电动汽车示范运行管理信息平台的设计与实现

姚震，李优新，郭朋飞，邓先泉

(1.广东工业大学信息工程学院，广东广州510006;2.深圳五洲龙汽车有限公司，广东深圳518116)

0 引言

目前国内新能源汽车的研究发展很快，国家出台了相应的政策进行扶持，并在全国多个城市进行示范运行，为了更好地了解和改进电动汽车的综合性能，实现与国家新能源汽车远程管理系统有效对接，实现数据共享，提供对车辆状态进行实时监控的技术支持，开发电动汽车示范运行管理信息化平台势在必行［1］。

1 平台总体结构设计

1.1 需求分析

建设电动汽车示范运行管理信息化平台是为电动汽车科研人员和政府决策人员提供一个资源共享平台。首先，平台需要使用不同公交公司的不同车型进行示范运行。同时，监测研究相关的设施、设备、耗材信息，可供科研人员在线申请使用。其次，平台还应整合各种电动汽车的运行数据，还应考虑监测数据提供不同的用户下载，各项数据提供用户研究申请。基于以上这些核心需求，平台针对不同用户设置不同的权限，为资源申请审批提供决策依据。据此提出构建设施设备管理、项目成果及合作管理、人才管理、规范管理、平台信息内容维护等模块。另外，作为电动汽车示范运行的研究与信息平台需要集成社会上更广泛的资源，为电动汽车的快速发展提供支持。该平台旨在实现三大目标:(1)有效管理不同运营公司不同车型的运行数据，建立相应的数据库，实现资源共享;(2)整理加工数据资源，进行数据挖掘;(3)展现深圳市电动汽车的研究项目和成果，推进国内和国际合作，从而建成交流合作平台。

1.2 平台的总体架构

依据信息的采集、传输、处理和存储的过程，电动汽车运营管理信息系统可以分为三大子系统，各子系统分别为电动汽车车载信息终端，数据传输网络和电动汽车运行管理门户［2］。总体方案如图1所示。

车载信息终端:负责整车的数据流采集、分析处理、存储与发送，由车载信息系统ECU与发射接收装置组成，除承担整车的信息采集分析处理等任务外，还利用实时在线通信技术(利用无线通信技术GSM、GPRS、CDMA、互联网web技术，实现信息的传递、发布和查询)或其他离线技术完成与基地信息系统的数据交换任务。还可以利用车辆的GPS技术、无线视频技术等手段实现车辆的动态跟踪监控，对车辆实施全方位的远程实时监控。

数据传输网络:主要是指GPRS网络和INTERNET网络。车载终端的数据先通过车载信息通信模块传送到GPRS网络，再通过网关连接到互联网，经过各级路由器连接到电动汽车管理门户的服务器上。

电动汽车信息管理门户:电动汽车信息管理系统分为数据分析块、用户管理、论坛管理、新闻公告管理、资源管理。数据分析模块负责展现电动汽车参数信息，并对数据进行分析统计。用户管理模块负责管理用户。论坛模块提供一个讨论系统。新闻公告管理提供一个最新消息，最新公告的发布功能。资源管理提供一个信息功能系统。

2 信息平台的实现

2.1 平台的功能模块划分

由于平台涉及到复杂的业务流程关系，对它的开放做好建模显得相当重要，统一建模语言 (unifide modeling language，UML)是面向对象开发中一种通用的、统一的图形化模型语言，它将软件模型中的信息用标准图形元素直观地显示，可以在几个层次上显示系统如何工作，非常有利于用户和其他涉及子系统的通信［3］。电动汽车信息管理平台可以分为7大模块，其中车载信息采集模块，车载终端模块可以独立运行，作为一个子系统进行开发。

车载信息采集模块:车载终端作为电动汽车的一个节点，从CAN总线网络上获取电动汽车基本数据，基本数据包括电动汽车的ID信息、电机信息、电池信息等数据，并将数据上送车载终端通信模块。车载终端采集模块提供数据获取、数据显示、数据发送和车载终端登录功能。

车载终端通信模块:接收采集模块送来的电动汽车信息，将获取的电动汽车信息进行数据结构化并存储。车载终端通信模块提供车载信息接收发送，数据存储功能。图3是GPRS终端发送请求数据包关键用例实现。

数据分析统计:信息平台提供电动汽车信息的统计分析处理。主要包括三大部分:

(1)示范车辆图表分析包括电池S0C曲线、电动功率曲线、查询线路运营车辆柱状图。

(2)示范车辆整体数据分析包括电机信息、电池信息、发动机信息和整车信息。

(3)示范车辆按条件查询数据分析包括电池信息、整车信息。

用户管理:管理在电动汽车信息系统注册的用户，管理用户访问权限。用户管理提供用户注册、用户销户、用户权限分配、用户审核等功能。

资源管理:电动汽车信息系统提供资源共享平台，为注册用户提供上传下载资源功能。

论坛管理:电动汽车信息系统提供学习讨论平台，论坛管理提供注册用户发帖和回帖，提供游客浏览帖子，删除、修改帖子功能。

新闻公告管理:电动汽车信息系统提供新闻公告发布平台，管理员通过电动汽车信息系统后台进行新闻公告的发布、修改、删除。游客和注册用户通过首页查询新闻和公告。

2.2 平台的软硬件配置

软件环境:该平台采用OraclelOG对象关系数据库，Red-Hat Enterprise As 5.5 Linux操作系统，Tomcat 6作为web中间件，车载终端的数据库选用SQLite3。

硬件环境:应用服务器为联想万全R520 G7服务器，具有1颗四核英特尔5504处理器 (2.0 G/4 M)，磁盘阵列Raid 5;数据服务器为联想万全R520 G7服务器，6×147 G，4 G内存，磁盘阵列Raid 5。

2.3 数据信息的处理

2.3.1 数据的分类

表1 电动汽车的基本信息表

电动汽车示范运营管理信息平台的数据由两部分构成:一是电动汽车的基本信息;二是电动汽车的运行信息。基本信息项目参照《深圳市公交车辆GPS监控——车载终端技术标准》进行设定［4］。运行数据包括的主要是车辆运行期间其整车、电机、发动机、电池等汽车核心数据参数。示范运行车辆的基本信息如表1所示。

2.3.2 数据的解析

数据的解析分为两个层面:一是CAN总线的数据帧转换成GPRS网络的数据帧，二是将TCP/IP数据包解析成完整的数据信息。车载信息采集模块执行的是汽车生产厂家制定的CAN网络协议［5］，数据帧格式如表2所示。车载信息通信模块需要将这些信息解析成不同的数据项，存入车载终端的数据库。数据通信包括常用的一些命令字，如命令字0X10作为服务器对终端的标定命令;0X20作为终端注册的命令;0X40作为终端注册后应答的命令;0X41作为正常发送的命令。

表2 CAN总线数据帧格式

2.3.3 数据的统计分析

数据的统计分析是信息平台的核心，通过开源的BIRT报表制作。BIRT(Business Intelligence and Reporting Tools)，是为Web应用程序开发的基于Eclipse的开源报表系统，特别之处在于它是以Java和J2EE为基础。BIRT有两个主要组件:基于Eclipse的报表设计器，以及部署到应用服务器上的运行时组件。通过birt制作网站上面的数据分析功能，实现对历史数据的统计分析、曲线绘制等。

2.3.4 数据的存储

数据存储主要分为两大部分，一是系统应用数据，供系统日常运作使用;二是运行数据仓储和数据仓库，供电动汽车管理系统进行数据分析和数据挖掘使用。这两部分数据在逻辑上和物理上可以完全分离，独立存在，通过一定的数据清洗步骤实现操作数据到分析数据的转变。

数据存储规划原则:

(1)操作数据与分析数据分离原则

操作数据保存在应用数据库中，主要是系统运行期间产生的，是系统日常运作的数据。分析数据保存在运行数据仓储和数据仓库中，主要对系统运行情况进行数据分析和挖掘。

(2)操作数据与管理数据共享原则

操作数据和管理数据都保存在应用数据库中，操作数据主要是系统运行期间产生的，数据量增长较快，变化较频繁;管理数据是为保证系统正常运作而配置，数据量较小变化相对不太频繁。由于操作数据的变化需要紧密依赖管理数据，因此操作数据和管理数据需保持共享，尤其是操作数据变化时，需要应用管理数据定义的规则、配置等信息。

(3)数据分域管理原则

所有操作数据和管理数据按照所属的功能域进行划分，前台功能或后台服务都只能直接对本域的数据进行查询和操作。如果涉及到跨域查询和操作，通过接口进行。

2.4 平台的关键技术

WEB系统采用JAVA技术实现，主要基于开源软件自行开发的架构。使用的主要技术包括Struts2、Spring和Hibernate。在系统门户技术框架展现层产品选型方面，使用Struts2产品。Struts2在Struts和WebWork的技术基础上进行了结合升级，适合于构建复杂的web应用［6］。电动汽车管理系统的业务层核心采用开源的框架Spring Framework 2.5。Spring作为最普及的开源框架之一，提供对很多其他开源API的支持，有效地简化集成的难度并且提高系统的可扩展性。在系统门户技术框架数据持久层产品选型方面，使用Hibernate产品。Hibernate是开源的对象关系映射框架，对JDBC进行了轻量级封装，使开发人员可以简单高效地使用面向对象编程思维来操纵数据库［7］。Hibernate可以在应用EJB的J2EE架构中取代CMP，完成数据持久化的重任。Struts实现流程如图5所示。

3 平台的特点和优势

电动汽车示范运行管理信息平台作为一个Web跨平台应用平台，它是对总线技术、数据的采集和传输技术、数据库技术等多种技术的综合研究。具有如下特点优势:

(1)平台的架构合理，有清晰的层次，包括管理层、资源层和展现层。采用Web Service技术，便于各个层次的管理和应用。

(2)信息平台接口丰富，有多种通讯接口，功能的扩充性强。信息平台无需人工职守，数据自动备份，维护方便。

(3)批量车辆运行的实时监控，管理能力强。结合无线通信和网络技术，减轻车辆维护工作量。电动汽车的电控单元的运行状态可通过车载通信终端发送到网站，由有权限的用户通过web浏览器访问查询车辆的状态和维护信息，可取代人工逐车读取的繁琐工作。

(4)维护工作较少，车载终端系统通过软件升级，硬件无需改变。适应不同类型的车辆，配置信息由示范运行管理中心统一完成。

深港澳电动汽车大规模示范运行管理信息平台的网站如图6所示。

4 结论

电动汽车示范运行管理信息平台的流程和功能设计是经过需求分析的多次调研和反复论证，通过UML建模语言作为辅助工具，经过详细的分析和一定的改造论证而成的，基本满足了深圳电动汽车示范运行管理信息平台建设的需求。该信息平台采取的技术具备一定的实用性和先进性，保障信息交互基础的同时也为电动汽车生产厂家提供了技术改进的依据。该设计已应用于信息平台的实际服务中。今后，将在数据分析统计的基础上，针对不同对象进行数据挖掘工作。

【1】姚震，解国林，李优新，等.电动汽车监控平台的设计与开发［J］.微计算机信息，2009，25(20):218 －219.

【2】程文芳，张侠，何剑峰，等.极地生态环境监测与研究信息平台的设计与实现［J］.极地研究，2009，21(4):299－307.

【3】唐鹰，沈建新，廖文和.基于UML的医疗保险信息门户网站的开发［J］.计算机工程与设计，2006，27(18):200 －202.

【4】深圳市公交车辆GPS监控——车载终端技术标准［S］.深圳，2010.

【5】姚震，刘方铭，李优新.混合动力汽车CAN总线的节点设计［J］.交通与计算机，2005，23(5):121 －123.

【6】李小平，肖岳峰，宿元，等.基于J2EE多层架构的Web开发框架研究［J］.计算机应用研究，2008，25(5):1429 －1431.

【7】谢瑞莲，耿国华，周明金，等.高访问量信息平台响应性能优化研究与实现［J］.计算机应用研究，2009，26(7):2610 －2612.