海南（?？冢┬履茉垂粩?shù)據(jù)采集與處理的車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的研究

郝 波

（海南工商職業(yè)學(xué)院， 海南 ?？?570100）

1 大數(shù)據(jù)對新能源公交的重要性

環(huán)境保護(hù)對人類發(fā)展至關(guān)重要，作為城市動脈的公交正在全方位的采用新能源汽車，按照當(dāng)前發(fā)展速度，預(yù)計到2018年底，我國新能源公交車將達(dá)到20萬輛，完成公交全覆蓋，提前實(shí)現(xiàn)2020年的目標(biāo)。海南作為國際旅游島，得天獨(dú)厚的環(huán)境資源是其不斷發(fā)展的源泉，海南大力發(fā)展新能源公交是符合海南作為綠色之島的建島宗旨，截止到2017年底，新能源公交車數(shù)量達(dá)2 077輛，公交車總數(shù)約占全省公交數(shù)量的49.2%，2018年海南省將繼續(xù)加大新能源汽車推廣應(yīng)用，努力實(shí)現(xiàn)新增及更新公交車中新能源車比重不低于70%?？梢灶A(yù)見在未來新能源公交將全面取代現(xiàn)有的普通公交。

2015年5月19日，國務(wù)院公布了《中國制造2025規(guī)劃》，新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)，節(jié)能與新能源汽車是其中重要的發(fā)展領(lǐng)域，信息技術(shù)與其他產(chǎn)業(yè)的融合是未來各個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動力，其中移動互聯(lián)信息技術(shù)正推動著汽車產(chǎn)業(yè)的深刻變革，環(huán)保智能的移動交通終端是汽車發(fā)展的方向。新能源智能汽車作為為交通工既考慮到對環(huán)境的影響，又考慮到了其安全性。智能汽車驅(qū)動模式可分為自主式和網(wǎng)聯(lián)式。自主式是依靠汽車自身的傳感器、決策判斷。網(wǎng)聯(lián)式是基于移動互聯(lián)的大數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知，道路預(yù)測，同時完成車車通信、車路通信，以及車內(nèi)部通訊，采用智能傳感器終端、通信網(wǎng)絡(luò)、云計算三大技術(shù)實(shí)現(xiàn)車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)、車云網(wǎng)的三網(wǎng)融合，最終實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車[1]。

2 車聯(lián)網(wǎng)云平臺的構(gòu)建

城市公交是城市的動脈，它的安全、快捷和人性化是每個城市所追求的目標(biāo)，公交系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的智能處理與應(yīng)用為新能源汽車推廣提供事實(shí)依據(jù)，有利于城市生態(tài)的保護(hù)，同時對城市的交通管理提供有效的科學(xué)數(shù)據(jù)，并實(shí)時監(jiān)控公交的安全運(yùn)行[2]。本課題將通過車聯(lián)網(wǎng)平臺的構(gòu)建來實(shí)現(xiàn)對新能源公交大數(shù)據(jù)的采集與處理。

新能源公交車聯(lián)網(wǎng)云平臺的構(gòu)建主要研究軟件架構(gòu)與功能設(shè)計。軟件架構(gòu)是構(gòu)建軟件實(shí)踐的基礎(chǔ)，指在一定的設(shè)計原則基礎(chǔ)上，從不同角度對組成系統(tǒng)的各部分進(jìn)行搭配和安排，形成系統(tǒng)多個結(jié)構(gòu)而組成架構(gòu)，它包括系統(tǒng)的各個組件，組件的外部可見屬性及組件之間的相互關(guān)系[3]。而車聯(lián)網(wǎng)云平臺的功能設(shè)計是根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)云平臺的架構(gòu)進(jìn)行具體應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)架構(gòu)采用的是MVC思想將一個應(yīng)用分成三個基本部分：Model（模型）、View（視圖）和Controller（控制器），這三個部分以最少的耦合協(xié)同工作，從而提高應(yīng)用的可擴(kuò)展性及可維護(hù)性。直接向數(shù)據(jù)庫發(fā)送請求并用HTML顯示，開發(fā)速度往往比較快。

2.1 車聯(lián)網(wǎng)云平臺的架構(gòu)（如下頁圖1）

架構(gòu)具有三大功能：即系統(tǒng)為最終用戶提供支撐功能、外部系統(tǒng)提供交互功能、向公交數(shù)據(jù)提供處理功能。

圖1 車聯(lián)網(wǎng)云平臺架構(gòu)圖

1）面向最終用戶支撐作用。訪問數(shù)據(jù)的窗口是表現(xiàn)層，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)展示與接收，車聯(lián)網(wǎng)云平臺的訪問數(shù)據(jù)窗口有后臺管理（Restful API）、移動APP、PC端管理，是為客戶提供交互的頁面。該系統(tǒng)的后臺管理可以提供功能性接口，可在根據(jù)不同需求在平臺的基本功能上進(jìn)行再次開發(fā)，而移動APP是提供給普通乘客使用的，通過APP對車輛的各種乘坐相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，PC端管理是提供給智能設(shè)備開發(fā)者以及智能設(shè)備生產(chǎn)商使用，PC端管理分為用戶模塊、設(shè)備模塊、應(yīng)用場景、任務(wù)管理等模塊，用戶模塊的主要功能是車輛的注冊登錄，修改密碼、找回密碼等；設(shè)備模塊則包括模板的創(chuàng)建、設(shè)備的創(chuàng)建、設(shè)備通道的生成，設(shè)備數(shù)據(jù)的顯示、以及設(shè)備持有者的CRUD等功能；應(yīng)用場景模塊是指提供給用戶車輛的綁定的設(shè)備組，可以使用戶車輛一鍵綁定多個設(shè)備；任務(wù)管理模塊則是提供設(shè)備的定時任務(wù)、例行任務(wù)、觸發(fā)任務(wù)的設(shè)置等功能的，使設(shè)備具有特殊性的功能。

2）面向外部系統(tǒng)提供交互功能。車聯(lián)網(wǎng)云平臺是開發(fā)者使用的平臺，它可以向開發(fā)者提供硬件開發(fā)需要的信息，比如智能設(shè)備與車聯(lián)網(wǎng)云平臺通信時控制和訪問的主題信息等，開發(fā)者也可以將開發(fā)完成的智能設(shè)備使用該平臺將設(shè)備信息傳給移動APP端，移動APP就可以將設(shè)備進(jìn)行綁定，從而控制智能設(shè)備。設(shè)備的所有數(shù)據(jù)都將經(jīng)過車聯(lián)網(wǎng)云平臺進(jìn)行存儲和顯示數(shù)據(jù)，車聯(lián)網(wǎng)云平臺提供移動APP獲取設(shè)備上傳信息以及下發(fā)控制設(shè)備信息接口。移動APP與車聯(lián)網(wǎng)云平臺是通過HTTP協(xié)議進(jìn)行交互的，而車聯(lián)網(wǎng)云平臺與智能硬件是通過HTTP或者M(jìn)QTT協(xié)議進(jìn)行通信，主要是使用MQTT協(xié)議，車聯(lián)網(wǎng)云平臺接收設(shè)備上傳數(shù)據(jù)統(tǒng)統(tǒng)存儲在Mongodb數(shù)據(jù)庫，便于存儲查詢。

3）提供數(shù)據(jù)處理功能。車聯(lián)網(wǎng)云平臺通過訂閱向上通道獲取不同設(shè)備各種數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)，車聯(lián)網(wǎng)云平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，開發(fā)者可以查看已在使用的智能設(shè)備上傳數(shù)據(jù)，如果某些設(shè)備上傳了預(yù)警信息或是設(shè)備上傳觸發(fā)事件的信息，開發(fā)者可以直接對設(shè)備進(jìn)行預(yù)先設(shè)置的處理方法，同時，車聯(lián)網(wǎng)云平臺將預(yù)警消息發(fā)給智能設(shè)備的使用者移動APP上；車聯(lián)網(wǎng)云平臺中有一模塊是儀表盤，儀表盤可以通過輸入設(shè)備信息，進(jìn)行某個設(shè)備上傳數(shù)據(jù)以及設(shè)備下發(fā)數(shù)據(jù)的查看。

3 車聯(lián)網(wǎng)云平臺的組成

3.1 設(shè)備管理

車聯(lián)網(wǎng)云平臺根據(jù)設(shè)備模板進(jìn)行批量生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)備根據(jù)自身的數(shù)據(jù)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳至云平臺，通過數(shù)據(jù)通道下發(fā)指令則控制設(shè)備。具體流程圖如圖2所示。

圖2 設(shè)備管理

設(shè)備模板：將設(shè)備的共性進(jìn)行提取，形成一類設(shè)備的抽象，定義為此類設(shè)備的模板。可用于設(shè)備的批量生成。IOT中的T就是設(shè)備，是所有其他功能的基礎(chǔ)，向下分配是通道，向上整合是場景。

數(shù)據(jù)通道三類通道：向上通道，設(shè)備采集的數(shù)據(jù)通過向上通道上傳至云端；向下通道，云端通過向下通道推送指令、消息至設(shè)備端；雙向通道=向上通道+向下通道。

設(shè)備的上傳數(shù)據(jù)功能將數(shù)據(jù)類型分為了四種類型：數(shù)值型、布爾型、文本型、GPS型。

3.2 應(yīng)用場景（如圖3）

圖3 應(yīng)用場景圖

應(yīng)用場景功能包括場景定義、設(shè)備組合定義、設(shè)備組合下的設(shè)備列表，提供開發(fā)者定制化設(shè)備組功能，可以靈活、定制，根據(jù)場景進(jìn)行設(shè)備集成，設(shè)備集中監(jiān)測、與APP結(jié)合使用實(shí)現(xiàn)一鍵控制。

3.3 任務(wù)調(diào)度

任務(wù)調(diào)度是實(shí)現(xiàn)實(shí)時性的操作，該平臺具有對設(shè)備定義定時任務(wù)、間隔時間任務(wù)、例行任務(wù)、觸發(fā)任務(wù)。通過定義以上所述任務(wù)，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)更加智能化。

1）定時任務(wù).設(shè)備設(shè)置開關(guān)、溫度、亮度等任務(wù)，將各項任務(wù)按自己所設(shè)置的時間、日期進(jìn)行開啟或關(guān)閉，這樣就實(shí)現(xiàn)了定時任務(wù)。

2）間隔時間任務(wù)。設(shè)備定義每隔一段時間進(jìn)行一個采集，這就是一個單位的間隔時間任務(wù)。其中單位時間是間隔時間條件，進(jìn)行一個采集是該設(shè)備的一個動作，在間隔時間條件和相對應(yīng)的動作組合下，是一個間隔時間任務(wù)。

3）例行時間任務(wù)。例行時間任務(wù)是在每天或者是每周同一時間點(diǎn)去執(zhí)行某個動作，比如車輛的開行是每天早上6點(diǎn)鐘準(zhǔn)時響起，該任務(wù)就為例行時間任務(wù)。

4）觸發(fā)任務(wù)。設(shè)置設(shè)備的一個觸發(fā)條件，當(dāng)設(shè)備達(dá)到這個觸發(fā)條件的時候，執(zhí)行動作，這樣就實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)任務(wù)，比如煙霧報警器，設(shè)置當(dāng)煙霧濃度達(dá)到設(shè)定值時，觸發(fā)報警動作。

3.4 數(shù)據(jù)可視化

車聯(lián)網(wǎng)云平臺可以將設(shè)備不同時間段的不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，比如車輛的速度、位置、車內(nèi)的溫度、預(yù)警消息、操作時間等。

3.5 MQTT接口

通過設(shè)備端的發(fā)布和云端的訪問實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示，通過云端的發(fā)布和設(shè)備端的訪問完成設(shè)備的控制。實(shí)現(xiàn)過程如圖4所示。

圖4 車聯(lián)網(wǎng)云平臺MQTT通訊流程圖

3.6 RESTFUL API

后端與前端分離，后端與移動端分離。通過API接口調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)各端之間的交互。物聯(lián)云提供完整的API接口調(diào)用文檔，簡化開發(fā)流程，為二次開發(fā)提供高效便捷的解決方案。

4 結(jié)語

車聯(lián)網(wǎng)采用智能傳感器終端、通信網(wǎng)絡(luò)、云計算三大技術(shù)實(shí)現(xiàn)車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)、車云網(wǎng)的三網(wǎng)融合，最終達(dá)到智能網(wǎng)聯(lián)公交的目的，本課題將通過研究車聯(lián)網(wǎng)平臺的構(gòu)建來完成對新能源公交大數(shù)據(jù)的采集與處理。實(shí)現(xiàn)基于移動互聯(lián)的大數(shù)據(jù)來獲取環(huán)境感知，道路預(yù)測，同時形成車車通信、車路通信，以及車內(nèi)部通訊。