基于車聯網的行車數據分析系統設計與實現

彭 璐（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于車聯網的行車數據分析系統設計與實現

彭 璐
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

為了獲取和分析汽車行駛過程中的動態數據，設計和實現了一種行車數據分析系統，該系統包含車載遠程控制終端、3G通訊網絡、服務平臺和遠程分析應用網站。車載終端將采集的數據通過3G無線網絡上報至服務平臺，通過服務平臺的處理和分析，最終通過遠程分析應用網站呈現給用戶。應用于某車型的用戶駕駛行為評價的結果表明，該系統可以實現對行車數據的采集、處理、記錄、駕駛行為分析等功能。

車聯網；數據分析；遠程控制；服務平臺

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.007

CLC NO.: U463.6Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-18-04

引言

在汽車產品設計過程中，了解實際用戶的加速、換擋習慣、常用車速、常用檔位，能夠更好地進行車輛動力系統匹配設計、優化換擋規律，并為車輛熱管理、轉鼓熱平衡試驗等提供數據支持；獲得行車過程中發動機實際常用工況點、識別發動機油耗、排放關鍵點，有利于發動機燃燒開發及標定；了解特殊環境地區用戶的駕駛習慣，如高海波、高溫、低溫地區，有利于車輛核心部件的性能優化。此外通過對用戶駕駛習慣的分析和評價，也能夠主動與用戶進行交互，改善不良駕駛習慣，引導用戶更加安全、節能、環保地駕駛汽車。

然而傳統的汽車技術在車輛路試過程中或出售給用戶后，汽車研發人員便與車輛失去關聯，因而無法獲得上述車輛實際行駛過程中的運行數據。車聯網系統是利用裝載在車輛上的終端設備獲取車輛的行駛屬性和系統運行狀態信息，通過衛星定位技術獲取車輛行駛位置等參數，通過 3G等無線傳輸技術實現信息傳輸和共享，通過各類傳感器獲取車輛內、車輛間、車輛與道路間等交通基礎設施的使用狀況，最后通過互聯網信息平臺，實現對車輛運行的監控，并提供各種交通綜合服務。車聯網技術包括無線網絡通信技術、衛星定位技術、傳感器技術、計算機技術、數據處理技術等多種智能化技術[1]。

本文建立了一套基于車聯網的行車數據分析系統，實現了對行車數據的采集、記錄、駕駛習慣分析、工況分析等功能。

1、系統結構及原理

行車數據分析系統整體架構參考物聯網的三層結構設計[2]，如圖1所示，包括感知層、網絡層和應用層。

圖1　行車數據分析系統結構

感知層的作用是信息感知，由車載遠程控制終端（以下簡稱車載終端）組成。

網絡層的作用是數據傳遞，實現感知層數據的匯聚，并向應用層提供數據支撐，包括3G通信網絡和服務平臺。

應用層的作用是為用戶提供服務，包括遠程分析應用網站。

車載終端負責完成行車數據的采集和上報，3G無線網絡保證了車載終端與服務平臺的有效通信。服務平臺負責對接收到的數據進行解析和存儲，實現行車數據的采集和記錄。汽車設計人員等各類用戶可以通過 Internet網絡在不同的客戶端登錄遠程分析應用網站，訪問和讀取服務平臺中存儲的數據，并對數據進行所需的分析處理。

圖2　動態行車數據分析業務流程圖

行車數據分析系統的整體業務實現流程如圖2所示。首先車載遠程控制終端判斷車輛起動后，通過整車 CAN總線及各類傳感器，采集所需的動態行車數據，然后將平臺分析所需要的信息解析處理后，置于通訊協議報文中，上傳至服務平臺。平臺接收信息并根據數據分析模型輸出分析結果。最終的分析結果通過遠程分析應用網站呈現給用戶。

2、行車數據分析系統設計實現

2.1車載遠程控制終端設計

車載終端作為整個系統的前端模塊，為了保證數據采集上報的實時、有效和可靠，車載終端采用雙處理器架構（ARM 和MCU）、內置3G通信模塊、GPS定位模塊，其硬件結構框圖見圖3。

圖3　車載終端硬件結構框圖

根據系統的整體需求，所需要采集的行車數據，主要包括車速、轉速、油耗、油門位置、離合位置、GPS定位數據等。其中車速、轉速、油耗、油門位置、離合位置等車輛運行數據通過CAN總線讀取。車載終端同時支持兩路CAN總線，可同時作為低速CAN（車身CAN）和高速CAN（動力CAN）網絡上的終端節點。GPS定位數據通過車載終端的GPS定位模塊測算得到。此外數據記錄中，還應該包含產生每條記錄的絕對時間信息，包括具體的日期和時間，該信息也由車載終端的GPS定期模塊測算校準得到。上述信息經過打包后，通過其內部的3G通訊模塊實現基于Internet的網絡互連，將信息傳遞到服務平臺。

由于本系統采集的是車輛行駛狀態下的動態數據，因此車載終端啟動數據采集的觸發條件是發動機轉速不為零。在車輛熄火后，車載終端處于休眠狀態，整體功耗較低。當車輛起動后，車載終端被喚醒，從而保證系統在車輛運行期間處于實時工作狀態[3]。此外，為了保證終端的可靠運行，車載終端支持自檢功能，即當車載終端上電，會根據當前車輛狀態實時進行自檢，自檢內容包括：EEROM內部讀寫檢測，WAN模塊檢測，GPS模塊檢測，CAN總線通信檢測，連接器檢測等。一旦檢測到故障發生，車載終端根據診斷規范要求記錄相關的故障碼信息，并向服務平臺發出報警。

2.2數據采集及上報

一般而言，對于整車 CAN總線上的動態行車數據，特別是動力系統數據（發動機、變速箱）發送周期非常短，一般都為10ms。而對于行車數據分析系統而言，單次的精確地個體數據并不是關注的重點，而是需要收集海量的樣本數據，因而車載終端的數據采集頻率不需要設定的太高。根據本系統的分析需求，車載終端的數據采集頻率設定在2Hz可以滿足要求，并且該頻率支持后期調整。即根據需求的變化，通過服務平臺重新配置數據采集頻率。

基于本系統中車載終端本身的硬件存儲能力以及3G網絡的通信特點考慮，為了保證數據上報的可靠性和連續性，車載終端對所采集數據記錄進行組包的頻率為 0.2Hz，正常情況下數據上報的頻率也為 0.2Hz。由于車載終端與服務信心平臺采用TCP短連接機制，因此當通信網絡傳輸出現異常或車載終端執行其他業務執行時，允許數據上報暫停，此時車載終端需要存儲已經采集但尚未完成上報的數據，待通信網絡恢復正常或其他業務執行完成后繼續上報，此時數據上報的頻率要高于 0.2Hz，待所有存儲的數據包全部上報完成后，上報頻率恢復為固定周期。

車載終端與服務平臺之間基于TCP/IP協議進行通訊，通訊報文中各字段的定義如表 1所示。每條通訊報文中包含GPS定位數據和行車數據采集起始絕對時間信息（日期+時間）以及動態行車數據。

其中Dispatcher Message為通訊報文的頭消息，主要包括消息對應的創建時間，所傳輸應用數據的應用分類，車輛VIN碼，車載終端的唯一設備號，車載終端的 IMSI號，Application Data（應用數據）的長度等信息。Vechicle Data為實際采集的行車數據，由于數據上報的頻率要低于數據采集頻率，因此一條數據報文中會包含10條行車數據記錄，并且每條行車數據記錄應當保證時間連續性。

2.3服務平臺設計

服務平臺作為整個行車數據分析系統的標準規范接口以及基礎服務平臺，其特點是基于SOA的方法，采用開放式框架，能夠有效實現面向不同服務應用的匯聚，并且便于靈活擴展新業務；采用標準化接口協議，便于不同類型的終端和服務的快速接入。行車數據分析系統服務平臺總體架構設計如圖4所示，包括統一接入層、業務應用層和運營管理層。

圖4　服務平臺系統架構

統一接入層包括統一接入網關和通用服務。這一層負責建立車載終端與服務平臺之間的通訊并維持通訊的穩定，其核心功能包括終端承載協議實現、加密/解密、認證/鑒權、路由等。統一接入網關是整個服務平臺實現消息驅動的關鍵單元。由于行車數據涉及用戶的個人隱私和車輛的行駛安全，因此對安全性和保密性要求很高，統一接入網關根據校驗位判斷數據包的完整性，同時與車載終端傳輸的內容采用對稱加密算法，統一接入網關接收到消息后解密解碼后提供后續服務。

業務應用層包括核心服務以及服務集成管理，屬于系統的業務邏輯單元，負責提供諸如駕駛行為分析、工況分析等面向用戶的服務。這一層的核心功能包括：駕駛行為分析、工況分析、Web地圖服務、數據接口發布服務等，并支持動態擴展其他服務。其中Web地圖服務主要面向提供車輛位置地圖標注和軌跡管理功能。

運營管理層實現用戶權限管理、服務管理、數據管理、數據可視化、日志管理等功能，并存儲整個系統的數據。整個服務平臺的數據分為業務數據，行車數據，日志數據。根據各類數據特點，運營管理層通過Oracle數據庫架構管理存儲大數據。

2.4遠程分析應用網站

遠程分析應用網站是一個基于WEB服務的網站，為用戶提供圖形化的交互界面，用戶可以設置可視化相關參數，將請求提交給服務平臺并接收服務平臺響應，以表格、網格、折線圖、柱狀圖、餅圖等多種形式將歷史數據和分析結果呈現給用戶[4]。

3、試驗驗證

將所開發的行車數據分析系統應用在用戶駕駛習慣分析上。通過對用戶基礎行車數據的采集和分析，來評估用戶的駕駛習慣優良情況，即出現不良駕駛行為的次數和位置，并通過圖表和地圖標注的形式進行呈現。

如表2所示，所需要采集的數據包括車速、發動機轉速、GPS位置信息、時間、加速度。

表2　駕駛習慣評價

最終通過遠程分析應用網站登錄，查看分析結果的顯示界面如圖5所示。

圖5　駕駛行為分析界面

4、結束語

本文設計開發了基于車聯網的行車數據分析系統，該系統車載終端、軟硬件平臺運行穩定可靠，實現了動態行車數據采集、處理、上報、存儲、分析和呈現等基本功能。通過在實車上的應用測試，驗證了該系統的可用性，從而為汽車設計研發以及用戶駕駛行為評價提供了有效的數據來源和分析方法。

[1] 何蔚.面向物聯網時代的車聯網研究與實踐[M].科學出版社,2013:4-5.

[2] 王立穎.基于車聯網的貨車安全監控系統設計與分析[J].物流技術,2014,33(06):353-356.

[3] 胡艷青,閆斌,楊林.基于 CCP協議的混合動力公交車遠程優化系統研究[J].汽車技術,2015(07):56-61.

[4] 耿盼盼,丁香乾,陶冶等. 一種通用物聯網數據分析平臺的設計與實現[J].計算機應用與軟件,2013,30(11):115-118.

Design and Implementation of Vehicle Traveling Data Analysis System Based on Internet of Vehicles

Peng Lu
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In order to obtain and analyze the data while driving a car, a vehicle traveling data analysis system is designed and implemented, which consists of in-vehicle remote control terminal, 3G remote communication network, service platform and remote analysis application website, etc.. The in-vehicle terminal can upload data to the service platform trough remote communication network, and the platform can process the data in order to show users the analysis results through website. The system has been applied to evaluate a passenger car driving behavior. The test results show that the system can be applicable to implement the function of acquiring, processing, recording and analyzing of vehicle data.

Internet of vehicles; Data analysis; Remote control; Service platform

U463.6

A

1671-7988（2015）12-18-04

彭璐，工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，研究方向為人機交互設計、車聯網。