車聯網遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現

李坤

摘 要

隨著現代交通的快速發(fā)展， 我國車輛數目呈不斷上升趨勢， 各種問題也日益突顯， 且很難有效控制。本項目基于萬物互聯愿景的提出，采用4G無線通信技術、衛(wèi)星定位技術和計算機技術，線上實時監(jiān)控與分析處理，提高生產效率和人工智能程度，促進車聯網技術的快速發(fā)展。本項目選用一個4G車載終端，結合北斗/GPS衛(wèi)星雙模定位，根據雙模做到精確定位，通過CAN總線實時獲取車輛運行數據，利用4G無線通信技術將車輛運行數據上傳至通信服務器，并且對定位數據進行分析處理，然后通過車聯網監(jiān)控平臺顯示車輛實時位置，實現對車輛的遠程監(jiān)控。隨著現代汽車往大數據方向發(fā)展，我們采用Hbase存儲車輛上傳的海量運行數據，并且Hbase對于大數據量的查詢效率較高，采用MySQL數據庫存儲車輛的一些基本信息，比如車牌號、終端號等等，通信服務器采用Netty高性能網絡框架進行設計與開發(fā)，以此來開發(fā)一個車聯網監(jiān)控平臺，獲取車輛實時位置，實現車輛運動狀態(tài)的實時監(jiān)測。

關鍵詞

北斗/GPS;車載終端;Hbase;MySQL;Netty高性能網絡框架

中圖分類號： TP277 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 40

0 引言

伴隨著“互聯網+”熱潮的不斷推動，傳統(tǒng)行業(yè)正在慢慢向信息化轉型升級，使得“互聯網+”這股熱潮不斷的和各個行業(yè)結合，數據種類也日益增多，更進一步地促進人們的生產生活。在現代化車輛管理中，通過采用4G智能車載終端，實現遠程車輛的智能動態(tài)監(jiān)控和管理[1]。文獻[2]與文獻[3]提出了一種基于車聯網的數據采集與監(jiān)控系統(tǒng)，實現了對汽車的監(jiān)控和管理。文獻[4]提出了一種車聯網信息采集終端，可以采集和上傳車輛視頻信息和設備信息。文獻[5]確保系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，采用基于北斗的車輛遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現，選擇MINA作為網絡傳輸框架，實現了車輛監(jiān)控和軌跡查詢功能。文獻[6]采用大數據技術，提出了車輛監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化與實現，依托大數據處理技術，將遠程車輛實時上傳的運行數據存儲與分析，大大提高了監(jiān)控系統(tǒng)的性能。文獻[7]提出了一種基于車聯網的GPS導航系統(tǒng)，利用嵌入式開發(fā)技術、GPS衛(wèi)星定位技術、GPRS無線通信技術，實現了車輛定位查詢、語音導航等功能。文獻[8]與文獻[9]提出基于Netty的終端通信系統(tǒng)設計，采用Netty的異步非阻塞、基于事件驅動等特性設計開發(fā)了高性能網絡通信應用程序，提高了終端通信系統(tǒng)的并發(fā)處理能力。

綜上所述，智能車載終端采用北斗/GPS雙模衛(wèi)星定位技術，數據中心Hbase數據庫用來存儲車輛上傳的海量數據，采用Netty高性能網絡框架設計終端通信服務系統(tǒng)，車聯網監(jiān)控平臺采用MySQL存儲車輛的基本信息，通過調用百度地圖在頁面實時顯示車輛經緯度、車速、地址等等。

1 系統(tǒng)功能與總體結構設計

1.1 系統(tǒng)功能

車聯網遠程監(jiān)控系統(tǒng)能夠實時采集和顯示車輛行駛過程中的數據，可以有效監(jiān)控車輛的經緯度、車速、地址，并且在車聯網遠程監(jiān)控平臺上顯示出來。為了實現對車輛的遠程監(jiān)控，遠程監(jiān)控系統(tǒng)應具備以下幾個部分：

（1）數據的獲取與遠程傳輸功能：該系統(tǒng)可以遠程采集車輛運行過程中的實時數據，并且能夠通過4G通信技術來接收終端通信服務器下發(fā)的控制指令，實現固件更新、報警等功能。

（2）數據存儲與分析功能：系統(tǒng)能夠實現對車輛實時運行數據的存儲與分析。由于車輛每隔幾秒鐘就會上傳數據到通信服務器，這樣就會產生大量的運行數據，因此系統(tǒng)應該具有大數據分析與處理能力，選擇一個高性能、高可用的網絡框架顯得尤為重要。

（3）數據顯示功能：系統(tǒng)能夠提供對存儲數據的圖表顯示功能，能夠提供一個大數據展示頁面，實時地動態(tài)顯示不同區(qū)域車輛的信息，它可以調用百度地圖來顯示車輛的具體位置和歷史軌跡。

1.2 系統(tǒng)架構設計

為了實現車聯網遠程監(jiān)控系統(tǒng)的相關功能，將遠程監(jiān)控系統(tǒng)分為車載終端、數據中心與遠程客戶端三部分。車載終端實時獲取車輛經緯度、車速、地址等數據，將收集到的數據上傳到數據中心的通信服務器，通信服務器存儲與分析車輛上傳的數據。遠程客戶端通過瀏覽器發(fā)送HTTP請求來獲取數據中心里面存儲的數據，然后將響應的數據顯示在頁面中。系統(tǒng)架構設計，如圖1所示。

2 系統(tǒng)設計

2.1 車載終端

車載終端采用模塊化設計，具體包括微處理器模塊、電源模塊、4G無線通信模塊、北斗/GPS雙模衛(wèi)星定位模塊、CAN總線接口模塊。微處理器模塊能夠采集各模塊傳輸的數據和解析控制命令，以及提供各模塊的初始化配置。北斗/GPS雙模衛(wèi)星定位模塊可以實時采集運行車輛的經緯度、車速、地址，并通過4G無線通信模塊將采集的數據上傳到數據中心的通信服務器。4G無線通信模塊也可以接受通信服務器下發(fā)的控制指令，并將指令傳遞給微處理器模塊。

2.2 數據中心

MySQL是目前最流行的關系數據庫管理系統(tǒng)，它將數據信息存儲在行級的不同表中，這樣不僅提高了速度，還增加了可維護性與靈活性。然而，隨著數據量的增加，MySQL的查詢效率也隨之將低，因此，我們選用MySQL數據庫來存儲車輛的一些基本信息，例如車牌號、車身顏色、終端號、終端類型、創(chuàng)建時間等信息。Hbase是一個NoSQL數據庫，它的列可以動態(tài)增減，如果列為空，則不存儲數據，節(jié)省了一定的存儲空間。HBase使用高可用性的HDFS文件系統(tǒng)，這樣可以保證其具有較高的容錯性，HBase作為MapReduce作業(yè)數據源和數據接收器，可以提供快速隨機訪問海量結構化數據。因此，我們采用HBase數據庫來保存車載終端上傳的大量運行數據，而且面對龐大的數據，它的查詢效率比較高。Netty是一個NIO框架，它的應用場景是能夠與服務器通信，它的底層協議是TCP協議，面向客戶端的高并發(fā)應用，或者是大量數據持續(xù)傳輸的應用[10-11]。Netty的并發(fā)處理能力主要體現在以下兩點：首先，Netty利用Java語言的多線程特性來實現更多的并發(fā)連接請求;其次，Netty使用selector選擇器來實現多路復用，一個Selector通常由一個線程處理，但具體實施可以使用多個線程。

2.3 遠程客戶端

2.3.1 數據庫設計

車聯網監(jiān)控平臺采用MySQL關系型數據庫保存一下基本信息，而車輛的實時數據通過Hbase數據庫讀取并顯示在頁面中。其中，MySQL數據庫具體包括用戶信息表、角色表、車輛配置表、車載終端版本表以及平臺操作日志表。

2.3.2 功能實現

用戶通過瀏覽器訪問車聯網監(jiān)控平臺，平臺用戶由管理員設置賬號和密碼，登錄車聯網監(jiān)控平臺時，用戶需要輸入用戶名和密碼，為了增加平臺的安全性，用戶還需要輸入正確的驗證碼，登錄成功后便可以進入車聯網監(jiān)控平臺。用戶登錄成功之后，可以通過瀏覽器訪問車聯網監(jiān)控平臺的主要功能，通過調用百度地圖在頁面中實時顯示車輛的具體位置（經緯度信息），點擊地圖上的紅色標記點會彈出一個信息框，信息框具體展示車輛的車牌號、終端號、車速、經緯度以及詳細地址，支持根據車牌號和終端號查詢車輛信息。

3 結論

本文設計并實現了車聯網遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由車載終端、數據中心和遠程客戶端組成。智能車載終端采用北斗/GPS雙模衛(wèi)星定位技術，數據中心Hbase數據庫用來存儲車輛上傳的海量數據，采用Netty高性能網絡框架設計終端通信服務系統(tǒng)，車聯網監(jiān)控平臺采用MySQL存儲車輛的基本信息，車輛的實時數據通過Hbase數據庫讀取并顯示在頁面中。該系統(tǒng)通過車載終端采集的車輛實時運行數據上傳至數據中心，數據中心存儲并分析車輛上傳的數據，然后用戶可以通過瀏覽器實時查看車輛經緯度、車速、地址等數據。最后，對系統(tǒng)功能和性能測試，系統(tǒng)各個模塊能夠正常工作，適應了車載終端的遠程升級需要，該系統(tǒng)可以實現對車輛運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，具有良好的實用性和可靠性。

參考文獻

[1]BOJAN B， MARINA Z. Business Process Re-Engineering of a Maritime Car Terminal： Changing from Inbound to Outbound Intermodal Node in Finished Vehicle Logistics （FVL）[J].Polish Maritime Research， 2018： 54-61.

[2]劉霖筠.基于車聯網的新能源汽車數據采集系統(tǒng)開發(fā)[D].北京：北京交通大學，2017.

[3]耿黃政，郭雄.一種新能源汽車遠程監(jiān)測平臺設計[J].科技與創(chuàng)新，2019（11）：53-55.

[4]張宇，趙利，蔡成林，等.基于4G的車聯網信息采集終端的設計與實現[J].現代計算機，2019（20）：70-72.

[5]宋勇.某于北斗的車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現[D].成都：電子科技大學，2012.

[6]曾憲宇.基于大數據技術的車輛監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化與實現[D].長春：吉林大學，2016.

[7]安恒亮.基于車聯網的車載終端中GPS導航系統(tǒng)的研究和設計[D].西安：長安大學，2016.

[8]顧振德，劉子辰，龍隆等.基于Netty的IoT終端通信服務系統(tǒng)設計[J].計算機應用于軟件，2019（4）：135-139.

[9]張艷軍，王劍，葉曉平，等.基于Netty框架的高性能RPC通信系統(tǒng)的設計與實現[J].工業(yè)控制計算機，2016（5）：11-15.

[10]劉志博，鄧中亮.基于 MINA 的定位終端通信設計與實現[J].軟件，2017（1）：1-5.

[11]厲美霞.基于JT_T808協議的車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設計與優(yōu)化[D].長沙：湖南大學，2017.