電動汽車示范運行管理信息平臺的設計與實現

姚震，李優新，郭朋飛，鄧先泉

(1.廣東工業大學信息工程學院，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

目前國內新能源汽車的研究發展很快，國家出臺了相應的政策進行扶持，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，實現與國家新能源汽車遠程管理系統有效對接，實現數據共享，提供對車輛狀態進行實時監控的技術支持，開發電動汽車示范運行管理信息化平臺勢在必行［1］。

1 平臺總體結構設計

1.1 需求分析

建設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，監測研究相關的設施、設備、耗材信息，可供科研人員在線申請使用。其次，平臺還應整合各種電動汽車的運行數據，還應考慮監測數據提供不同的用戶下載，各項數據提供用戶研究申請。基于以上這些核心需求，平臺針對不同用戶設置不同的權限，為資源申請審批提供決策依據。據此提出構建設施設備管理、項目成果及合作管理、人才管理、規范管理、平臺信息內容維護等模塊。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展提供支持。該平臺旨在實現三大目標:(1)有效管理不同運營公司不同車型的運行數據，建立相應的數據庫，實現資源共享;(2)整理加工數據資源，進行數據挖掘;(3)展現深圳市電動汽車的研究項目和成果，推進國內和國際合作，從而建成交流合作平臺。

1.2 平臺的總體架構

依據信息的采集、傳輸、處理和存儲的過程，電動汽車運營管理信息系統可以分為三大子系統，各子系統分別為電動汽車車載信息終端，數據傳輸網絡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:負責整車的數據流采集、分析處理、存儲與發送，由車載信息系統ECU與發射接收裝置組成，除承擔整車的信息采集分析處理等任務外，還利用實時在線通信技術(利用無線通信技術GSM、GPRS、CDMA、互聯網web技術，實現信息的傳遞、發布和查詢)或其他離線技術完成與基地信息系統的數據交換任務。還可以利用車輛的GPS技術、無線視頻技術等手段實現車輛的動態跟蹤監控，對車輛實施全方位的遠程實時監控。

數據傳輸網絡:主要是指GPRS網絡和INTERNET網絡。車載終端的數據先通過車載信息通信模塊傳送到GPRS網絡，再通過網關連接到互聯網，經過各級路由器連接到電動汽車管理門戶的服務器上。

電動汽車信息管理門戶:電動汽車信息管理系統分為數據分析塊、用戶管理、論壇管理、新聞公告管理、資源管理。數據分析模塊負責展現電動汽車參數信息，并對數據進行分析統計。用戶管理模塊負責管理用戶。論壇模塊提供一個討論系統。新聞公告管理提供一個最新消息，最新公告的發布功能。資源管理提供一個信息功能系統。

2 信息平臺的實現

2.1 平臺的功能模塊劃分

由于平臺涉及到復雜的業務流程關系，對它的開放做好建模顯得相當重要，統一建模語言 (unifide modeling language，UML)是面向對象開發中一種通用的、統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如何工作，非常有利于用戶和其他涉及子系統的通信［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，作為一個子系統進行開發。

車載信息采集模塊:車載終端作為電動汽車的一個節點，從CAN總線網絡上獲取電動汽車基本數據，基本數據包括電動汽車的ID信息、電機信息、電池信息等數據，并將數據上送車載終端通信模塊。車載終端采集模塊提供數據獲取、數據顯示、數據發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據結構化并存儲。車載終端通信模塊提供車載信息接收發送，數據存儲功能。圖3是GPRS終端發送請求數據包關鍵用例實現。

數據分析統計:信息平臺提供電動汽車信息的統計分析處理。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)示范車輛整體數據分析包括電機信息、電池信息、發動機信息和整車信息。

(3)示范車輛按條件查詢數據分析包括電池信息、整車信息。

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

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

論壇管理:電動汽車信息系統提供學習討論平臺，論壇管理提供注冊用戶發帖和回帖，提供游客瀏覽帖子，刪除、修改帖子功能。

新聞公告管理:電動汽車信息系統提供新聞公告發布平臺，管理員通過電動汽車信息系統后臺進行新聞公告的發布、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

軟件環境:該平臺采用OraclelOG對象關系數據庫，Red-Hat Enterprise As 5.5 Linux操作系統，Tomcat 6作為web中間件，車載終端的數據庫選用SQLite3。

硬件環境:應用服務器為聯想萬全R520 G7服務器，具有1顆四核英特爾5504處理器 (2.0 G/4 M)，磁盤陣列Raid 5;數據服務器為聯想萬全R520 G7服務器，6×147 G，4 G內存，磁盤陣列Raid 5。

2.3 數據信息的處理

2.3.1 數據的分類

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據由兩部分構成:一是電動汽車的基本信息;二是電動汽車的運行信息。基本信息項目參照《深圳市公交車輛GPS監控——車載終端技術標準》進行設定［4］。運行數據包括的主要是車輛運行期間其整車、電機、發動機、電池等汽車核心數據參數。示范運行車輛的基本信息如表1所示。

2.3.2 數據的解析

數據的解析分為兩個層面:一是CAN總線的數據幀轉換成GPRS網絡的數據幀，二是將TCP/IP數據包解析成完整的數據信息。車載信息采集模塊執行的是汽車生產廠家制定的CAN網絡協議［5］，數據幀格式如表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據項，存入車載終端的數據庫。數據通信包括常用的一些命令字，如命令字0X10作為服務器對終端的標定命令;0X20作為終端注冊的命令;0X40作為終端注冊后應答的命令;0X41作為正常發送的命令。

表2 CAN總線數據幀格式

2.3.3 數據的統計分析

數據的統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應用程序開發的基于Eclipse的開源報表系統，特別之處在于它是以Java和J2EE為基礎。BIRT有兩個主要組件:基于Eclipse的報表設計器，以及部署到應用服務器上的運行時組件。通過birt制作網站上面的數據分析功能，實現對歷史數據的統計分析、曲線繪制等。

2.3.4 數據的存儲

數據存儲主要分為兩大部分，一是系統應用數據，供系統日常運作使用;二是運行數據倉儲和數據倉庫，供電動汽車管理系統進行數據分析和數據挖掘使用。這兩部分數據在邏輯上和物理上可以完全分離，獨立存在，通過一定的數據清洗步驟實現操作數據到分析數據的轉變。

數據存儲規劃原則:

(1)操作數據與分析數據分離原則

操作數據保存在應用數據庫中，主要是系統運行期間產生的，是系統日常運作的數據。分析數據保存在運行數據倉儲和數據倉庫中，主要對系統運行情況進行數據分析和挖掘。

(2)操作數據與管理數據共享原則

操作數據和管理數據都保存在應用數據庫中，操作數據主要是系統運行期間產生的，數據量增長較快，變化較頻繁;管理數據是為保證系統正常運作而配置，數據量較小變化相對不太頻繁。由于操作數據的變化需要緊密依賴管理數據，因此操作數據和管理數據需保持共享，尤其是操作數據變化時，需要應用管理數據定義的規則、配置等信息。

(3)數據分域管理原則

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

2.4 平臺的關鍵技術

WEB系統采用JAVA技術實現，主要基于開源軟件自行開發的架構。使用的主要技術包括Struts2、Spring和Hibernate。在系統門戶技術框架展現層產品選型方面，使用Struts2產品。Struts2在Struts和WebWork的技術基礎上進行了結合升級，適合于構建復雜的web應用［6］。電動汽車管理系統的業務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的可擴展性。在系統門戶技術框架數據持久層產品選型方面，使用Hibernate產品。Hibernate是開源的對象關系映射框架，對JDBC進行了輕量級封裝，使開發人員可以簡單高效地使用面向對象編程思維來操縱數據庫［7］。Hibernate可以在應用EJB的J2EE架構中取代CMP，完成數據持久化的重任。Struts實現流程如圖5所示。

3 平臺的特點和優勢

電動汽車示范運行管理信息平臺作為一個Web跨平臺應用平臺，它是對總線技術、數據的采集和傳輸技術、數據庫技術等多種技術的綜合研究。具有如下特點優勢:

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

(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，數據自動備份，維護方便。

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

(4)維護工作較少，車載終端系統通過軟件升級，硬件無需改變。適應不同類型的車輛，配置信息由示范運行管理中心統一完成。

深港澳電動汽車大規模示范運行管理信息平臺的網站如圖6所示。

4 結論

電動汽車示范運行管理信息平臺的流程和功能設計是經過需求分析的多次調研和反復論證，通過UML建模語言作為輔助工具，經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的需求。該信息平臺采取的技術具備一定的實用性和先進性，保障信息交互基礎的同時也為電動汽車生產廠家提供了技術改進的依據。該設計已應用于信息平臺的實際服務中。今后，將在數據分析統計的基礎上，針對不同對象進行數據挖掘工作。

【1】姚震，解國林，李優新，等.電動汽車監控平臺的設計與開發［J］.微計算機信息，2009，25(20):218 －219.

【2】程文芳，張俠，何劍峰，等.極地生態環境監測與研究信息平臺的設計與實現［J］.極地研究，2009，21(4):299－307.

【3】唐鷹，沈建新，廖文和.基于UML的醫療保險信息門戶網站的開發［J］.計算機工程與設計，2006，27(18):200 －202.

【4】深圳市公交車輛GPS監控——車載終端技術標準［S］.深圳，2010.

【5】姚震，劉方銘，李優新.混合動力汽車CAN總線的節點設計［J］.交通與計算機，2005，23(5):121 －123.

【6】李小平，肖岳峰，宿元，等.基于J2EE多層架構的Web開發框架研究［J］.計算機應用研究，2008，25(5):1429 －1431.

【7】謝瑞蓮，耿國華，周明金，等.高訪問量信息平臺響應性能優化研究與實現［J］.計算機應用研究，2009，26(7):2610 －2612.