基于物聯網的交通營運車輛能耗監測分析系統研究

劉學軍

（廣西交通職業技術學院，廣西 南寧530023）

基于物聯網的交通營運車輛能耗監測分析系統研究

劉學軍

（廣西交通職業技術學院，廣西 南寧530023）

通過充分調研區域交通營運車輛的車型配置、結構特點、車輛保有量及運輸環境條件等實際情況，選取覆蓋整個區域交通運輸行業能耗監測的采樣點，基于物聯網技術的基本原理，研究反映該區域交通運輸行業總體能源消耗水平，并能進行能源消耗分析預測的監測分析系統，為交通運輸部門統計、分析及預測交通能源消費，制定政策及規劃，準確分析技術設備及企業管理中存在的問題，找出行之有效的節能降耗的措施提供技術支持。

物聯網；營運車輛；能耗監測；能耗分析

隨著社會的不斷發展和人民生活水平的日益提高，尤其是在石油資源日益枯竭的背景下，世界各國更加重視能源的節約和環境的改善，據相關權威部門統計，目前，中國車用燃油已經占到國家燃油總消耗量的一半以上，汽車尾氣對環境污染的貢獻也是越來越大，同時，機動車油耗成為了消費者越來越關心的技術指標。為了能對機動車油量進行精確的測量，做到“耗能有數，節能有據”，從而減少燃油的浪費，降低燃油成本，最終實現節能環保的目的，世界各國在能耗監測技術研發方面進行了大量的研究[1-2]。

在一些汽車工業發達的國家，對車輛油耗監測技術的研究比較深入，早在上世紀70年代，美國和日本等國家就開始了基于碳平衡法理論的汽車油耗監測系統研究，但限于當時傳感器和電子技術發展的水平，該監測系統過于龐大，只能限于實驗室中進行監測。隨著日本在基于活塞式流量傳感器技術上開發流量計研發成功，采用流量方式進行油耗監測的方式得到了普遍采用[3]。

融合微電腦技術、物聯網技術、微流量計設計技術，通過對交通營運車輛的燃油供給系統進行輕度技術改造，就可以開發出能夠適用于燃油動力車輛、實時監測分析油耗量及油耗水平系統，系統的車輛端軟件可以實時將監測與分析數據包回傳給運管中心終端，以實現對區域內交通營運車輛能耗監測與能耗分析，為節能減排提供技術支持。

1 車輛能耗監測分析系統原理

車輛能耗監測分析系統原理如圖1所示，車輛的燃油供給系統由燃油箱、進油管、濾清器、油軌、噴油器、調壓器、回油管等組成，通對交通營運車輛的進油管和回油管上，分別安裝一個微流量計（根據車輛燃油消耗水平，可選擇流量范圍為1～300 ml/min和5～1 500 ml/min兩款產品），流量傳感器的脈沖信號傳遞給車輛監測端控制單元，控制單元經過進油量和回油量差值運算和溫度補償運算后，得出實時燃油消耗量，并通過物聯網無線傳遞到運管中心終端，運管中心終端就可以根據營運車輛的GPS信息，計算出某一時間段或某一里程段內車輛的燃油消耗水平，并可以分析不同季節、不同行駛工況、不同駕駛人員、不同載運重量等條件下燃油消耗差別，優化交通營運部門節能減排方案[4-5]。

圖1 車輛能耗監測分析系統原理圖

2 能耗監測分析系統設計開發

2.1 傳感器模塊

傳感器模塊的設計要求傳感器的體積小，能夠測量非常小的流量，量程比盡可能寬，由于考慮到交通營運車輛的種類繁多，從微型車到長途大巴，再到貨運重卡，其燃油供給系統每分鐘的供油量有很大的差別，根據分析，傳感器模塊中最為關鍵傳感器的選擇有兩款，可以根據不同的交通車輛選配加裝。可選配的流量計有：德國003系列流量計，測量范圍1～300 ml/min；霍爾脈沖信號輸出：7 000和14 000脈沖數/升；體積：30 mm ×30 mm×50 mm；德國005系列流量計：測量范圍：5～1500 ml/min，霍爾脈沖信號輸出：1 600，3 800 個脈沖數/升。

同時，傳感器模塊處于一個比較復雜的環境當中，傳感器輸出的信號經過數據線傳遞給車輛監測客戶端的過程中，存在著大量的信號干擾源，因此傳感器模塊的必須設計抗干擾電路和光電隔離電路，以保證車輛監測客戶端能采集到干凈真實的流量數據。

2.2 車輛監測客戶端

車輛監測客戶端是一個融微電腦處理器、數據采集模塊、移動通信模塊等于一體的電子控制單元。從傳感器模塊傳遞過來的脈沖信號經過濾波后輸送給數據采集模塊，數據采集模塊將采樣數據提供給微處理器，微處理器根據傳感器的量程計算出實際流量后輸送給移動通信模塊，移動通信模塊通過通信網絡將數據輸送到運管中心終端[6]。

2.3 運管中心終端

運管中心終端由一臺電腦及其配套軟件組成，通過物聯網與整個區域內車輛監測客戶端連在一起，車輛監測客戶端發回的移動數據在這里進行收集、匯總、整理和分析，并按照預先設定的計算方案（如某時間段、某駕駛人員、某里程等）計算出車輛的油耗情況。也可以按天、月、季度或年度等計算出本區域內交通營運車輛的總燃料消耗量，為制定本區域的節能減排方案提供技術支持。

3 能耗監測分析系統應用理論分析

車輛能耗監測分析系統由一個運管中心監控終端和多個車輛監測客戶端組成，要實現對該區域內營運車輛油耗水平的監測，需要依托區域內交通營運車輛的車型配置、結構特點、車輛保有量及運輸環境條件等調研數據，進行車輛能耗數據采樣點的選取和設置，制定整個區域內交通營運車輛能耗監測方案。建立完善評價區域內交通運輸業能耗統計、分析及預測的數學模型，構建一個對監測、考核和評價交通營運車輛能耗水平及節能降耗效果的閉環控制回路，以實現節能降耗的良性循環。某一區域內交通營運車輛能源消耗監測分析方案需要解決下列問題。

（1）制定能夠反映區域交通運輸行業發展現狀的調研方案并獲得科學的分析調研數據。

（2）根據調研數據進行能耗監測樣本點的選取，并開發適應各種不同類型車輛的能耗監測方案。

（3）根據監測數據，建立整個區域內營運車輛能耗統計、分析和預測的數學模型。

廣西交通營運車輛數量、類型及運輸條件等調研是監測分析系統和監測方案設計的根基，它對于能源消耗監測樣本點的選取、監測系統的設計、數學模型的建立、節能降耗舉措的出臺、能耗水平的監測、考核和評價都起著至關重要的作用。

圖2為廣西交通營運車輛能耗監測分析方案的技術路線。技術路線構建了一個對監測、考核和評價交通營運車輛能耗水平及節能降耗效果的閉環控制回路（圖中箭頭）。如果選取的監測樣本點足夠多，數學模型反饋實際情況的水平又足夠好，這個閉環控制回路就可以實現良性循環。

圖2 廣西交通營運車輛能耗監測分析技術路線

4 結束語

本文根據交通運輸行業對車輛能源消耗監控分析提出的實際要求，采用液體流量監測技術、物聯網技術和微電腦技術，設計開發了一款由運管中心監控終端和多個車輛監測客戶端組成的交通運營車輛能耗監測分析系統。借助本系統，通過分析區域交通營運車輛的車型配置、結構特點、車輛保有量及運輸環境條件等實際情況，選取覆蓋整個區域交通運輸行業能耗監測的采樣點，制定了一套能夠反映該區域交通車輛能耗水平的能耗監測方案，為交通運輸部門統計、分析及預測交通能源消費，制定政策及規劃，準確分析技術設備及企業管理中存在的問題，找出行之有效的節能降耗的措施提供技術支持。

[1]隗海林．基于城市道路工況的汽車燃油消耗模型[J]．吉林大學學報（工學版），2011，39（9）：1146-1151.

[2]汪春華．基于LPC2362帶GPS功能汽車行駛記錄儀的開發[J]．嵌入式技術，2010，3（3）：35-38.

[3]楊 志．車輛異常油耗數據分析處理與仿真分析[J]．科技信息，73-74.

[4]羅海波．基于無線傳感器網絡的車輛實時油耗檢測研究[J]．制造業自動化，2010，32（9）：40-43.

[5]蔡亮明．基于富士通MB9BF506R的車輛油耗采集系統[J]．海峽科學，2012，72（12）：7-10.

[6]霍振興．基于PTR2000的汽車油耗實時監測系統的無線通信設計[J]．機電產品開發與創新，2011，1（1）：142-145.

Research on Energy Monitoring and Analysis System of Traffic Operation Vehicle Based on Internet of Things

LIU Xue-jun
（Guangxi Vocational and Technical College of Communications，Nanning Guangxi 530023，China）

Through the full investigation of regional traffic operation of the vehicle model configuration，structure characteristics，vehicle ownership and transportation conditions，etc.Select sampling points covering the entire area of the transportation industry energy monitoring，based on the basic principle of IOT technology research，reflect the regional transportation industry overall level of energy consumption，and can be energy monitoring analysis and forecast analysis system for consumption.Department of transportation statistics，analysis and forecast of traffic energy consumption，policy and planning，accurate analysis of existing equipment and technology in the enterprise management problems，find out the effective energy saving measures to provide technical support.

internet of things；operating vehicles；energy consumption monitoring；energy consumption analysis

U461.3

A

1672-545X（2017）09-0112-03

2017-06-23

廣西壯族自治區高等學校科學研究項目支持（KY2015YB416）

劉學軍（1977－），男，山東濰坊人，教授，工學博士，研究方向：汽車機電一體化技術。