摘 要： 針對(duì)人們對(duì)汽車生活的新要求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于管-云-端結(jié)構(gòu)的汽車遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),，它能通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車各種行車和故障數(shù)據(jù)的可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),。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(wù)平臺(tái),，“端”是配套手機(jī)APP,。管、云,、端分別實(shí)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(luò)通信與鏈接,，共同組成車聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),。
關(guān)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(luò)的發(fā)展方向,。車聯(lián)網(wǎng)[1]通過綜合現(xiàn)代傳感技術(shù)、通信技術(shù),、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù),，對(duì)車況信息和道路交通信息進(jìn)行全面感知和處理，實(shí)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(dòng)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(shí)代的各種系統(tǒng)應(yīng)用可以通過互聯(lián)網(wǎng)得到更好的實(shí)現(xiàn),。智能手機(jī)的迅速崛起以及移動(dòng)終端處理能力的加強(qiáng)，催生了大量功能實(shí)用的手機(jī)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(jī)上進(jìn)行,。在此背景下,，互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)結(jié)合智能手機(jī)終端的應(yīng)用模式,，越來越多地被納入車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用之中。
汽車已成為現(xiàn)代市民出行的重要個(gè)人交通工具,，人們對(duì)行車安全和車輛狀況的關(guān)注不斷加強(qiáng),，渴望可以利用手中的智能手機(jī)方便地對(duì)汽車遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)模擬儀表盤以及享受各種智能化服務(wù)[2],。本文提出的汽車遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(duì)各種行車數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并通過互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)到車主的手機(jī)終端,、4S店的終端設(shè)備或者智能交通系統(tǒng)上,。其中，手機(jī)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(luò)實(shí)現(xiàn)V2V,、V2I互聯(lián)互通,；車云大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)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(jià)值所在[3],。
1 汽車遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)功能分析
系統(tǒng)配合相應(yīng)的終端APP和互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，能夠?yàn)檐囕v提供車輛狀態(tài)檢測(cè),、異常報(bào)警,、3D傳感器采集車輛狀態(tài)、跟蹤定位,、遠(yuǎn)程車輛故障診斷與提醒,、車輛油耗統(tǒng)計(jì)、里程統(tǒng)計(jì)等各項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,，概括地說,，本系統(tǒng)是手機(jī)里的全息行車記錄儀，以保障車主的人身安全,、財(cái)產(chǎn)安全和行車安全,，同時(shí)本系統(tǒng)還可支持汽車4S店主動(dòng)服務(wù)、車輛管理[4],、車友互動(dòng)等功能,。具體功能要求為：
（1）實(shí)時(shí)自檢：任何時(shí)候一鍵車輛自檢,，車輛健康指數(shù)呈現(xiàn),；
（2）碰撞告警：車輛發(fā)生碰撞時(shí)自動(dòng)告警,，位置坐標(biāo)及時(shí)傳遞至救援機(jī)構(gòu),；
（3）故障告警：監(jiān)控100多項(xiàng)行車數(shù)據(jù),，車輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控,；
（4）行車記錄：行車路線全紀(jì)錄,，分段顯示,，實(shí)時(shí)軌跡跟蹤；
?。?）一鍵報(bào)警：可與保險(xiǎn)公司,、4S店對(duì)接,，形成SOS一鍵報(bào)險(xiǎn)；
?。?）保養(yǎng)提醒：精準(zhǔn)里程,，及時(shí)保養(yǎng)提醒；
?。?）油耗統(tǒng)計(jì)：實(shí)時(shí)油耗,，平均油耗分類統(tǒng)計(jì)，油費(fèi)智能計(jì)算,；
?。?）智能防盜：拖車告警，定位跟蹤,，設(shè)備斷電告警,。
系統(tǒng)把以上車況信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并通過網(wǎng)絡(luò)連接上傳至互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái),，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(shí)時(shí)獲得愛車的各項(xiàng)信息，享受保養(yǎng)提醒,、安全保護(hù),、周邊信息、車友娛樂等各種貼心服務(wù),，甚至是在遇到危險(xiǎn)時(shí)第一時(shí)間獲得主動(dòng)援助和保險(xiǎn)處理,。
2 系統(tǒng)架構(gòu)與硬件設(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)上構(gòu)建了管-云-端結(jié)構(gòu)的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),，并實(shí)現(xiàn)了要素間的有機(jī)關(guān)聯(lián)和互動(dòng)，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
系統(tǒng)由智能手機(jī)客戶端,、車載智慧終端（GID）和云服務(wù)平臺(tái)組成。GID具備OBD接口,、智能傳感器,、CAN解析，負(fù)責(zé)采集車輛的各參數(shù)動(dòng)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(wù)平臺(tái)。云服務(wù)平臺(tái)對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),、分析、處理,，并響應(yīng),、推送分析結(jié)果到手機(jī)APP上,。手機(jī)APP從云服務(wù)平臺(tái)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(shí)時(shí)狀態(tài)遠(yuǎn)程展現(xiàn)給用戶,、4S店,、車輛管理機(jī)構(gòu)或智能交通系統(tǒng)。
2.1 管系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(guó)際標(biāo)準(zhǔn),、國(guó)標(biāo)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(dòng)態(tài)運(yùn)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(yùn)行數(shù)據(jù)（車輛位置,、發(fā)動(dòng)機(jī)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(luò)投射到公司后端云平臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行處理,。另外，GID還具備GPS定位,、LTE雙向通信,、碰撞檢測(cè)[5]、數(shù)字基因生成,、串口升級(jí)等功能,。
根據(jù)以上分析，GID可設(shè)計(jì)如下：
?。?）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(xiàng)數(shù)據(jù),，數(shù)據(jù)回傳時(shí)間間隔參數(shù)可設(shè)定；
?。?）通過3D模塊,，結(jié)合內(nèi)置精密3D傳感器，監(jiān)測(cè)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(tái)報(bào)告給車主及相關(guān)人員,；
?。?）通過GPS模塊獲取定位數(shù)據(jù)，結(jié)合智能算法進(jìn)行處理,，獲取精確的行車軌跡,；
?。?）通過3G/LTE通信模塊實(shí)現(xiàn)泛在上網(wǎng)、雙向通信,，通過射頻部分接入相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò),，再通過運(yùn)營(yíng)商提供的接入服務(wù)連接Internet，將數(shù)據(jù)上傳云平臺(tái)服務(wù)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(gè)終端有唯一的18位識(shí)別ID,，客戶使用終端可以做唯一的身份認(rèn)證[6]。
2.2 云系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)構(gòu)建的車云平臺(tái)是一個(gè)涉車大數(shù)據(jù)平臺(tái),，它實(shí)現(xiàn)了車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的全面互聯(lián)互通,，具有一點(diǎn)接入、全網(wǎng)共享的能力,。該平臺(tái)匯聚并管理海量的車輛實(shí)體數(shù)據(jù),、涉車產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)、手機(jī)終端信息,、駕駛行為信息,、車主的社會(huì)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(guān)的跨企業(yè)、跨地域的車輛管理,。
本系統(tǒng)云服務(wù)平臺(tái)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ),、處理和控制的核心，是系統(tǒng)的后臺(tái)部分[7],，主要功能有：（1）接收GID上報(bào)的原始數(shù)據(jù),；（2）從這些數(shù)據(jù)中計(jì)算出對(duì)應(yīng)汽車的動(dòng)態(tài)信息和各儀表盤數(shù)據(jù)等；（3）響應(yīng)或推送分析結(jié)果到手機(jī)APP上,。車云可以說是汽車CAN的大腦（Smart OBD）,，支持上億用戶對(duì)智能車機(jī)的訪問。
車云大數(shù)據(jù)平臺(tái)使用自主開發(fā)的車聯(lián)網(wǎng)BOSS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理，使得能夠提供全天候7×24的信息技術(shù)服務(wù),，支持千萬級(jí)在線GID和上億級(jí)APP,，容量隨時(shí)可擴(kuò)展,。平臺(tái)主要分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層,、通用邏輯層、業(yè)務(wù)處理層等幾個(gè)部分,，如圖3所示,。云服務(wù)平臺(tái)的大數(shù)據(jù)技術(shù)采用“系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫＋NoSQL＋流式計(jì)算＋分布式批量計(jì)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(chǔ),，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(tái)通過提供Open API,、網(wǎng)關(guān)開放協(xié)議,、平臺(tái)對(duì)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(guān),、第三方APP、第三方ERP,、第三方4S CRM系統(tǒng)的對(duì)接,。
2.3 端系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的端是手機(jī)和PC客戶端，它讓用戶通過APP享受實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的功能,，并可發(fā)起各種服務(wù)請(qǐng)求,。客戶端遠(yuǎn)程發(fā)送操作指令到云服務(wù)平臺(tái),，并從云服務(wù)平臺(tái)遠(yuǎn)程獲取響應(yīng)信息展現(xiàn)給用戶[8],，用戶通過手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)對(duì)愛車的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控及實(shí)時(shí)儀表盤查看，或者接受汽車4S店,、車輛管理,、車友互動(dòng)等服務(wù)。
本系統(tǒng)的終端APP主要基于Android和IOS兩大移動(dòng)操作系統(tǒng),，采用模塊化設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言,。在系統(tǒng)架構(gòu)上分為終端（客戶端）和云端（服務(wù)器端）。終端在設(shè)計(jì)上分為界面層,、功能層和數(shù)據(jù)層,，層級(jí)之間利用相應(yīng)協(xié)議進(jìn)行傳輸控制。界面層包括基礎(chǔ)框架邏輯（主要是根據(jù)終端尺寸和分辨率進(jìn)行模塊化布局）以及皮膚層（主要是以個(gè)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(duì)應(yīng)表和終端上的相關(guān)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(qǐng)求,，如行車記錄,、車況檢測(cè)、一鍵救援等,；
?。?）請(qǐng)求信息通過程序傳送至車云服務(wù)器端；
?。?）服務(wù)器響應(yīng)用戶請(qǐng)求,，并將結(jié)果傳回客戶端。
APP相當(dāng)于手機(jī)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(shè)置”功能項(xiàng)與愛車綁定，通過“我的車”功能項(xiàng)查看所綁定車輛的儀表盤,，點(diǎn)擊“詳細(xì)參數(shù)”可查看其余各項(xiàng)信息,。通過“車況指數(shù)”功能項(xiàng)可以進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng),、車身系統(tǒng),、信號(hào)系統(tǒng)的檢測(cè)。另外,，軟件還具有一鍵救援,、汽車4S服務(wù)等功能。
3 系統(tǒng)連接與功能測(cè)試
3.1 系統(tǒng)連接
管,、云,、端通過網(wǎng)絡(luò)通信連接成了本文所提的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，不斷演進(jìn)的GID將發(fā)掘和感知越來越多的涉車運(yùn)行數(shù)據(jù),，將車輛帶入一個(gè)全新的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與車聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,。車云平臺(tái)有別于其他不能互聯(lián)互通的獨(dú)立平臺(tái)，它是一個(gè)可以不分地域,、不分業(yè)務(wù)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(wù)平臺(tái),，如圖4所示,。以APP為代表的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，真正實(shí)現(xiàn)了汽車本身及涉車相關(guān)業(yè)務(wù)的可視化，沒有移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)APP,，就難以實(shí)現(xiàn)人車互動(dòng)的車聯(lián)網(wǎng),。
本文所述車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在技術(shù)要點(diǎn)上分為三大部分，自下而上為：GID車載終端技術(shù),、IOV平臺(tái)技術(shù)和APP技術(shù),，如圖5所示。借助于IOV開放的GIDGW網(wǎng)關(guān),，任何車機(jī)終端廠商都可以提供強(qiáng)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(gè)小型APP開發(fā)團(tuán)隊(duì)都可以提供強(qiáng)大完整的車聯(lián)網(wǎng)解決方案,。
3.2 系統(tǒng)功能測(cè)試
功能測(cè)試中系統(tǒng)的軟硬件均符合前述的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，車載智慧終端能按設(shè)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(luò)上傳至云平臺(tái),，云服務(wù)平臺(tái)正確響應(yīng)大量客戶的服務(wù)請(qǐng)求，并將各種行車或報(bào)警信息及時(shí)推送到終端,。其中GID的電氣參數(shù)如表1所示,。
手機(jī)終端下載并安裝應(yīng)用軟件后，登錄軟件,，首先進(jìn)行用戶注冊(cè),，注冊(cè)完畢后用此帳號(hào)登錄，在系統(tǒng)設(shè)置中新建車輛,，輸入車牌號(hào),，然后輸入車機(jī)注冊(cè)碼對(duì)車機(jī)綁定。完成上述操作之后,，登錄軟件,，點(diǎn)擊“我的車輛”，根據(jù)綁定的不同車機(jī)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(guān)服務(wù)菜單,，比如汽車4S、車友互動(dòng),、車友服務(wù)等,。圖6所示為本手機(jī)軟件的車況檢測(cè)和儀表盤參數(shù)的界面截圖。
4 結(jié)論
本文設(shè)計(jì)了一種基于管-云-端結(jié)構(gòu)的汽車遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，它能夠通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各種行車信息呈現(xiàn)給用戶,，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的遠(yuǎn)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(xiǎn)公司等第三方CRM系統(tǒng)可以與車云平臺(tái)無縫對(duì)接，搭建自己的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)在手機(jī)APP中增加更豐富的功能應(yīng)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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