǎng)提醒,、安全保護,、周邊信息、車友娛樂等各種貼心服務,，甚至是在遇到危險時第一時間獲得主動援助和保險處理,。
2 系統(tǒng)架構(gòu)與硬件設計
目前產(chǎn)業(yè)內(nèi)的大多數(shù)車聯(lián)網(wǎng)方案普遍缺乏整體性且要素不完整、不具備系統(tǒng)性,。本系統(tǒng)在設計上構(gòu)建了管-云-端結(jié)構(gòu)的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),，并實現(xiàn)了要素間的有機關聯(lián)和互動，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
系統(tǒng)由智能手機客戶端,、車載智慧終端（GID）和云服務平臺組成,。GID具備OBD接口、智能傳感器,、CAN解析,，負責采集車輛的各參數(shù)動態(tài)信息，并完成CAN數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,，通過通信模塊將數(shù)據(jù)上傳至云服務平臺,。云服務平臺對用戶數(shù)據(jù)進行存儲、分析,、處理,，并響應、推送分析結(jié)果到手機APP上,。手機APP從云服務平臺獲取汽車儀表參數(shù)數(shù)據(jù),，并通過一定的界面將汽車實時狀態(tài)遠程展現(xiàn)給用戶、4S店,、車輛管理機構(gòu)或智能交通系統(tǒng),。
2.1 管系統(tǒng)設計
本系統(tǒng)的車載智慧感知與通信終端（GID）使汽車具備泛在上網(wǎng)與融合通信能力，符合OBD-Ⅱ國際標準,、國標809規(guī)范,，具有Smart OBD接口和CAN解析，通過Smart OBD與CAN總線相連,，可以感知車輛任何動態(tài)運行信息和儀表參數(shù)數(shù)據(jù),，并通過3G/LTE通信模塊把車輛運行數(shù)據(jù)（車輛位置、發(fā)動機系統(tǒng)數(shù)據(jù),、底盤系統(tǒng)數(shù)據(jù),、車身系統(tǒng)數(shù)據(jù)、儀表盤系統(tǒng)數(shù)據(jù)等）通過網(wǎng)絡投射到公司后端云平臺服務器進行處理,。另外,，GID還具備GPS定位、LTE雙向通信,、碰撞檢測[5],、數(shù)字基因生成、串口升級等功能,。
根據(jù)以上分析,，GID可設計如下：
（1）通過CAN模塊獲取CAN接口中的數(shù)據(jù)流和故障,，提取車輛速度、故障燈狀態(tài),、剩余油量等24項數(shù)據(jù),，數(shù)據(jù)回傳時間間隔參數(shù)可設定,；
（2）通過3D模塊,，結(jié)合內(nèi)置精密3D傳感器,，監(jiān)測車輛的X、Y,、Z的加速度變化,，來判斷車輛的碰撞等安全狀況并通過云平臺報告給車主及相關人員；
?。?）通過GPS模塊獲取定位數(shù)據(jù),，結(jié)合智能算法進行處理，獲取精確的行車軌跡,；
?。?）通過3G/LTE通信模塊實現(xiàn)泛在上網(wǎng)、雙向通信,，通過射頻部分接入相應的無線網(wǎng)絡,，再通過運營商提供的接入服務連接Internet，將數(shù)據(jù)上傳云平臺服務器,。
由此,，智能終端GID由中央處理器、CAN模塊,、3D模塊,、GPS模塊、3G/LTE通信模塊等組成,，其系統(tǒng)框圖如圖2所示,。此外還包括配套的GPS天線和3G/LTE天線。其軟件系統(tǒng)具有芯片的加密算法,，每個終端有唯一的18位識別ID,，客戶使用終端可以做唯一的身份認證[6]。
2.2 云系統(tǒng)設計
本系統(tǒng)構(gòu)建的車云平臺是一個涉車大數(shù)據(jù)平臺,，它實現(xiàn)了車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務和數(shù)據(jù)的全面互聯(lián)互通,，具有一點接入、全網(wǎng)共享的能力,。該平臺匯聚并管理海量的車輛實體數(shù)據(jù),、涉車產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)、手機終端信息,、駕駛行為信息,、車主的社會化信息、智能終端車輛感知信息等,，并支持全局檢索,，支持與位置無關的跨企業(yè),、跨地域的車輛管理。
本系統(tǒng)云服務平臺是數(shù)據(jù)存儲,、處理和控制的核心,，是系統(tǒng)的后臺部分[7]，主要功能有：（1）接收GID上報的原始數(shù)據(jù),；（2）從這些數(shù)據(jù)中計算出對應汽車的動態(tài)信息和各儀表盤數(shù)據(jù)等,；（3）響應或推送分析結(jié)果到手機APP上。車云可以說是汽車CAN的大腦（Smart OBD）,，支持上億用戶對智能車機的訪問,。
車云大數(shù)據(jù)平臺使用自主開發(fā)的車聯(lián)網(wǎng)BOSS系統(tǒng)進行監(jiān)控和管理，使得能夠提供全天候7×24的信息技術服務,，支持千萬級在線GID和上億級APP,，容量隨時可擴展。平臺主要分為數(shù)據(jù)存儲層,、通用邏輯層,、業(yè)務處理層等幾個部分，如圖3所示,。云服務平臺的大數(shù)據(jù)技術采用“系統(tǒng)關系數(shù)據(jù)庫＋NoSQL＋流式計算＋分布式批量計算+BI”的方案,。NoSQL用于管理從汽車上采集到的數(shù)據(jù)以及后面流程的數(shù)據(jù)，車輛行駛數(shù)據(jù)以日志文件的方式存儲,，監(jiān)控管理結(jié)果采用一種內(nèi)存數(shù)據(jù)庫方案,。
本系統(tǒng)車云平臺通過提供Open API、網(wǎng)關開放協(xié)議,、平臺對接等多種形式,，快速支持包括第三方終端、第三方數(shù)據(jù)網(wǎng)關,、第三方APP,、第三方ERP、第三方4S CRM系統(tǒng)的對接,。
2.3 端系統(tǒng)設計
本系統(tǒng)的端是手機和PC客戶端,，它讓用戶通過APP享受實時監(jiān)控系統(tǒng)的功能，并可發(fā)起各種服務請求,?？蛻舳诉h程發(fā)送操作指令到云服務平臺，并從云服務平臺遠程獲取響應信息展現(xiàn)給用戶[8],，用戶通過手機APP實現(xiàn)對愛車的遠程實時監(jiān)控及實時儀表盤查看,，或者接受汽車4S店、車輛管理、車友互動等服務,。
本系統(tǒng)的終端APP主要基于Android和IOS兩大移動操作系統(tǒng),，采用模塊化設計和面向?qū)ο蟪绦蛟O計語言。在系統(tǒng)架構(gòu)上分為終端（客戶端）和云端（服務器端）,。終端在設計上分為界面層、功能層和數(shù)據(jù)層,，層級之間利用相應協(xié)議進行傳輸控制,。界面層包括基礎框架邏輯（主要是根據(jù)終端尺寸和分辨率進行模塊化布局）以及皮膚層（主要是以個性化為目的的可拆卸替換的皮膚和配色方案）。數(shù)據(jù)層包括終端保存的配置文件,、數(shù)據(jù)表,、對應表和終端上的相關文件。而功能層控制這些數(shù)據(jù)的讀,、寫,、增、刪,、轉(zhuǎn)移,。
軟件工作流程如下：
（1）APP用戶發(fā)起請求,，如行車記錄,、車況檢測、一鍵救援等,；
?。?）請求信息通過程序傳送至車云服務器端；
?。?）服務器響應用戶請求,，并將結(jié)果傳回客戶端。
APP相當于手機里的行車記錄儀,，可以向用戶展示各種行車數(shù)據(jù),。軟件可以通過“系統(tǒng)設置”功能項與愛車綁定，通過“我的車”功能項查看所綁定車輛的儀表盤,，點擊“詳細參數(shù)”可查看其余各項信息,。通過“車況指數(shù)”功能項可以進行動力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng),、車身系統(tǒng),、信號系統(tǒng)的檢測。另外,，軟件還具有一鍵救援,、汽車4S服務等功能。
3 系統(tǒng)連接與功能測試
3.1 系統(tǒng)連接
管、云,、端通過網(wǎng)絡通信連接成了本文所提的遠程實時監(jiān)控系統(tǒng),，不斷演進的GID將發(fā)掘和感知越來越多的涉車運行數(shù)據(jù)，將車輛帶入一個全新的移動互聯(lián)網(wǎng)與車聯(lián)網(wǎng)時代,。車云平臺有別于其他不能互聯(lián)互通的獨立平臺,，它是一個可以不分地域、不分業(yè)務種類,、車輛全網(wǎng)透視,、統(tǒng)一集中的開放車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務平臺，如圖4所示,。以APP為代表的移動互聯(lián)網(wǎng),，真正實現(xiàn)了汽車本身及涉車相關業(yè)務的可視化，沒有移動互聯(lián)網(wǎng)APP,，就難以實現(xiàn)人車互動的車聯(lián)網(wǎng),。
本文所述車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在技術要點上分為三大部分，自下而上為：GID車載終端技術,、IOV平臺技術和APP技術,，如圖5所示。借助于IOV開放的GIDGW網(wǎng)關,，任何車機終端廠商都可以提供強大完整的車聯(lián)網(wǎng)解決方案,；借助于IOV開放的API接口，任何一個小型APP開發(fā)團隊都可以提供強大完整的車聯(lián)網(wǎng)解決方案,。
3.2 系統(tǒng)功能測試
功能測試中系統(tǒng)的軟硬件均符合前述的設計標準,，車載智慧終端能按設定的回傳周期采集行車和車況數(shù)據(jù)，并通過電信網(wǎng)絡上傳至云平臺,，云服務平臺正確響應大量客戶的服務請求,，并將各種行車或報警信息及時推送到終端。其中GID的電氣參數(shù)如表1所示,。
手機終端下載并安裝應用軟件后,，登錄軟件，首先進行用戶注冊,，注冊完畢后用此帳號登錄,，在系統(tǒng)設置中新建車輛，輸入車牌號,，然后輸入車機注冊碼對車機綁定,。完成上述操作之后，登錄軟件,，點擊“我的車輛”,，根據(jù)綁定的不同車機類型,，可看到車輛的不同信息，一般包括車輛信息,、軌跡查詢,、跟蹤、位置,、狀態(tài)等各種信息,，此外還包括各種基于本系統(tǒng)的相關服務菜單，比如汽車4S,、車友互動,、車友服務等。圖6所示為本手機軟件的車況檢測和儀表盤參數(shù)的界面截圖,。
4 結(jié)論
本文設計了一種基于管-云-端結(jié)構(gòu)的汽車遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)，它能夠通過移動互聯(lián)網(wǎng)技術將各種行車信息呈現(xiàn)給用戶,，實現(xiàn)對汽車的遠程監(jiān)控和管理,。基于本系統(tǒng)的開放互聯(lián)體系,，智能交通系統(tǒng),、汽車4S店和保險公司等第三方CRM系統(tǒng)可以與車云平臺無縫對接，搭建自己的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務解決方案,。本系統(tǒng)的車載智慧終端除了感知各種行車數(shù)據(jù)外,，還具備LTE通信模塊。下一步的工作將基于GID的上網(wǎng)功能添加WIFI模塊,，構(gòu)建車內(nèi)網(wǎng),、車際網(wǎng)和車載移動互聯(lián)網(wǎng)，同時在手機APP中增加更豐富的功能應用,，比如基于車輛信息的交友,、娛樂和智能交通等功能，從而打造更加完美的汽車生活,。
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