1、基于 GIS 技术的电动汽车实时监控系统设计与实现 高彬桓 天津市武清区天和城实验中学 摘 要： 为满足电动汽车安全稳定运行的需要, 设计并实现了一种基于 GIS 技术的电动汽车实时监控系统。该系统基于 GIS 技术、AJAX 技术、实时数据库技术和 TD-LTE 移动通信技术, 实现了精确定位、实时跟踪、监测剩余电量、实时显示速度和报警信息等功能, 其已经在山东临沂充换电站使用, 保证了电动汽车可靠运行。关键词： 电动汽车; GIS; 实时跟踪; 历史轨迹回放; 作者简介：高彬桓 (2000) , 男, 山东济南人, 研究方向:电动汽车充电技术。收稿日期：2017-11-17Received
2、： 2017-11-170 引言近几年, 国内电动汽车充换电站市场快速起步, 电动汽车的发展也面临着前所未有的机遇1。目前, 国家电网和南方电网分别投入巨资建设电动车充电站和充电桩等与新能源汽车相关的配套充电设施和充换电服务网络2。随着电动汽车充换电网络的不断完善, 城市公交系统将逐步由传统的油气动力过渡到清洁的电力能源3-4。为了更好地协调充换电网络与城市公交系统的同步发展, 非常有必要提供一种具备城市公交线路及站点建设规划功能的应用。用户可在地理图中绘制已建成和规划中的公交线路及站点, 不同线路、站点可使用多种颜色、样式及图标进行区分, 根据实际需要通过平台运行引擎解析并生成最终展示效果,
3、 用户能够在地理图中直观地感受充换电服务网络与城市公交系统的结合, 以判断未来发展趋势, 从而方便进行整体规划。本文正是针对电动汽车实时定位、运行轨迹、故障维修等多方面的实际需求, 设计并实现了一种基于 GIS 技术的电动汽车车辆实时监控系统。1 系统概述本系统是在充分利用地理信息系统 GIS、卫星定位系统 GPS 和 TD-LTE 相关技术的基础上开发的, 用于充换电车辆的实时位置监控和数据监控5-6。系统工作原理如图 1 所示。图 1 监控系统工作原理 下载原图系统包含车载终端、前置接收系统以及监控平台三大部分, 车载终端用户转发GPS 数据及 CAN 网通信数据, 监控中心由前置机接收装
4、置和监控平台组成。车辆终端将采集的车辆 GPS 数据以及 CAN 网数据通过 TD-LTE 数据卡转发至移动通信网络 APN 中, APN 接收到报文后将数据打包至监控前置。前置接收系统负责解析由车载终端上送的数据, 并将数据保存至缓存中。监控平台根据数据的刷新频率, 实时读取缓存中的数据, 并根据经纬度坐标在 GIS 中显示。系统采用以下支撑技术:(1) GIS 技术:以地理空间为基础, 采用地理模型分析方法, 实时提供多种空间和动态的地理信息, 是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。(2) AJAX 技术:浏览器与 Web 服务器之间使用异步数据传输 (HTTP 请求) , 这样
5、就可使网页从服务器请求少量的信息。(3) 实时数据库技术:用于过程的自动采集、存储和监视, 可在线存储每个过程点的数据, 可以提供清晰、精确的操作画面。2 系统架构设计2.1 系统网络架构设计本系统采用一级部署、两级应用的模式, 系统网络通讯框架依托省集团公司SDH 骨干网及移动通信公司 APN 专网构建。系统网络结构如图 2 所示。图 2 系统网络结构 下载原图2.2 系统软件架构设计监控系统采用 B/S、C/S 混合架构, 对于图形、GIS 采用 C/S 展示, 其他功能则使用 B/S 结构展示。采用组件模式进行分层开发, 快速搭建相关业务模块。具体技术架构如图 3 所示。2.3 系统数据
6、库设计本系统采用实时数据库存储方式, 前置接收装置接收到车辆传送的报文数据并对报文数据进行解析。实时数据库将解析后的报文数据存储到内存中, 监控平台根据动态刷新的频率实时获取内存中的数据, 并将车辆的动态位置在 GIS 上显示出来。监控平台所使用的档案数据以及线路数据等空间数据和属性数据存储在 10G 的ORACLE 数据库中, 通过数据库引擎连接并展示在 GIS 图上。GIS 的重要技术支撑是海量数据存储, 本系统涉及到采集数据、分析数据以及地理信息数据, 数据量巨大且仍在不断增加, 因此要求具有海量数据存储的能力。为了做到数据存储的安全、可靠, 还应具备动态的扩容能力和灾难恢复能力。图 3
7、 系统总体结构 下载原图3 系统设计3.1 系统工作流程设计监控系统工作流程分为三部分, 分别表述如下:(1) 数据采集:由车载终端负责采集电动汽车行驶过程中的 GPS 数据和 BMS 数据, 车载终端将这部分数据打包后通过移动 APN 网络发送至中心目标服务器。(2) 数据存储:目标服务器将接收到的报文数据解析后存储, 存储过程中首先由前置程序解析报文, 将数据存储到缓存中, 然后数据由转发工具保存到实时数据库中。(3) 数据展示:监控平台负责对数据进行实时展示以及报警监控, 展示方式为GIS 图。监控平台根据数据的刷新频率, 实时读取实时库中的数据, 并根据经纬度坐标在 GIS 中显示。3
8、.2 系统功能模块设计模块内部主要是以 AJAX 方式设计, 减少了前台界面不必要的抖动, 降低了前后台间数据传输量, 提高了响应速度, 使风格类似于 C/S 方式, 可以与系统中相关的 C/S 子模块在展现方面实现较好的融合。主要功能模块如图 4 所示。图 4 系统功能 下载原图(1) 实时轨迹追踪模块:GIS 图上实时显示车辆当前所在位置及行驶轨迹, 根据行驶的路线快速定位, 以便能对所出现的问题及时进行处理。(2) 历史轨迹回放模块:回放一段时间内某一车辆的行驶路线, 通过查看行驶路线图确定出现问题的位置, 提供出现问题的可能性判定。(3) 报警监控模块:行驶过程中电动汽车遇到电量过低、
9、温度过高、动力电池故障等故障报警时, 监控平台可实时提示报警并定位车辆的位置, 以便快速处理。(4) 数据监控模块:展示车辆当前的数据信息。(5) 车辆快速定位模块:根据车辆的经纬度坐标快速定位车辆的位置。(6) 公交线路模块。(7) 车辆数据查询模块。4 系统运行情况本系统已经在山东临沂充换电站使用, 系统监控平台采用 GIS 图形化管理, 实现了对地图的平移、缩放、定位、轨迹追踪等功能, 工作人员可随时观察车辆行驶的当前位置。系统提供多车辆同时显示的功能, 并配有公交线路路线图。根据实际需要通过平台运行引擎解析并生成最终展示效果, 用户就能在地理图中直观地感受充换电服务网络与城市公交系统的
10、结合, 以判断未来发展的趋势, 从而方便进行整体规划。5 结语基于 GIS 技术的电动汽车实时监控系统的研发成功, 实现了对运行中充换电车辆关键参数的实时监控, 不仅能够监控车辆运行中电量消耗的情况, 而且有利于对发生的故障进行及时处理。通过 GPS 及车载 BMS 系统向监控中心发送数据, 监控平台可根据运营车辆状态及剩余电量及时调整充换电方案, 以保证车辆及时、快速充换电。参考文献1王涛, 张东华, 贺智轶, 等.电动汽车充电桩的控制系统研究与设计J.湖北电力, 2011, 35 (1) :11-12. 2王康元, 黄武浩, 刘宇, 等.设计模式在电网监控系统软件框架设计中的应用J.电力系
11、统自动化, 2003, 27 (13) :50-53. 3王云艳, 姜久春, 牛利勇.电动汽车充电站管理系统J.微机发展, 2005, 15 (11) :57-59. 4DHAMEJA S.Electric vehicle battery systemsM.Woburn:Newnes, 2002:95-114. 5倪建军, 范跃祖, 李松林.利用 GSM 短消息业务实现 GPS 车辆监控J.电子技术应用, 2000, 26 (7) :53-55. 6FONTANA R D, CHEUNG W, STANSELL T.The Modernized L2Civil Signal Leaping Forward in the 21st CenturyJ.GPS World, 2001, 11 (10) :28-34.
