姚震，李優(yōu)新，郭朋飛，鄧先泉

(1.廣東工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，廣東廣州510006;2.深圳五洲龍汽車有限公司，廣東深圳518116)

0 引言

目前國內(nèi)新能源汽車的研究發(fā)展很快，國家出臺了相應(yīng)的政策進行扶持，并在全國多個城市進行示范運行，為了更好地了解和改進電動汽車的綜合性能，實現(xiàn)與國家新能源汽車遠程管理系統(tǒng)有效對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提供對車輛狀態(tài)進行實時監(jiān)控的技術(shù)支持，開發(fā)電動汽車示范運行管理信息化平臺勢在必行［1］。

1 平臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 需求分析

建設(shè)電動汽車示范運行管理信息化平臺是為電動汽車科研人員和政府決策人員提供一個資源共享平臺。首先，平臺需要使用不同公交公司的不同車型進行示范運行。同時，監(jiān)測研究相關(guān)的設(shè)施、設(shè)備、耗材信息，可供科研人員在線申請使用。其次，平臺還應(yīng)整合各種電動汽車的運行數(shù)據(jù)，還應(yīng)考慮監(jiān)測數(shù)據(jù)提供不同的用戶下載，各項數(shù)據(jù)提供用戶研究申請?；谝陨线@些核心需求，平臺針對不同用戶設(shè)置不同的權(quán)限，為資源申請審批提供決策依據(jù)。據(jù)此提出構(gòu)建設(shè)施設(shè)備管理、項目成果及合作管理、人才管理、規(guī)范管理、平臺信息內(nèi)容維護等模塊。另外，作為電動汽車示范運行的研究與信息平臺需要集成社會上更廣泛的資源，為電動汽車的快速發(fā)展提供支持。該平臺旨在實現(xiàn)三大目標:(1)有效管理不同運營公司不同車型的運行數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)資源共享;(2)整理加工數(shù)據(jù)資源，進行數(shù)據(jù)挖掘;(3)展現(xiàn)深圳市電動汽車的研究項目和成果，推進國內(nèi)和國際合作，從而建成交流合作平臺。

1.2 平臺的總體架構(gòu)

依據(jù)信息的采集、傳輸、處理和存儲的過程，電動汽車運營管理信息系統(tǒng)可以分為三大子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)分別為電動汽車車載信息終端，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和電動汽車運行管理門戶［2］。總體方案如圖1所示。

車載信息終端:負責(zé)整車的數(shù)據(jù)流采集、分析處理、存儲與發(fā)送，由車載信息系統(tǒng)ECU與發(fā)射接收裝置組成，除承擔整車的信息采集分析處理等任務(wù)外，還利用實時在線通信技術(shù)(利用無線通信技術(shù)GSM、GPRS、CDMA、互聯(lián)網(wǎng)web技術(shù)，實現(xiàn)信息的傳遞、發(fā)布和查詢)或其他離線技術(shù)完成與基地信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換任務(wù)。還可以利用車輛的GPS技術(shù)、無線視頻技術(shù)等手段實現(xiàn)車輛的動態(tài)跟蹤監(jiān)控，對車輛實施全方位的遠程實時監(jiān)控。

數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò):主要是指GPRS網(wǎng)絡(luò)和INTERNET網(wǎng)絡(luò)。車載終端的數(shù)據(jù)先通過車載信息通信模塊傳送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，再通過網(wǎng)關(guān)連接到互聯(lián)網(wǎng)，經(jīng)過各級路由器連接到電動汽車管理門戶的服務(wù)器上。

電動汽車信息管理門戶:電動汽車信息管理系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)分析塊、用戶管理、論壇管理、新聞公告管理、資源管理。數(shù)據(jù)分析模塊負責(zé)展現(xiàn)電動汽車參數(shù)信息，并對數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計。用戶管理模塊負責(zé)管理用戶。論壇模塊提供一個討論系統(tǒng)。新聞公告管理提供一個最新消息，最新公告的發(fā)布功能。資源管理提供一個信息功能系統(tǒng)。

2 信息平臺的實現(xiàn)

2.1 平臺的功能模塊劃分

由于平臺涉及到復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程關(guān)系，對它的開放做好建模顯得相當重要，統(tǒng)一建模語言 (unifide modeling language，UML)是面向?qū)ο箝_發(fā)中一種通用的、統(tǒng)一的圖形化模型語言，它將軟件模型中的信息用標準圖形元素直觀地顯示，可以在幾個層次上顯示系統(tǒng)如何工作，非常有利于用戶和其他涉及子系統(tǒng)的通信［3］。電動汽車信息管理平臺可以分為7大模塊，其中車載信息采集模塊，車載終端模塊可以獨立運行，作為一個子系統(tǒng)進行開發(fā)。

車載信息采集模塊:車載終端作為電動汽車的一個節(jié)點，從CAN總線網(wǎng)絡(luò)上獲取電動汽車基本數(shù)據(jù)，基本數(shù)據(jù)包括電動汽車的ID信息、電機信息、電池信息等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上送車載終端通信模塊。車載終端采集模塊提供數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)發(fā)送和車載終端登錄功能。

車載終端通信模塊:接收采集模塊送來的電動汽車信息，將獲取的電動汽車信息進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化并存儲。車載終端通信模塊提供車載信息接收發(fā)送，數(shù)據(jù)存儲功能。圖3是GPRS終端發(fā)送請求數(shù)據(jù)包關(guān)鍵用例實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計:信息平臺提供電動汽車信息的統(tǒng)計分析處理。主要包括三大部分:

(1)示范車輛圖表分析包括電池S0C曲線、電動功率曲線、查詢線路運營車輛柱狀圖。

(2)示范車輛整體數(shù)據(jù)分析包括電機信息、電池信息、發(fā)動機信息和整車信息。

(3)示范車輛按條件查詢數(shù)據(jù)分析包括電池信息、整車信息。

用戶管理:管理在電動汽車信息系統(tǒng)注冊的用戶，管理用戶訪問權(quán)限。用戶管理提供用戶注冊、用戶銷戶、用戶權(quán)限分配、用戶審核等功能。

資源管理:電動汽車信息系統(tǒng)提供資源共享平臺，為注冊用戶提供上傳下載資源功能。

論壇管理:電動汽車信息系統(tǒng)提供學(xué)習(xí)討論平臺，論壇管理提供注冊用戶發(fā)帖和回帖，提供游客瀏覽帖子，刪除、修改帖子功能。

新聞公告管理:電動汽車信息系統(tǒng)提供新聞公告發(fā)布平臺，管理員通過電動汽車信息系統(tǒng)后臺進行新聞公告的發(fā)布、修改、刪除。游客和注冊用戶通過首頁查詢新聞和公告。

2.2 平臺的軟硬件配置

軟件環(huán)境:該平臺采用OraclelOG對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫，Red-Hat Enterprise As 5.5 Linux操作系統(tǒng)，Tomcat 6作為web中間件，車載終端的數(shù)據(jù)庫選用SQLite3。

硬件環(huán)境:應(yīng)用服務(wù)器為聯(lián)想萬全R520 G7服務(wù)器，具有1顆四核英特爾5504處理器 (2.0 G/4 M)，磁盤陣列Raid 5;數(shù)據(jù)服務(wù)器為聯(lián)想萬全R520 G7服務(wù)器，6×147 G，4 G內(nèi)存，磁盤陣列Raid 5。

2.3 數(shù)據(jù)信息的處理

2.3.1 數(shù)據(jù)的分類

表1 電動汽車的基本信息表

電動汽車示范運營管理信息平臺的數(shù)據(jù)由兩部分構(gòu)成:一是電動汽車的基本信息;二是電動汽車的運行信息?；拘畔㈨椖繀⒄铡渡钲谑泄卉囕vGPS監(jiān)控——車載終端技術(shù)標準》進行設(shè)定［4］。運行數(shù)據(jù)包括的主要是車輛運行期間其整車、電機、發(fā)動機、電池等汽車核心數(shù)據(jù)參數(shù)。示范運行車輛的基本信息如表1所示。

2.3.2 數(shù)據(jù)的解析

數(shù)據(jù)的解析分為兩個層面:一是CAN總線的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀，二是將TCP/IP數(shù)據(jù)包解析成完整的數(shù)據(jù)信息。車載信息采集模塊執(zhí)行的是汽車生產(chǎn)廠家制定的CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議［5］，數(shù)據(jù)幀格式如表2所示。車載信息通信模塊需要將這些信息解析成不同的數(shù)據(jù)項，存入車載終端的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)通信包括常用的一些命令字，如命令字0X10作為服務(wù)器對終端的標定命令;0X20作為終端注冊的命令;0X40作為終端注冊后應(yīng)答的命令;0X41作為正常發(fā)送的命令。

表2 CAN總線數(shù)據(jù)幀格式

2.3.3 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析是信息平臺的核心，通過開源的BIRT報表制作。BIRT(Business Intelligence and Reporting Tools)，是為Web應(yīng)用程序開發(fā)的基于Eclipse的開源報表系統(tǒng)，特別之處在于它是以Java和J2EE為基礎(chǔ)。BIRT有兩個主要組件:基于Eclipse的報表設(shè)計器，以及部署到應(yīng)用服務(wù)器上的運行時組件。通過birt制作網(wǎng)站上面的數(shù)據(jù)分析功能，實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、曲線繪制等。

2.3.4 數(shù)據(jù)的存儲

數(shù)據(jù)存儲主要分為兩大部分，一是系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)，供系統(tǒng)日常運作使用;二是運行數(shù)據(jù)倉儲和數(shù)據(jù)倉庫，供電動汽車管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘使用。這兩部分數(shù)據(jù)在邏輯上和物理上可以完全分離，獨立存在，通過一定的數(shù)據(jù)清洗步驟實現(xiàn)操作數(shù)據(jù)到分析數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)變。

數(shù)據(jù)存儲規(guī)劃原則:

(1)操作數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)分離原則

操作數(shù)據(jù)保存在應(yīng)用數(shù)據(jù)庫中，主要是系統(tǒng)運行期間產(chǎn)生的，是系統(tǒng)日常運作的數(shù)據(jù)。分析數(shù)據(jù)保存在運行數(shù)據(jù)倉儲和數(shù)據(jù)倉庫中，主要對系統(tǒng)運行情況進行數(shù)據(jù)分析和挖掘。

(2)操作數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)共享原則

操作數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)都保存在應(yīng)用數(shù)據(jù)庫中，操作數(shù)據(jù)主要是系統(tǒng)運行期間產(chǎn)生的，數(shù)據(jù)量增長較快，變化較頻繁;管理數(shù)據(jù)是為保證系統(tǒng)正常運作而配置，數(shù)據(jù)量較小變化相對不太頻繁。由于操作數(shù)據(jù)的變化需要緊密依賴管理數(shù)據(jù)，因此操作數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)需保持共享，尤其是操作數(shù)據(jù)變化時，需要應(yīng)用管理數(shù)據(jù)定義的規(guī)則、配置等信息。

(3)數(shù)據(jù)分域管理原則

所有操作數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)按照所屬的功能域進行劃分，前臺功能或后臺服務(wù)都只能直接對本域的數(shù)據(jù)進行查詢和操作。如果涉及到跨域查詢和操作，通過接口進行。

2.4 平臺的關(guān)鍵技術(shù)

WEB系統(tǒng)采用JAVA技術(shù)實現(xiàn)，主要基于開源軟件自行開發(fā)的架構(gòu)。使用的主要技術(shù)包括Struts2、Spring和Hibernate。在系統(tǒng)門戶技術(shù)框架展現(xiàn)層產(chǎn)品選型方面，使用Struts2產(chǎn)品。Struts2在Struts和WebWork的技術(shù)基礎(chǔ)上進行了結(jié)合升級，適合于構(gòu)建復(fù)雜的web應(yīng)用［6］。電動汽車管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)層核心采用開源的框架Spring Framework 2.5。Spring作為最普及的開源框架之一，提供對很多其他開源API的支持，有效地簡化集成的難度并且提高系統(tǒng)的可擴展性。在系統(tǒng)門戶技術(shù)框架數(shù)據(jù)持久層產(chǎn)品選型方面，使用Hibernate產(chǎn)品。Hibernate是開源的對象關(guān)系映射框架，對JDBC進行了輕量級封裝，使開發(fā)人員可以簡單高效地使用面向?qū)ο缶幊趟季S來操縱數(shù)據(jù)庫［7］。Hibernate可以在應(yīng)用EJB的J2EE架構(gòu)中取代CMP，完成數(shù)據(jù)持久化的重任。Struts實現(xiàn)流程如圖5所示。

3 平臺的特點和優(yōu)勢

電動汽車示范運行管理信息平臺作為一個Web跨平臺應(yīng)用平臺，它是對總線技術(shù)、數(shù)據(jù)的采集和傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等多種技術(shù)的綜合研究。具有如下特點優(yōu)勢:

(1)平臺的架構(gòu)合理，有清晰的層次，包括管理層、資源層和展現(xiàn)層。采用Web Service技術(shù)，便于各個層次的管理和應(yīng)用。

(2)信息平臺接口豐富，有多種通訊接口，功能的擴充性強。信息平臺無需人工職守，數(shù)據(jù)自動備份，維護方便。

(3)批量車輛運行的實時監(jiān)控，管理能力強。結(jié)合無線通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，減輕車輛維護工作量。電動汽車的電控單元的運行狀態(tài)可通過車載通信終端發(fā)送到網(wǎng)站，由有權(quán)限的用戶通過web瀏覽器訪問查詢車輛的狀態(tài)和維護信息，可取代人工逐車讀取的繁瑣工作。

(4)維護工作較少，車載終端系統(tǒng)通過軟件升級，硬件無需改變。適應(yīng)不同類型的車輛，配置信息由示范運行管理中心統(tǒng)一完成。

深港澳電動汽車大規(guī)模示范運行管理信息平臺的網(wǎng)站如圖6所示。

4 結(jié)論

電動汽車示范運行管理信息平臺的流程和功能設(shè)計是經(jīng)過需求分析的多次調(diào)研和反復(fù)論證，通過UML建模語言作為輔助工具，經(jīng)過詳細的分析和一定的改造論證而成的，基本滿足了深圳電動汽車示范運行管理信息平臺建設(shè)的需求。該信息平臺采取的技術(shù)具備一定的實用性和先進性，保障信息交互基礎(chǔ)的同時也為電動汽車生產(chǎn)廠家提供了技術(shù)改進的依據(jù)。該設(shè)計已應(yīng)用于信息平臺的實際服務(wù)中。今后，將在數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，針對不同對象進行數(shù)據(jù)挖掘工作。

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