基于车联网的行车数据分析系统设计与实现

彭 璐（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于车联网的行车数据分析系统设计与实现

彭 璐
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

为了获取和分析汽车行驶过程中的动态数据，设计和实现了一种行车数据分析系统，该系统包含车载远程控制终端、3G通讯网络、服务平台和远程分析应用网站。车载终端将采集的数据通过3G无线网络上报至服务平台，通过服务平台的处理和分析，最终通过远程分析应用网站呈现给用户。应用于某车型的用户驾驶行为评价的结果表明，该系统可以实现对行车数据的采集、处理、记录、驾驶行为分析等功能。

车联网；数据分析；远程控制；服务平台

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.007

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

引言

在汽车产品设计过程中，了解实际用户的加速、换挡习惯、常用车速、常用档位，能够更好地进行车辆动力系统匹配设计、优化换挡规律，并为车辆热管理、转鼓热平衡试验等提供数据支持；获得行车过程中发动机实际常用工况点、识别发动机油耗、排放关键点，有利于发动机燃烧开发及标定；了解特殊环境地区用户的驾驶习惯，如高海波、高温、低温地区，有利于车辆核心部件的性能优化。此外通过对用户驾驶习惯的分析和评价，也能够主动与用户进行交互，改善不良驾驶习惯，引导用户更加安全、节能、环保地驾驶汽车。

然而传统的汽车技术在车辆路试过程中或出售给用户后，汽车研发人员便与车辆失去关联，因而无法获得上述车辆实际行驶过程中的运行数据。车联网系统是利用装载在车辆上的终端设备获取车辆的行驶属性和系统运行状态信息，通过卫星定位技术获取车辆行驶位置等参数，通过 3G等无线传输技术实现信息传输和共享，通过各类传感器获取车辆内、车辆间、车辆与道路间等交通基础设施的使用状况，最后通过互联网信息平台，实现对车辆运行的监控，并提供各种交通综合服务。车联网技术包括无线网络通信技术、卫星定位技术、传感器技术、计算机技术、数据处理技术等多种智能化技术[1]。

本文建立了一套基于车联网的行车数据分析系统，实现了对行车数据的采集、记录、驾驶习惯分析、工况分析等功能。

1、系统结构及原理

行车数据分析系统整体架构参考物联网的三层结构设计[2]，如图1所示，包括感知层、网络层和应用层。

图1　行车数据分析系统结构

感知层的作用是信息感知，由车载远程控制终端（以下简称车载终端）组成。

网络层的作用是数据传递，实现感知层数据的汇聚，并向应用层提供数据支撑，包括3G通信网络和服务平台。

应用层的作用是为用户提供服务，包括远程分析应用网站。

车载终端负责完成行车数据的采集和上报，3G无线网络保证了车载终端与服务平台的有效通信。服务平台负责对接收到的数据进行解析和存储，实现行车数据的采集和记录。汽车设计人员等各类用户可以通过 Internet网络在不同的客户端登录远程分析应用网站，访问和读取服务平台中存储的数据，并对数据进行所需的分析处理。

图2　动态行车数据分析业务流程图

行车数据分析系统的整体业务实现流程如图2所示。首先车载远程控制终端判断车辆起动后，通过整车 CAN总线及各类传感器，采集所需的动态行车数据，然后将平台分析所需要的信息解析处理后，置于通讯协议报文中，上传至服务平台。平台接收信息并根据数据分析模型输出分析结果。最终的分析结果通过远程分析应用网站呈现给用户。

2、行车数据分析系统设计实现

2.1车载远程控制终端设计

车载终端作为整个系统的前端模块，为了保证数据采集上报的实时、有效和可靠，车载终端采用双处理器架构（ARM 和MCU）、内置3G通信模块、GPS定位模块，其硬件结构框图见图3。

图3　车载终端硬件结构框图

根据系统的整体需求，所需要采集的行车数据，主要包括车速、转速、油耗、油门位置、离合位置、GPS定位数据等。其中车速、转速、油耗、油门位置、离合位置等车辆运行数据通过CAN总线读取。车载终端同时支持两路CAN总线，可同时作为低速CAN（车身CAN）和高速CAN（动力CAN）网络上的终端节点。GPS定位数据通过车载终端的GPS定位模块测算得到。此外数据记录中，还应该包含产生每条记录的绝对时间信息，包括具体的日期和时间，该信息也由车载终端的GPS定期模块测算校准得到。上述信息经过打包后，通过其内部的3G通讯模块实现基于Internet的网络互连，将信息传递到服务平台。

由于本系统采集的是车辆行驶状态下的动态数据，因此车载终端启动数据采集的触发条件是发动机转速不为零。在车辆熄火后，车载终端处于休眠状态，整体功耗较低。当车辆起动后，车载终端被唤醒，从而保证系统在车辆运行期间处于实时工作状态[3]。此外，为了保证终端的可靠运行，车载终端支持自检功能，即当车载终端上电，会根据当前车辆状态实时进行自检，自检内容包括：EEROM内部读写检测，WAN模块检测，GPS模块检测，CAN总线通信检测，连接器检测等。一旦检测到故障发生，车载终端根据诊断规范要求记录相关的故障码信息，并向服务平台发出报警。

2.2数据采集及上报

一般而言，对于整车 CAN总线上的动态行车数据，特别是动力系统数据（发动机、变速箱）发送周期非常短，一般都为10ms。而对于行车数据分析系统而言，单次的精确地个体数据并不是关注的重点，而是需要收集海量的样本数据，因而车载终端的数据采集频率不需要设定的太高。根据本系统的分析需求，车载终端的数据采集频率设定在2Hz可以满足要求，并且该频率支持后期调整。即根据需求的变化，通过服务平台重新配置数据采集频率。

基于本系统中车载终端本身的硬件存储能力以及3G网络的通信特点考虑，为了保证数据上报的可靠性和连续性，车载终端对所采集数据记录进行组包的频率为 0.2Hz，正常情况下数据上报的频率也为 0.2Hz。由于车载终端与服务信心平台采用TCP短连接机制，因此当通信网络传输出现异常或车载终端执行其他业务执行时，允许数据上报暂停，此时车载终端需要存储已经采集但尚未完成上报的数据，待通信网络恢复正常或其他业务执行完成后继续上报，此时数据上报的频率要高于 0.2Hz，待所有存储的数据包全部上报完成后，上报频率恢复为固定周期。

车载终端与服务平台之间基于TCP/IP协议进行通讯，通讯报文中各字段的定义如表 1所示。每条通讯报文中包含GPS定位数据和行车数据采集起始绝对时间信息（日期+时间）以及动态行车数据。

其中Dispatcher Message为通讯报文的头消息，主要包括消息对应的创建时间，所传输应用数据的应用分类，车辆VIN码，车载终端的唯一设备号，车载终端的 IMSI号，Application Data（应用数据）的长度等信息。Vechicle Data为实际采集的行车数据，由于数据上报的频率要低于数据采集频率，因此一条数据报文中会包含10条行车数据记录，并且每条行车数据记录应当保证时间连续性。

2.3服务平台设计

服务平台作为整个行车数据分析系统的标准规范接口以及基础服务平台，其特点是基于SOA的方法，采用开放式框架，能够有效实现面向不同服务应用的汇聚，并且便于灵活扩展新业务；采用标准化接口协议，便于不同类型的终端和服务的快速接入。行车数据分析系统服务平台总体架构设计如图4所示，包括统一接入层、业务应用层和运营管理层。

图4　服务平台系统架构

统一接入层包括统一接入网关和通用服务。这一层负责建立车载终端与服务平台之间的通讯并维持通讯的稳定，其核心功能包括终端承载协议实现、加密/解密、认证/鉴权、路由等。统一接入网关是整个服务平台实现消息驱动的关键单元。由于行车数据涉及用户的个人隐私和车辆的行驶安全，因此对安全性和保密性要求很高，统一接入网关根据校验位判断数据包的完整性，同时与车载终端传输的内容采用对称加密算法，统一接入网关接收到消息后解密解码后提供后续服务。

业务应用层包括核心服务以及服务集成管理，属于系统的业务逻辑单元，负责提供诸如驾驶行为分析、工况分析等面向用户的服务。这一层的核心功能包括：驾驶行为分析、工况分析、Web地图服务、数据接口发布服务等，并支持动态扩展其他服务。其中Web地图服务主要面向提供车辆位置地图标注和轨迹管理功能。

运营管理层实现用户权限管理、服务管理、数据管理、数据可视化、日志管理等功能，并存储整个系统的数据。整个服务平台的数据分为业务数据，行车数据，日志数据。根据各类数据特点，运营管理层通过Oracle数据库架构管理存储大数据。

2.4远程分析应用网站

远程分析应用网站是一个基于WEB服务的网站，为用户提供图形化的交互界面，用户可以设置可视化相关参数，将请求提交给服务平台并接收服务平台响应，以表格、网格、折线图、柱状图、饼图等多种形式将历史数据和分析结果呈现给用户[4]。

3、试验验证

将所开发的行车数据分析系统应用在用户驾驶习惯分析上。通过对用户基础行车数据的采集和分析，来评估用户的驾驶习惯优良情况，即出现不良驾驶行为的次数和位置，并通过图表和地图标注的形式进行呈现。

如表2所示，所需要采集的数据包括车速、发动机转速、GPS位置信息、时间、加速度。

表2　驾驶习惯评价

最终通过远程分析应用网站登录，查看分析结果的显示界面如图5所示。

图5　驾驶行为分析界面

4、结束语

本文设计开发了基于车联网的行车数据分析系统，该系统车载终端、软硬件平台运行稳定可靠，实现了动态行车数据采集、处理、上报、存储、分析和呈现等基本功能。通过在实车上的应用测试，验证了该系统的可用性，从而为汽车设计研发以及用户驾驶行为评价提供了有效的数据来源和分析方法。

[1] 何蔚.面向物联网时代的车联网研究与实践[M].科学出版社,2013:4-5.

[2] 王立颖.基于车联网的货车安全监控系统设计与分析[J].物流技术,2014,33(06):353-356.

[3] 胡艳青,闫斌,杨林.基于 CCP协议的混合动力公交车远程优化系统研究[J].汽车技术,2015(07):56-61.

[4] 耿盼盼,丁香乾,陶冶等. 一种通用物联网数据分析平台的设计与实现[J].计算机应用与软件,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，工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司，研究方向为人机交互设计、车联网。