基于網絡化的電力應急車管理系統設計

黃建祥

(龍巖市海德馨汽車有限公司,福建 龍巖 364000)

電力應急車出廠交付、運行狀態和售后服務等各個環節均需進行精準、有效的跟蹤，以便查詢和管理。由車載終端、云計算處理平臺和數據分析平臺組成的管理系統，根據不同行業對車輛功能的不同需求實現對車輛的有效監控與管理[1]。同時，基于云計算的技術應用，平臺基于無線5G/4G網絡進行數據傳輸，系統化集成整車系統，遠程智能監測和控制，成為電力應急車行業發展的必然趨勢。

1 總體布局

1.1 設計原則

網絡化管理系統運行處理數據需效率高、安全可靠、開放和擴展性強，因此管理系統的設計原則應具有可靠性、高效性、安全性、可擴展性和標準化。

1.2 總體架構

硬件設備采集各種數據，通過無線網絡傳輸至平臺的機房服務器。由前置機接收和發送數據，網關通過TCP接收來自前置機的各種數據，對協議進行解析轉發，發送至數據保存程序，由數據保存程序進行數據入庫，存儲至數據庫。另外，網關負責各客戶端的信息轉發交互。音視頻通過第三方的控制實現單獨的數據傳輸和交互。控制臺直接對接硬件實現各種控制指令的下發以及警報服務，如圖1所示。

圖1 總體架構

2 詳細設計

基于網絡化和云平臺的裝備車輛狀態監控系統主要由實體端、用戶端和云端組成。功能主要包括車輛狀態參數的實時采集上報，云平臺數據存儲、融合、預測及數據請求服務，決策端歷史數據回溯，狀態趨勢預判及用戶決策執行[2]。

2.1 硬件設計

硬件部分主要包括主機設備、觸摸屏設備和音視頻設備。主機設備與外部的音視頻設備、安防設備、車輛上的各種儀器設備相互連接通信。主機能通過4G/5G等無線網絡與服務器通信，從而達到遠程監控、控制和警報的目的。而本地用戶通過觸摸屏與主機交互，從而達到本地直接操作外部設備的目的，詳見圖2。

圖2 主機通信圖

2.2 數據連接

管理系統交互接口主要實現故障診斷與健康管理系統數據顯示、交換、傳輸、處理及管理等功能，主要包含人機交互接口和數據交互接口[3]，如圖3所示。數據交互采用自識別抓取技術，云服務器不與發電機組等設備直接交互數據，而是先傳指令到云服務器，云服務器通過數據接口再對發電機組等設備進行實時訪問，當監測到發電機組數據中有符合云服務器命令所需的數據時，將其抓取并返回到云服務器。抓取數據包括為計算電池性能所抓取的馬達起動前后蓄電池電壓、為計算轉速和電壓波動率所抓取的空載10秒鐘的電壓和轉速等，通過自識別數據抓取技術，可快速收集有效數據，大幅降低數據傳輸量，提高管理系統效率。

圖3 數據連接圖

①模擬量輸入。用于對車輛中各種設備的信息進行采集，包括電池電壓狀態、油箱油量和車身雷達傳感器信息的采集。

②GPS/北斗。GPS、北斗采用USB模塊接入主板。

③4G/5G網絡。數據及音視頻均通過此通道雙向傳輸。限制于帶寬問題，視頻傳輸有一定的遲滯和相對較低的分辨率(每路CIF格式)。

2.3 網絡化管理

應用物聯網技術，通過各種傳感技術(RFID、傳感器)、各種通訊手段(有線、無線、短波、超短波等)，以實現遠程診斷、溫馨提醒與警報，進而實現遠程智能服務。電力應急車機組數據和定位信息等監測參數，通過5G/4G網絡，上傳至信息服務管理中心，再通過ADSL技術提供給電腦和手機終端，實現實體端、用戶端和云端的有機結合。同理，通過電腦和手機終端下發命令，也可遠程對電源車進行相關的操作。當現場線電壓低于所設定的警報值時，產生警報，可以通知工作人員到現場排查問題所在，也可為防止損壞機組，對機組進行遠程關機。

圖4 手持機操作管理

環境傳感器實時監測車廂內外溫度和風壓等參數，通過空調和風機等即時調整，并與云服務器進行智能對比學習，提高車廂內的環境舒適度。車廂內氣體和煙霧傳感器實時檢查是否有火情，并進行智能判定和報警，遠程快速開啟自動滅火裝置。

通過批量電力應急車的數據傳輸匯總到云服務器，利用大數據分析技術可進行應急車輛工作狀態下的優化計算分析，不斷優化車輛的燃油效能、燈光控制、機構運動速度和行駛路線，促進電力應急車的協同調度作業和效能提升。

2.4 管理能力

網絡化管理系統具備狀態檢測、操作控制、數據采集和安全保護等功能，通過手持終端可對應急電源車進行有效管理，如表1所示。

表1 系統管理能力

3 測試試驗

網絡化電力應急車管理系統設計完成后，需進行以下測試：

①功能測試；

②手持端功能測試，模擬實際工況進行使用測試；

③服務端軟件測試；

④軟件系統接口的數據交互測試；

⑤管理后臺軟件測試；

⑥性能、壓力與系統穩定性測試，詳見圖5。

通過管理系統實地測試試驗，測試數據表明，管理系統能夠滿足設計要求，詳見表2。

(a)車輛參數監測

(b)發電機組有功功率曲線圖 (c)發電機組交流電流曲線圖圖5 網絡化管理系統實測圖

表2 網絡化管理系統測試數據

4 結論

本文跟蹤國外先進技術水平，立足國內技術現狀和現實問題，分析和梳理了應急電力車的使用和維修保障要求，提出了車輛故障診斷與健康管理系統的功能需求。 針對這些功能需求，提出了基于互聯網平臺的車輛故障診斷與健康管理系統的方案構想，并對總體架構、實現功能、軟硬件組成、關鍵技術和測試結果等內容進行了探討，為后續研究提供了有益的參考[4]。