新能源汽车远程监控平台的设计与实现

武建伟

（中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南 郑州 450000）

1 引言

近年来，随着人们环保意识的提高，越来越多的用户开始选择购买新能源汽车。但是，新能源汽车的研发使用时间不长，监测数据不多，因此，新能源汽车性能评估的数据支撑不足。故而，需要研发新能源汽车远程监控平台[1]，为车主提供实时监控及故障报警提示，同时收集新能源车辆的相关数据，为车辆性能的挖掘分析提供大数据支撑。

应用架构：分析系统应用层次，确定系统功能体系以及各应用的功能规格和非功能规格。

数据架构：定义了平台的数据模型、数据分类、部署方式等。

技术架构：采用B/S 模式，按照数据访问层、应用逻辑层、应用服务和应用展现层进行多层结构体系设计，基于SOA 设计思想进行服务分层，采用可视化拓扑维护、专题图自动生成等技术进行功能模块设计。

2 远程监控平台总体设计

2.1 实现目标

新能源汽车远程监控平台主要通过与车载TBOX 实时通信，监控车辆实时状态，为新能源汽车安全运行提供保障。平台分为服务器端软件和客户端软件两部分，其中，服务器端主要通过互联网与TBOX 的3G/4G网络进行通信，接收车辆的实时和补发信息，进行解析、保存等，并按照GB/T 32960—2016 协议[2]与国家平台进行通信，将车辆的实时信息转发至国家平台。客户端软件通过访问服务器端的数据，将车辆状态以可视化形式呈现给用户，并提供地图基本操作、实时监控、路径规划、历史数据查询、车辆故障监控、安全报警、电子围栏管理、信息录入及维护、系统管理等功能。

2.2 平台框架结构设计

新能源汽车远程监控平台的系统架构主要由业务架构、应用架构、数据架构、技术架构等部分组成，如图 1 所示。

业务架构：对车辆终端信息、上报信息、报警信息等进行分析、归纳，形成各业务对平台的需求，为新能源汽车远程监控平台的总体设计提供依据。

图1 系统总体架构图

2.3 平台接口设计

新能源汽车远程监控平台的服务端采用TCP 套接字的方式开启网络监听接口，当收到TBOX 的连接请求时，建立一条独立的TCP 通信链路与该TBOX 进行通信，通信过程要以线程的方式进行，保证平台与每台TBOX的通信独立和唯一，并且对通信的链路进行监控和维护，确保每条链路通信的稳定可靠。

按照GB/T 32960—2016 协议要求，企业平台接收到TBOX 数据时，需按照GB/T 32960—2016 企业平台与国家平台通信协议的格式，将数据转发至国家平台。转发时要遵守国家平台的转发机制，主要是补发数据和报警数据。平台的数据接口设计如图2 所示。

图2 新能源汽车远程监控平台软件数据接口

2.4 通信接口规则设计

2.4.1 连接建立

本地平台向国家平台发起通信连接请求，通信链路建立后，本地平台应自动向国家平台发送登入信息进行身份识别，国家平台应对接收到的数据进行校验；校验正确时，国家平台应该返回成功应答 ；校验错误时，国家平台应存储错误数据记录，并通知本地平台。

本地平台应在接收到国家平台的应答指令后完成本次登入传输；本地平台在规定时间内未接收到应答指令，应每间隔1 分钟重新登入，若连接三次登入无人应答，应间隔30 分钟后，继续重新连接，把未成功发送的数据重新上报，重复登入间隔时间可以设置。

2.4.2 信息传输

本地平台登入成功后，应向国家平台上报电动汽车实时信息。当本地平台上报信息时，国家平台应对接收到的数据进行校验，校验正确国家平台做正确应答，校验错误则做错误应答。国家平台的应答信息错误时，本地平台应重新发送车辆的本条实时信息，每间隔1 分钟重新发送1 次，失败3 次后不再发送。本地平台上报的时间周期应可调整，最大周期不应超过30 秒，当车辆出现3 级报警时，应上报故障发生时间点前后30 秒的数据且信息采样周期不大于1 秒，其中，故障发生前数据应以补发形式进行传输。

2.4.3 补发机制

当数据通信链路异常时，本地平台应将车辆实时上报的数据进行本地存储。在数据通信链路恢复正常后，在发送实时上报数据的空闲时间完成补发存储的上报数据。补发的上报数据应为7 日内通信链路异常期间存储的数据，数据格式与实时上报数据相同，并标识为补发信息上报。

3 关键技术

3.1 模块化微服务

微服务是把一个大型应用分散为互相可解耦的多个小应用程序，然后通过调用小应用程序来完成一次复杂的业务逻辑要求。微服务各模块可独立部署，互相通过明确接口保证各服务之间是松耦合。模块化则是把各个业务拆分为更小、相对独立的模块。这样设计的优势是能弹性应对业务压力，当业务压力较大时，可同时在多台服务器启动多个模块实例，以应对大量业务处理。而业务压力较小的模块，只需较少的实例，这样能弹性利用系统资源，提供优秀的横向扩展能力。

3.2 数据存储

为了应对不同数据的存储和管理要求，平台采用关系型数据库、分布式文件存储系统、NOSQL 数据库等技术，建立统一的分布式存储环境，实现对时空大数据的统一存储。

关系型数据库：对系统业务数据进行存储管理，既满足传统关系查询的业务需求，又适应大规模数据存储的要求。

分布式文件系统 ：采用Hadoop 等分布式文件系统，对地图瓦片数据等非结构化、半结构化数据进行存储管理，通过将大量小切片文件聚合为较大的数据包，统一存放在分布式存储节点中，实现低成本、高可靠的存储和并发访问。

NoSQL 数据库：对于实时位置信息和轨迹信息等海量离散时序信息，采用NoSQL 数据库进行存储、处理、统一建模和分析。

4 远程监控平台实现

新能源汽车远程监控平台分为服务器端实时数据接收转发和客户端的数据可视化管理。本章主要介绍服务器端的接收程序、客户端的车辆实时状态监控、车辆报表统计和系统管理。

4.1 服务器端接收程序

平台服务器端接收程序接收在客户端接入平台的汽车上报数据，并将数据保存至系统业务数据库。同时，按照GB/T 32960—2016 协议的要求，将数据自动转发至国家平台，具体界面如图 3 所示。

图3 新能 源汽车接收程序

4.2 客户端可视化管理

新能源汽车远程监控平台提供了用户权限管理机制，不同的用户权限可使用相应的系统功能，从而获取不同的应用价值。客户端采取B/S 结构，用户输入指定网址后，通过系统分配的用户名和密码登录系统。

4.2.1 车辆实时状态监控

平台可以对接入的所有车辆的实时位置（包括位置、车速、电量、时间等）和车辆状态（包括整车数据、驱动电机数据等）进行监控，并通过接收存储车辆的实时位置，回访车辆的历史轨迹，重现某一车辆某一时段的行驶轨迹，方便管理单位掌控车辆行驶情况。同时，通过分析系统接收的车辆实时状态信息，对车速、电量、围栏等超出阈值的车辆进行警报提示，以减少人员伤亡和财产损失。车辆实时状态监控如图 4 所示。

图4 车辆实 时状态监控

4.2.2 车辆报表统计

平台可以对某一车辆某一时间段内的故障情况、行驶里程、充电次数和时间等信息进行统计生成图表，并可存储打印，给车辆管理部门和车主提供准确的车辆行驶数据[3]。车辆统计报表可为车辆的维护维修提供更多建议，也可以为车辆的改进设计提供参考依据。车辆报表统计如图 5 所示。

4.2.3 系统管理

新能源汽车远程监控平台提供了车辆管理、业务管理、日志管理和用户管理功能，用于对车辆配置、系统业务数据和系统用户进行数据管理。

车辆管理：对车辆的分组信息、车型注册、车辆注册、充电桩等提供新增、编辑、删除、查询等管理功能，实现车辆信息的分类管理。

业务管理：对车辆的电子围栏、路径规划、上报信息、报警信息等业务数据进行管理。

日志管理：对平台的使用记录和车辆的上下线记录进行存储，并提供查询和Excel 表格下载功能。

用户管理：对系统的用户和用户权限提供新增、编辑、删除、查询等管理功能。

图5 车辆报表统 计图

5 结束语

通过新能源车载TBOX、远程监控平台和国家平台之间的通信联合调试，新能源汽车远程监控平台已经完成交付，成功上线运行。试运行期间，平台在线监控的新能源车辆达5000 余量，平台运行稳定。通过压力测试，平台交付后可同时在线监控10 万辆新能源汽车。新能源汽车远程监控平台的上线，为新能源汽车运行数据的采集降低了人力物力和时间成本，为汽车研发人员的科研提供了大数据支撑。后续将针对手持移动端的应用进行研发，方便车主用户及时掌控车辆的实时状态，从而更好地使用和维护新能源车辆。