摘  要： 針對人們對汽車生活的新要求，設(shè)計實(shí)現(xiàn)了一種基于管-云-端結(jié)構(gòu)的汽車遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，它能通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對汽車各種行車和故障數(shù)據(jù)的可視化實(shí)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(wù)平臺，“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)和計算機(jī)技術(shù)，對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(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人交通工具，人們對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)方便地對汽車遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控、實(shí)時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(jìn)行實(shí)時記錄，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(yuǎn)程實(shí)時監(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，能夠?yàn)檐囕v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(yuǎn)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(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)時監(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(wù)、車輛管理[4]、車友互動等功能。具體功能要求為：

　　（1）實(shí)時自檢：任何時候一鍵車輛自檢，車輛健康指數(shù)呈現(xiàn)；

　　（2）碰撞告警：車輛發(fā)生碰撞時自動告警，位置坐標(biāo)及時傳遞至救援機(jī)構(gòu)；

　?。?）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)時監(jiān)控；

　?。?）行車記錄：行車路線全紀(jì)錄，分段顯示，實(shí)時軌跡跟蹤；

　?。?）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(zhǔn)里程，及時保養(yǎng)提醒；

　?。?）油耗統(tǒng)計：實(shí)時油耗，平均油耗分類統(tǒng)計，油費(fèi)智能計算；

　　（8）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)時采集，并通過網(wǎng)絡(luò)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(shí)時獲得愛車的各項(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(shè)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(shè)計上構(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，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。云服務(wù)平臺對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、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

　　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(biāo)準(zhǔn)、國標(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[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(shè)計如下：

　?。?）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(guān)人員；

　　（3）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)營商提供的接入服務(wù)連接Internet，將數(shù)據(jù)上傳云平臺服務(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(rèn)證[6]。

　　2.2 云系統(tǒng)設(shè)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(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(yīng)汽車的動態(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），支持上億用戶對智能車機(jī)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(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)，支持千萬級在線GID和上億級APP，容量隨時可擴(kuò)展。平臺主要分為數(shù)據(jù)存儲層、通用邏輯層、業(yè)務(wù)處理層等幾個部分，如圖3所示。云服務(wù)平臺的大數(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(guān)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(guān)、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(shè)計

　　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)時監(jiān)控系統(tǒng)的功能，并可發(fā)起各種服務(wù)請求?？蛻舳诉h(yuǎn)程發(fā)送操作指令到云服務(wù)平臺，并從云服務(wù)平臺遠(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)對愛車的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控及實(shí)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(wù)。

　　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(shè)計和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言。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)計上分為界面層、功能層和數(shù)據(jù)層，層級之間利用相應(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(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)起請求，如行車記錄、車況檢測、一鍵救援等；

　　（2）請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(wù)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(luò)通信連接成了本文所提的遠(yuǎn)程實(shí)時監(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(dú)立平臺，它是一個可以不分地域、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，如圖4所示。以APP為代表的移動互聯(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，沒有移動互聯(lián)網(wǎng)APP，就難以實(shí)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(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，任何一個小型APP開發(fā)團(tuán)隊都可以提供強(qiáng)大完整的車聯(lián)網(wǎng)解決方案。

　　3.2 系統(tǒng)功能測試

　　功能測試中系統(tǒng)的軟硬件均符合前述的設(shè)計標(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，云服務(wù)平臺正確響應(yīng)大量客戶的服務(wù)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(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，注冊完畢后用此帳號登錄，在系統(tǒng)設(shè)置中新建車輛，輸入車牌號，然后輸入車機(jī)注冊碼對車機(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、車友服務(wù)等。圖6所示為本手機(jī)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(shè)計了一種基于管-云-端結(jié)構(gòu)的汽車遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，它能夠通過移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各種行車信息呈現(xiàn)給用戶，實(shí)現(xiàn)對汽車的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理?；诒鞠到y(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(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)和車載移動互聯(lián)網(wǎng)，同時在手機(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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