车联网远程监控系统设计与实现

李坤

摘 要

随着现代交通的快速发展， 我国车辆数目呈不断上升趋势， 各种问题也日益突显， 且很难有效控制。本项目基于万物互联愿景的提出，采用4G无线通信技术、卫星定位技术和计算机技术，线上实时监控与分析处理，提高生产效率和人工智能程度，促进车联网技术的快速发展。本项目选用一个4G车载终端，结合北斗/GPS卫星双模定位，根据双模做到精确定位，通过CAN总线实时获取车辆运行数据，利用4G无线通信技术将车辆运行数据上传至通信服务器，并且对定位数据进行分析处理，然后通过车联网监控平台显示车辆实时位置，实现对车辆的远程监控。随着现代汽车往大数据方向发展，我们采用Hbase存储车辆上传的海量运行数据，并且Hbase对于大数据量的查询效率较高，采用MySQL数据库存储车辆的一些基本信息，比如车牌号、终端号等等，通信服务器采用Netty高性能网络框架进行设计与开发，以此来开发一个车联网监控平台，获取车辆实时位置，实现车辆运动状态的实时监测。

关键词

北斗/GPS;车载终端;Hbase;MySQL;Netty高性能网络框架

中图分类号： TP277                     文献标识码： A

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

0 引言

伴随着“互联网+”热潮的不断推动，传统行业正在慢慢向信息化转型升级，使得“互联网+”这股热潮不断的和各个行业结合，数据种类也日益增多，更进一步地促进人们的生产生活。在现代化车辆管理中，通过采用4G智能车载终端，实现远程车辆的智能动态监控和管理[1]。文献[2]与文献[3]提出了一种基于车联网的数据采集与监控系统，实现了对汽车的监控和管理。文献[4]提出了一种车联网信息采集终端，可以采集和上传车辆视频信息和设备信息。文献[5]确保系统的稳定和安全，采用基于北斗的车辆远程监控系统的设计与实现，选择MINA作为网络传输框架，实现了车辆监控和轨迹查询功能。文献[6]采用大数据技术，提出了车辆监控系统的优化与实现，依托大数据处理技术，将远程车辆实时上传的运行数据存储与分析，大大提高了监控系统的性能。文献[7]提出了一种基于车联网的GPS导航系统，利用嵌入式开发技术、GPS卫星定位技术、GPRS无线通信技术，实现了车辆定位查询、语音导航等功能。文献[8]与文献[9]提出基于Netty的终端通信系统设计，采用Netty的异步非阻塞、基于事件驱动等特性设计开发了高性能网络通信应用程序，提高了终端通信系统的并发处理能力。

综上所述，智能車载终端采用北斗/GPS双模卫星定位技术，数据中心Hbase数据库用来存储车辆上传的海量数据，采用Netty高性能网络框架设计终端通信服务系统，车联网监控平台采用MySQL存储车辆的基本信息，通过调用百度地图在页面实时显示车辆经纬度、车速、地址等等。

1 系统功能与总体结构设计

1.1 系统功能

车联网远程监控系统能够实时采集和显示车辆行驶过程中的数据，可以有效监控车辆的经纬度、车速、地址，并且在车联网远程监控平台上显示出来。为了实现对车辆的远程监控，远程监控系统应具备以下几个部分：

（1）数据的获取与远程传输功能：该系统可以远程采集车辆运行过程中的实时数据，并且能够通过4G通信技术来接收终端通信服务器下发的控制指令，实现固件更新、报警等功能。

（2）数据存储与分析功能：系统能够实现对车辆实时运行数据的存储与分析。由于车辆每隔几秒钟就会上传数据到通信服务器，这样就会产生大量的运行数据，因此系统应该具有大数据分析与处理能力，选择一个高性能、高可用的网络框架显得尤为重要。

（3）数据显示功能：系统能够提供对存储数据的图表显示功能，能够提供一个大数据展示页面，实时地动态显示不同区域车辆的信息，它可以调用百度地图来显示车辆的具体位置和历史轨迹。

1.2 系统架构设计

为了实现车联网远程监控系统的相关功能，将远程监控系统分为车载终端、数据中心与远程客户端三部分。车载终端实时获取车辆经纬度、车速、地址等数据，将收集到的数据上传到数据中心的通信服务器，通信服务器存储与分析车辆上传的数据。远程客户端通过浏览器发送HTTP请求来获取数据中心里面存储的数据，然后将响应的数据显示在页面中。系统架构设计，如图1所示。

2 系统设计

2.1 车载终端

车载终端采用模块化设计，具体包括微处理器模块、电源模块、4G无线通信模块、北斗/GPS双模卫星定位模块、CAN总线接口模块。微处理器模块能够采集各模块传输的数据和解析控制命令，以及提供各模块的初始化配置。北斗/GPS双模卫星定位模块可以实时采集运行车辆的经纬度、车速、地址，并通过4G无线通信模块将采集的数据上传到数据中心的通信服务器。4G无线通信模块也可以接受通信服务器下发的控制指令，并将指令传递给微处理器模块。

2.2 数据中心

MySQL是目前最流行的关系数据库管理系统，它将数据信息存储在行级的不同表中，这样不仅提高了速度，还增加了可维护性与灵活性。然而，随着数据量的增加，MySQL的查询效率也随之将低，因此，我们选用MySQL数据库来存储车辆的一些基本信息，例如车牌号、车身颜色、终端号、终端类型、创建时间等信息。Hbase是一个NoSQL数据库，它的列可以动态增减，如果列为空，则不存储数据，节省了一定的存储空间。HBase使用高可用性的HDFS文件系统，这样可以保证其具有较高的容错性，HBase作为MapReduce作业数据源和数据接收器，可以提供快速随机访问海量结构化数据。因此，我们采用HBase数据库来保存车载终端上传的大量运行数据，而且面对庞大的数据，它的查询效率比较高。Netty是一个NIO框架，它的应用场景是能够与服务器通信，它的底层协议是TCP协议，面向客户端的高并发应用，或者是大量数据持续传输的应用[10-11]。Netty的并发处理能力主要体现在以下两点：首先，Netty利用Java语言的多线程特性来实现更多的并发连接请求;其次，Netty使用selector选择器来实现多路复用，一个Selector通常由一个线程处理，但具体实施可以使用多个线程。

2.3 远程客户端

2.3.1 数据库设计

车联网监控平台采用MySQL关系型数据库保存一下基本信息，而车辆的实时数据通过Hbase数据库读取并显示在页面中。其中，MySQL数据库具体包括用户信息表、角色表、车辆配置表、车载终端版本表以及平台操作日志表。

2.3.2 功能实现

用户通过浏览器访问车联网监控平台，平台用户由管理员设置账号和密码，登录车联网监控平台时，用户需要输入用户名和密码，为了增加平台的安全性，用户还需要输入正确的验证码，登录成功后便可以进入车联网监控平台。用户登录成功之后，可以通过浏览器访问车联网监控平台的主要功能，通过调用百度地图在页面中实时显示车辆的具体位置（经纬度信息），点击地图上的红色标记点会弹出一个信息框，信息框具体展示车辆的车牌号、终端号、车速、经纬度以及详细地址，支持根据车牌号和终端号查询车辆信息。

3 结论

本文设计并实现了车联网远程监控系统，该系统由车载终端、数据中心和远程客户端组成。智能车载终端采用北斗/GPS双模卫星定位技术，数据中心Hbase数据库用来存储车辆上传的海量数据，采用Netty高性能网络框架设计终端通信服务系统，车联网监控平台采用MySQL存储车辆的基本信息，车辆的实时数据通过Hbase数据库读取并显示在页面中。该系统通过车载终端采集的车辆实时运行数据上传至数据中心，数据中心存储并分析车辆上传的数据，然后用户可以通过浏览器实时查看车辆经纬度、车速、地址等数据。最后，对系统功能和性能测试，系统各个模块能够正常工作，适应了车载终端的远程升级需要，该系统可以实现对车辆运行状态的实时监控，具有良好的实用性和可靠性。

参考文献

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