車聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李坤

摘 要

隨著現(xiàn)代交通的快速發(fā)展， 我國車輛數(shù)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(lián)愿景的提出，采用4G無線通信技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，線上實時監(jiān)控與分析處理，提高生產(chǎn)效率和人工智能程度，促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展。本項目選用一個4G車載終端，結(jié)合北斗/GPS衛(wèi)星雙模定位，根據(jù)雙模做到精確定位，通過CAN總線實時獲取車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用4G無線通信技術(shù)將車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至通信服務(wù)器，并且對定位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后通過車聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺顯示車輛實時位置，實現(xiàn)對車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)控。隨著現(xiàn)代汽車往大數(shù)據(jù)方向發(fā)展，我們采用Hbase存儲車輛上傳的海量運(yùn)行數(shù)據(jù)，并且Hbase對于大數(shù)據(jù)量的查詢效率較高，采用MySQL數(shù)據(jù)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(wù)器采用Netty高性能網(wǎng)絡(luò)框架進(jìn)行設(shè)計與開發(fā)，以此來開發(fā)一個車聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，獲取車輛實時位置，實現(xiàn)車輛運(yùn)動狀態(tài)的實時監(jiān)測。

關(guān)鍵詞

北斗/GPS;車載終端;Hbase;MySQL;Netty高性能網(wǎng)絡(luò)框架

中圖分類號： TP277 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

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

0 引言

伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”熱潮的不斷推動，傳統(tǒng)行業(yè)正在慢慢向信息化轉(zhuǎn)型升級，使得“互聯(lián)網(wǎng)+”這股熱潮不斷的和各個行業(yè)結(jié)合，數(shù)據(jù)種類也日益增多，更進(jìn)一步地促進(jìn)人們的生產(chǎn)生活。在現(xiàn)代化車輛管理中，通過采用4G智能車載終端，實現(xiàn)遠(yuǎn)程車輛的智能動態(tài)監(jiān)控和管理[1]。文獻(xiàn)[2]與文獻(xiàn)[3]提出了一種基于車聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對汽車的監(jiān)控和管理。文獻(xiàn)[4]提出了一種車聯(lián)網(wǎng)信息采集終端，可以采集和上傳車輛視頻信息和設(shè)備信息。文獻(xiàn)[5]確保系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，采用基于北斗的車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，選擇MINA作為網(wǎng)絡(luò)傳輸框架，實現(xiàn)了車輛監(jiān)控和軌跡查詢功能。文獻(xiàn)[6]采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，提出了車輛監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn)，依托大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，將遠(yuǎn)程車輛實時上傳的運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲與分析，大大提高了監(jiān)控系統(tǒng)的性能。文獻(xiàn)[7]提出了一種基于車聯(lián)網(wǎng)的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，利用嵌入式開發(fā)技術(shù)、GPS衛(wèi)星定位技術(shù)、GPRS無線通信技術(shù)，實現(xiàn)了車輛定位查詢、語音導(dǎo)航等功能。文獻(xiàn)[8]與文獻(xiàn)[9]提出基于Netty的終端通信系統(tǒng)設(shè)計，采用Netty的異步非阻塞、基于事件驅(qū)動等特性設(shè)計開發(fā)了高性能網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)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(shù)，數(shù)據(jù)中心Hbase數(shù)據(jù)庫用來存儲車輛上傳的海量數(shù)據(jù)，采用Netty高性能網(wǎng)絡(luò)框架設(shè)計終端通信服務(wù)系統(tǒng)，車聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺采用MySQL存儲車輛的基本信息，通過調(diào)用百度地圖在頁面實時顯示車輛經(jīng)緯度、車速、地址等等。

1 系統(tǒng)功能與總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能

車聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集和顯示車輛行駛過程中的數(shù)據(jù)，可以有效監(jiān)控車輛的經(jīng)緯度、車速、地址，并且在車聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺上顯示出來。為了實現(xiàn)對車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個部分：

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

（2）數(shù)據(jù)存儲與分析功能：系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛實時運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲與分析。由于車輛每隔幾秒鐘就會上傳數(shù)據(jù)到通信服務(wù)器，這樣就會產(chǎn)生大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，因此系統(tǒng)應(yīng)該具有大數(shù)據(jù)分析與處理能力，選擇一個高性能、高可用的網(wǎng)絡(luò)框架顯得尤為重要。

（3）數(shù)據(jù)顯示功能：系統(tǒng)能夠提供對存儲數(shù)據(jù)的圖表顯示功能，能夠提供一個大數(shù)據(jù)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(diào)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(gòu)設(shè)計

為了實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)功能，將遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分為車載終端、數(shù)據(jù)中心與遠(yuǎn)程客戶端三部分。車載終端實時獲取車輛經(jīng)緯度、車速、地址等數(shù)據(jù)，將收集到的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心的通信服務(wù)器，通信服務(wù)器存儲與分析車輛上傳的數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程客戶端通過瀏覽器發(fā)送HTTP請求來獲取數(shù)據(jù)中心里面存儲的數(shù)據(jù)，然后將響應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在頁面中。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 車載終端

車載終端采用模塊化設(shè)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?shù)臄?shù)據(jù)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(yùn)行車輛的經(jīng)緯度、車速、地址，并通過4G無線通信模塊將采集的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心的通信服務(wù)器。4G無線通信模塊也可以接受通信服務(wù)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(shù)據(jù)中心

MySQL是目前最流行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它將數(shù)據(jù)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(hù)性與靈活性。然而，隨著數(shù)據(jù)量的增加，MySQL的查詢效率也隨之將低，因此，我們選用MySQL數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫，它的列可以動態(tài)增減，如果列為空，則不存儲數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)接收器，可以提供快速隨機(jī)訪問海量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。因此，我們采用HBase數(shù)據(jù)庫來保存車載終端上傳的大量運(yùn)行數(shù)據(jù)，而且面對龐大的數(shù)據(jù)，它的查詢效率比較高。Netty是一個NIO框架，它的應(yīng)用場景是能夠與服務(wù)器通信，它的底層協(xié)議是TCP協(xié)議，面向客戶端的高并發(fā)應(yīng)用，或者是大量數(shù)據(jù)持續(xù)傳輸?shù)膽?yīng)用[10-11]。Netty的并發(fā)處理能力主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：首先，Netty利用Java語言的多線程特性來實現(xiàn)更多的并發(fā)連接請求;其次，Netty使用selector選擇器來實現(xiàn)多路復(fù)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(yuǎn)程客戶端

2.3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

車聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺采用MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫保存一下基本信息，而車輛的實時數(shù)據(jù)通過Hbase數(shù)據(jù)庫讀取并顯示在頁面中。其中，MySQL數(shù)據(jù)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(xiàn)

用戶通過瀏覽器訪問車聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，平臺用戶由管理員設(shè)置賬號和密碼，登錄車聯(lián)網(wǎng)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(jìn)入車聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺。用戶登錄成功之后，可以通過瀏覽器訪問車聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺的主要功能，通過調(diào)用百度地圖在頁面中實時顯示車輛的具體位置（經(jīng)緯度信息），點(diǎn)擊地圖上的紅色標(biāo)記點(diǎn)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(jīng)緯度以及詳細(xì)地址，支持根據(jù)車牌號和終端號查詢車輛信息。

3 結(jié)論

本文設(shè)計并實現(xiàn)了車聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由車載終端、數(shù)據(jù)中心和遠(yuǎn)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(shù)，數(shù)據(jù)中心Hbase數(shù)據(jù)庫用來存儲車輛上傳的海量數(shù)據(jù)，采用Netty高性能網(wǎng)絡(luò)框架設(shè)計終端通信服務(wù)系統(tǒng)，車聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺采用MySQL存儲車輛的基本信息，車輛的實時數(shù)據(jù)通過Hbase數(shù)據(jù)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(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心存儲并分析車輛上傳的數(shù)據(jù)，然后用戶可以通過瀏覽器實時查看車輛經(jīng)緯度、車速、地址等數(shù)據(jù)。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(yīng)了車載終端的遠(yuǎn)程升級需要，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對車輛運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)控，具有良好的實用性和可靠性。

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