陳晨 劉文軍 浦信 李大鵬

摘要：電動汽車的發(fā)展代表了汽車工業(yè)的一種新趨勢。通過新一代信息技術強化車輛生產(chǎn)、運營和監(jiān)管以提升效率成為一種必然。設計了一種基于云數(shù)據(jù)中心的電動汽車服務平臺設計與實現(xiàn)，首先給出平臺總體框架，然后從網(wǎng)絡架構、云平臺架構和大數(shù)據(jù)架構方面給出系統(tǒng)設計，最后給出服務層所提供的主要功能。通過實際應用，該平臺可以較好地滿足用戶需求，特別是平臺基于分層和分模塊的設計思想可以很好地應對用戶后期需求變更。

關鍵詞：電動汽車；云計算；數(shù)據(jù)中心；遠程監(jiān)控

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）06-0275-02

1 引言

當前能源消耗和環(huán)境保護成為關系國計民生的根本性問題，大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保的新能源汽車已經(jīng)成為節(jié)能工業(yè)減排的重要途徑，以純電動汽車、增程式電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車等為代表的新能源汽車開始受到人們的青睞。新一代信息技術的發(fā)展推動汽車產(chǎn)業(yè)逐步由封閉走向開放，汽車業(yè)成為跨行業(yè)、多學科的創(chuàng)新技術前沿[1-3]。新應用背景下，設計一種基于云數(shù)據(jù)中心的電動汽車服務平臺，服務新能源汽車生產(chǎn)、銷售、運行和維護整個生命周期的智能化過程成為一種迫切需求。在新服務平臺支持下，將車輛運行數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)通過智能車載終端實時或批量上傳至云端數(shù)據(jù)服務器，通過大數(shù)據(jù)的處理、分析和優(yōu)化和可視化軟件的開發(fā)，為車廠、車隊、用戶、監(jiān)管部門等提供匹配服務，包括車輛安全、節(jié)能、故障診斷和預警，管理上的運營與決策等提供服務。

2 平臺總體設計

圖1給出了服務平臺總體框架圖。采用層次化的設計模式，平臺總體設計總共分為四層，由低到高分別為設備連接層、云計算平臺層、大數(shù)據(jù)平臺層、應用服務層。各層主要功能介紹如下：

1） 設備連接層：設備連接層是指通過車載終端設備實現(xiàn)對新能源汽車的狀態(tài)和行為進行感知和采集，并將采集到的行車數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)通過處理、融合、加密等操作后傳輸?shù)皆贫藬?shù)據(jù)中心。該層主要包括新能源汽車、智能數(shù)據(jù)采集終端及其附屬模塊，典型模塊包括CAN模塊、GPS模塊、視頻和圖像模塊、無線通信模塊等，主要用于完成車輛運行狀態(tài)、所處位置、道路環(huán)境信息等的采集。要求該層實現(xiàn)車輛終端設備與云端數(shù)據(jù)平臺的穩(wěn)定、可靠、雙向的數(shù)據(jù)互連互通。

2） 云計算平臺層： 云計算平臺層是系統(tǒng)的云端資源支持平臺，通過虛擬化技術的運用，將計算、存儲和網(wǎng)絡資源進行統(tǒng)一管理，提供對底層物理資源利用的高效支持， 為上層的數(shù)據(jù)平臺提供管理、運行和部署環(huán)境。

3） 大數(shù)據(jù)平臺層：大數(shù)據(jù)平臺層是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲、分析和操作的核心，利用Netty、Kafca等大數(shù)據(jù)組件，實現(xiàn)支持車輛終端數(shù)據(jù)資源的并發(fā)實時接入、多終端、多格式數(shù)據(jù)的處理、解密、存儲以及數(shù)據(jù)的高效管理等多種功能。以底層云平臺提供的運行環(huán)境和資源調(diào)度管理為支撐，借助典型開源的大數(shù)據(jù)處理框架，利用 map-reduce、spark、storm 等技術實現(xiàn)車輛數(shù)據(jù)的實時、批量處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效存儲、分析和調(diào)用。

4） 用戶服務層： 用戶服務層從新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈相關核心角色的利益和關切出發(fā)，覆蓋車輛銷售、運營、維保、監(jiān)管和回收等整個生命周期，力爭最大化解決行業(yè)痛點，實現(xiàn)相關功能，典型地提供車輛遠程實時監(jiān)控、故障診斷、業(yè)務決策支持和其他定制化服務。

3 系統(tǒng)設計

3.1 云平臺架構

云平臺選擇基于 OpenStack 的 IaaS 平臺和基于 OpenShift 的 PaaS 平臺。云存儲系統(tǒng)采用基于 OpenStack Swift 的對象存儲系統(tǒng)。對象系統(tǒng)是利用普通的服務器來構建冗余的對象存儲集群，是最切合“云存儲”概念的存儲類型，例如各種流行的網(wǎng)上“云盤”，都是采用分布式對象存儲技術構建的。提供一套完整的可以部署在服務器上的分布式對象存儲系統(tǒng)，提供開發(fā)SDK API，支持桌面和移動客戶端接入。OpenStack Swift為代表的對象存儲，由于采用簡潔的架構和分布式技術，相比傳統(tǒng)存儲更適用于“互聯(lián)網(wǎng)+”新業(yè)態(tài)下的數(shù)據(jù)存儲，特別是海量的非結構化數(shù)據(jù)，超高并發(fā)訪問，以及多地域、多數(shù)據(jù)中心等場景。圖2給出云平臺架構圖。

3.2 大數(shù)據(jù)平臺架構

汽車前端采集數(shù)據(jù)，通過運營商網(wǎng)絡，將實時數(shù)據(jù)傳輸給院校云數(shù)據(jù)中心，進行存儲，大數(shù)據(jù)分析應用平臺提取存儲數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析，大數(shù)據(jù)平臺采用目前主流的開源技術 Hadoop 進行搭建，由 Ambari Server 服務來實現(xiàn)平臺管理，Master 節(jié)點和 slave 節(jié)點作為 Hadoop 集群服務的主控節(jié)點和從節(jié)點，每個節(jié)點當中都安裝了Ambari Agent服務，該服務與Ambari Server通過心跳連接信號來監(jiān)控 Hadoop 集群進程的狀態(tài)以及命令操作的傳遞。圖3個給出了基于 Hadoop 和 Ambari 的大數(shù)據(jù)平臺架構圖。

4 應用平臺

應用平臺實現(xiàn)對新能源汽車行車、電池、電機、車輛位置、故障狀況等狀態(tài)的遠程實時監(jiān)控。特別地，在故障診斷方面不僅支持實時獲取車輛故障碼，實現(xiàn)對車輛故障的診斷上報、預警，同時支持基于車輛歷史數(shù)據(jù)的故障預測，給出維保建議，提前進行干預。在駕駛行為分析方面，基于駕駛歷史數(shù)據(jù)和采集的駕駛員駕駛過程、道路標志標線等圖像數(shù)據(jù)，多角度分析得出駕駛行為，進行定量評分，并給出提升建議。后臺管理系統(tǒng)實現(xiàn)對車輛、車隊、車主、維修人員、設備等業(yè)務相關基礎信息的統(tǒng)一管理；統(tǒng)計與分析功能為政府監(jiān)管、行業(yè)運營提供決策數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)對接及交換服務。業(yè)務數(shù)據(jù)展現(xiàn)主要通過手機APP和Web兩種方式完成。售后維護人員、駕駛人員可以通過手機APP進行車輛故障情況查詢，獲取車輛階段性運行狀況與建議，以及接收來自數(shù)據(jù)中心的相關推送信息等；研發(fā)、管理、監(jiān)管人員則可以通過Web端（或數(shù)據(jù)大屏）查看車輛宏觀運行和統(tǒng)計信息。在數(shù)據(jù)展現(xiàn)形式上，利用數(shù)據(jù)可視化技術，通過折線圖、柱狀圖、地圖、熱力圖等多種方式呈現(xiàn)車輛整車數(shù)據(jù)、運行軌跡、故障狀況的可視化分布圖。服務平臺典型的功能清單如表1所示。

5 結論

新能源電動汽車代表了汽車工業(yè)發(fā)展的一種新趨勢。強化車輛監(jiān)控，提升行業(yè)運營管理的效率成為一種必然趨勢。設計了一種基于云數(shù)據(jù)中心的電動汽車服務平臺設計與實現(xiàn)，首先給出平臺總體框架，然后從云平臺和大數(shù)據(jù)平臺架構等方面給出服務平臺詳細設計，最后給出平臺服務層所提供的主要功能清單。通過實際應用的檢驗，該服務平臺可以較好地滿足用戶需求，特別是平臺基于分層和分模塊的設計思想可以很好地應對用戶后期需求變更。

參考文獻：

[1]彭晨偉， 巴繼東， 基于交通大數(shù)據(jù)的智能信息服務平臺[J].計算機系統(tǒng)應用， 2017， 26（7）：97?103.

[2] 張文強， 陳晨， 劉文軍， 李大鵬， 基于CAN總線的電動車故障診斷系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].信息通信， 2018， 185： 101-102.

[3]張文強， 陳晨， 劉文軍， 吳新兵， 浦信， 李大鵬， 新能源汽車多接口數(shù)據(jù)采集終端設計研究[J].電腦知識與技術， 2018， 14（12）， 190-292.

【通聯(lián)編輯：梁書】