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绪 论
将物联网应用于智能交通领域有着非常广阔的前景，也具有较高的技术和经济可行性。车联网（Internet of vehicles）已成为全球顶尖信息技术专家们竞相关注的焦点话题。然而也应看到，伴随着现今社会对交通工具需求的急剧膨胀，车联网相关应用在面临巨大需求的同时，同样也面临着巨大的困难与挑战，全球信息标准格式不统一，编码规范体系不健全，以及缺乏有效的安全保护体系等一系列问题都可能会妨碍整个车联网中各个元素的互通。此外，车联网软硬件技术尚不够完善，普及部署成本过高，以及与网络运营商的兼容性问题也亟待解决。缺乏合理的指标体系，信息的采集，分析，管理的智能化程度也较低，也间接影响到了车联网应运而生的移动增值服务整条产业链的服务质量。
在面对如此众多的问题与机遇，我们需要在车联网领域不断的探索与发现，构建车联网相关基础平台，通过高效可靠的通信交互模式将基础交通设施、交通工具、车联网内用户、管理决策者等一系列关联因素集成起来，在实现基本信息资讯获取的基础上，为城市交通及时疏导，突发事件管理控制，应急预案快速实施，固定车辆运行监控等方面提供协调调度作用。
第一章 车联网相关理论概述
1.1车联网的含义
车联网概念的产生，对于信息交通系统来说是一个巨大的飞跃。车联网即车辆物联网，是以行驶中的车辆为信息感知对象，使人与车、车与车、车与道路基础设施之间实现高效的信息交换与共享，从而对人、车、路和交通设施进行智能管控，进而改善道路交通状况、提高出行效率、延伸信息化应用范围的综合信息服务与智能决策系统[3]。
车联网是物联网在交通领域中的具体实现，是新一代智能交通系统的核心基础。车联网是指通过车辆电子标识、传感器、无线移动通信、卫星定位和海量数据处理等现代信息通信技术的应用，对所有在网。
车辆和道路交通基础设施的属性、静态和动态信息进行有效识别，并通过信息综合应用平台进行智能化管理和服务的信息网络系统，在交通安全、交通服务、交通缓堵、节能减排、物流运输、应急救援、智能收费、城市管理和个人信息综合服务等领域均有广泛应用。
车联网服务需求主要包括：语音服务通信服务、定位服务、导航服务、车辆服务中心连接服务、移动互联网接入、车辆第三方信息管理服务、车辆紧急救援、车辆数据和管理服务、车载娱乐服务等。如果能有效实现以上服务，就可以一定程度上解决包括交通安全、交通堵塞以及环境污染在内的当今交通领域的三大难题。
1.2 车联网的发展历程
高效通信是整个车联网服务的基础，涉及到汽车厂商主导的车内通信、车外专用短距离通信和汽车与电信网、互联网的融合通信三个层面。辅助驾驶是车联网的重要应用，通过车车、车路协同和车辆控制技术完成，可以提高单车行驶和整个交通系统安全运行质量。平台支撑是汇聚来自各方的信息流，对数据信息进行存储、处理和集成，为上层的车联网应用提供数据支撑[5]。智能管控是通过整合交通设施和信息技术、改善交通机动性和安全性，提高交通出行效率，减少对环境的影响。开放服务是以信息平台汇总的各种信息为基础，能够为驾驶员提供出行建议、汽车服务和食宿娱乐等多种服务，同时可以支持面向不同类型用户的车载信息增值服务的运营；安全保障主要解决车联网系统和应用中的各个功能层面的安全问题。
车联网发展将经历3个阶段：第1阶段是孤立GPS导航，目前大规模的应用基本上还处于这个阶段；第2阶段是移动互联加上GPS阶段，利用车与3G等无线通信系统与智能交通平台之间的通信，实现导航、救援、信息服务等。这是车联网现阶段的主要任务；第3阶段是车车、车路、车人协同实现安全预警、交通优化等，实现全网全路的组网和信息交互。达到“人一车一路一环境”的和谐统一。
1.3 车联网的研究目标
车联网的发展与完善得益于物联网在各个领域的应用与渗透。车联网最初是为了解决拥堵的交通问题和安全有效的行车服务，以及在道路救援等方面的突出优势。车联网的发展也是要分布逐渐实现的，首先要在高速公路领域作为风向标首先使用车联网，然后再推广到全国道路交通网络，彻底并有效地解决各种交通问题[4]。车联网的研究目标是设计更加合理的车联网体系结构，综合考虑可用性、通信稳定性、信息安全性、设备简洁性等各个方面，为用户提供稳定、可靠、安全的车联网服务。
第二章 车联网关键技术
车联网成为继互联网、物联网之后，未来智慧城市的又一个标志，是汽车未来的发展方向，它在保障车辆安全行驶、规避道路阻塞等方面的广泛需求，促进其进一步发展。车联网的发展和构建一个完善实用的车联网系统，需要很多技术支持，下面依次介绍一些关键技术。
2.1 RFID射频识别技术
RFID射频识别技术在车联网中被广泛使用，并且该技术结合了传统的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构建一个由大量联网的RFID终端组成的物联网，它比传统的互联网更为庞大[7]。因此RFID技术是实现车联网的基础技术，是必不可少的。我国虽然初步掌握了RFID的相关技术，但仍然缺乏关键核心技术，特别是在超高频RFID方面。
2.2传感技术
在车联网中广泛使用了传感技术，比如采集车辆、道路等交通基础设施的运行参数等都是利用的传感技术。传感技术是信息获取的最重要、最基本的技术，是实现车联网数据采集的关键技术。车联网是车、路、人之间的网络，车联网中的技术应用主要是车的传感器网络和路的传感器网络。车的传感器网络又可分为车内传感器网络和车外传感器网络。车内传感器网络是向人提供关于车的状况信息的网络，车外传感器网络就是用来感应车外环境状况的传感器网络，路的传感器网络指用于感知和传递路的信息的传感器，一般铺设在路上和路边。无论是车内、车外，还是道路的传感器网络，都起到了环境感知的作用，其为“车联网”获得了独特的“内容”。整合这些“内容”，即整合传感网络信息将是“车联网”重要的技术发展内容，也是极具特色的技术发展内容。通过在一定准则下对计算机技术这些传感器及观测信息进行自动分析、综合以及合理支配和使用，将各种单个传感器获取的信息冗余或互补依据某种准则组合起来，形成基于知识推理的多传感器信息融合。
2.3无线传输技术
目前我国的无线传输技术已经从2G迈向了3G，有了更快的传输速度，在车联网中，无线传输技术主要负责将传感器采集得到的数据传送到服务器或其它终端，以及接收控制指令完成物体远程控制等。只有通过无线传输技术，才能更加充分地实现信息的交换和共享。由于驾驶环境的特殊性，决定了车联网时代人机交互不能用鼠标、键盘，手机触摸屏，而语音交互的安全便捷，就顺理成章地成为人机交互的最佳方式，将是车联网发展的助推器。成熟的语音技术能够让司机通过语音来对车联网发号施令，能够用耳朵来接收车联网提供的服务，这是更适合车这个快速移动空间的体验的。成熟的语音识别技术依赖于强大的语料库及运算能力，因此车载语音技术的发展本身就得依赖于网络，因为车载终端的存储能力和运算能力都无法解决好非固定命令的语音识别技术，而必须要采用基于服务端技术的“云识别”技术。将大量的语音识别数据进行收集和计算，依托网络计算技术，构建基于移动互联网环境下独特的车音网语音平台引擎，实现多种语言甚至方言的识别。
2.4云计算技术
车联网是一个十分庞大的网络，其中的数据量自然也是非常庞大的。而云计算技术在处理、分析和计算海量数据方面是很有优势的。因此，车联网系统通常也会通过网络以按需、易扩展的方式获得云计算所提供的服务。瑭锦云计算将在车联网中用于分析计算路况、大规模车辆路径规划建议、智能交通调度计算等。车网互联在产品中引入云计算，一方面可以实现业务快速部署，可以在短期内，为行业用户提供系统的Telematics服务；另一方面，平台有强大的运算能力、最新的实时数据、广泛的服务支持，能够对于服务起到强大的支撑作用。比如，传统的导航均是基于本地的数据，只是一条静态的道路，基于云计算的“云导航”则可以实现“实时智能导航”。云平台会按照用户的需求，考虑到实际的路况和突发事件等因素实时调整规划，保障用户始终掌握最符合实际、最便捷到达的路线。车联网和互联网、移动互联网一样都得采用服务整合来实现服务创新、提供增值服务。通过服务整合，可以使车载终端获得更合适更有价值的服务，如呼叫中心服务与车险业务整合、远程诊断与现场服务预约整合、位置服务与商家服务整合等。
2.5定位技术
为了实时监控等功能的实现，需要对车辆进行定位，现阶段主要通过GSP技术、无线定位技术等提高车联网中物体的位置精度。定位精度提高后，可以更加准确的获取车辆行驶位置，提高实时路况精准度、交通事件定位精确度等，从而使车联网系统更加实时和精确的服务[8]。LBS有传统服务和新型服务两大类。传统服务以整合服务产业链为主，提供的服务基本上以导航为主，也包括服务位置信息搜索（餐馆、娱乐、加油站等）、资讯推送、天气提醒、汽车服务信息等，以静态的或者单向的信息为主。新型服务则再应用的基础上结合海量用户的移动互联，通过车联网社区形成诸多更具互动性的应用，比如位置信息的共享、自定义交通信息生成、用车经验交流、基于位置的优惠信息提供等，按照用户的需求和技术的发展，不断向周边延伸。从而让固有的服务逐步具备自我革新的生命力，为用户的工作、生活、娱乐带来更多便利。
2.6开放智能车载终端系统平台
当前，很多车载导航娱乐终端并不适合“车联网”的发展，其核心原因是采用了非开放的，不够智能的终端系统平台。基于不开放、不够智能的终端系统平台是很难被打造成网络生态系统的。目前车联网的用户终端包括IOS系统，Android系统等，车联网的终端系统平台必须能搭载与adroid、iPhone平台载体，如：iPhone、iPad、adroid手机、adroid导航仪、adroid平板电脑等，只有开放的系统平台才能更好的为用户服务。按照目前的形势来看，Google Android也将会成为车联网终端系统的主流操作系统，而那些封闭式的操作系统也许目前发展不错，但最终会因为开放性问题发展遭到制约。
2.7通信及其应用技术
车联网主要依赖两方面的通信技术：短距离视频通信和远距离的移动通信技术，前者主要是RFID传感设别及类似WIFI等2.4G通信技术，后者主要是GPRS、3G、LTE、4G等移动通信技术。这两类通信技术不是tanjurd车联网的独有技术，因此技术发展重点主要是这些通信技术的应用，包括高速公路及停车厂自动缴费、无线设备互联等短距离无线通信应用及VOIP应用（车友在线、车队领航等）、监控调度数据包传输、视频监控等移动通信技术应用。
第三章 系统分析与概要设计
3.1功能需求
3.1.1系统平台总体控制
作为车联网应用管理系统的控制中心，实时统一监听、接收移动终端或web端用户的具体消息、操作请求，合理分类，并协调、调用相应的功能模块进行响应。
3.1.2统一格式消息建立及分类
在系统平台与移动智能终端的交互过程中，需要大量、准确的消息传递。通过统一、明确的消息格式创建，使得系统平台在接收到消息以后，经过具体的解析过程，将消息分类处理，并根据流程规则进行反馈，从而实现移动智能终端与系统平台的有效互通[9]。
在通信过程中，主要的消息类别有用户注册登录认证，好友管理，自组网络群组管理，交通拥堵信息和交通事故信息。
需要特别提出的是，经过对城市道路交通拥堵以及安全评价体系的调查研究发现，常用到的反映交通拥堵、交通事故信息指标包括：
1. 道路拥堵持续时间：车辆通过某一拥堵路段所需要的时间，可以直接通过制动智能终端测得结果，反映街道拥堵程度。
2. 平均行驶速度：车辆通过某一路段的行驶速度，可以直接反映交通流量状况，是一项综合性指标。
3. 停等信号灯周期：车辆在某一个确定的信号灯延误的周期数，可以反映信号灯附近路口车辆运行状态。
4. 拥堵排队长度：拥堵车辆排队长度，可以直接反映路面拥堵程，排队越长拥堵越严重。
5. 交通事故数量：交通事故发生数量。
6. 交通死亡人数：在一次交通事故中死亡人数。
7. 受伤人数：在一次交通事故中的受伤人数。
8. 直接经济损失：事故所造成的经济损失。
因此，系统需要考虑统一接收、处理以上可以通过移动智能终端测得并提交到服务器端的所有信息。
3.1.3用户注册登录认证
系统支持用户在移动端和计算机网页端进行注册、登录操作，并设计合理的认证机制验证用户信息，对于注册用户，系统同时提供了有效的信息存储与维护机制，保证信息的可靠性。
3.1.4好友管理
移动终端用户通过移动终端将好友添加，删除以及好友列表的更新信息上传至服务器端保存，维护信息的一致性。
3.1.5自组网络群组用户管理认证
车联网用户在通过移动智能终端进行自组网络的建立，连接等功能的过程中，需要在系统服务器端进行相关的身份认证校验。服务器在接收到移动用户的加入群组的申请时，需要通过具体的查询分析，判断用户是否具备申请条件，并做出相应的反馈，从而有效的保证了自组网络的安全性和可维护性[10]。
3.1.6数据分析处理
系统平台与移动终端的交互过程中，会产生大量有价值的基础信息，系统需要在服务器端完成对这些信息分类存储。建立面向车联网主题的数据仓库模型，并可以通过相应的策略对基础数据进行提取，清洗、转换和加载到相关数据库表中，为系统数据统计分析提供支持[11]。
3.1.7信息统计图形化显示
系统通过具体报表，柱状图，饼状图等多样化的显示模式，按照不同粒度的具体划分，可以完成对数据仓库模型中数据的统计分析结果可视化的转换，展示给相应的用户。
3.1.8实时交通信息展示
系统控制平台可以通过可视化界面对城市交通状况实时监控，具体包括：移动智能终端用户位置，自组网络群组划分，特定车辆监控，城市交通路段拥堵，交通突发事件显示等。
3.2系统性能需求
本系统平台需要准确、高效的响应不同角色的用户进行的具体操作，并能通过网络，与移动智能终端之间正确，快速地完成信息交互。综合考虑硬件，内存，硬盘空间等问题，同时考虑到兼容Ｗindows操作系统等问题，车联网应用管理系统平台需要满足如下要求：
1. 系统应当能够及时准确的获取移动智能终端信息，并做出相应的反馈
车联网应用管理系统需要严格执行统一消息格式的规范要求，并对用户上传的信息实时监听，将得到的消息经过统一的方法进行分类，分配相应的功能模块处理并反馈。
2. 系统处理问题时间应当尽可能合理
系统各个功能模块业务逻辑组件分析、解决问题时间尽可能合理，尤其是遇到数据量比较大的情况时，为了提高用户体验，业务操作需要优化以满足需求。
3. 系统应当提供功能扩展支持
系统平台具备较为灵活的扩展功能，设计合理的接口，在需求变更的时候，工作人员可以快速响应，完成任务更新。
4. 系统应当具有容错功能
良好的容错功能可以保持系统的健壮性，当面对用户上传信息或者界面操作过程中的错误时，系统须有完备的自我容错、纠错功能，并快速反馈给用户予以纠正。
3.3系统页面需求
操作界面是系统与用户的接口，良好的用户界面可以使系统高效、准确响应用户的具体操作。现今设计者都遵循主流的黄金设计原则，即：用户操纵控制；较少用户的记忆负担；保持界面一致。基于以上原则，在车联网应用管理系统的界面设计时，需要以用户为中心，应着重关注一下几点：
用户界面元素清晰、易懂：车联网应用管理系统需要有统一风格的界面，各个菜单布局清晰，功能名称简单明了，无二义性，易于用户快速熟悉操作，减少其操作失误的可能性，以提高工作效率。
迅速响应：响应速度的快慢决定了系统的用户体验。当用户点击一项操作时，系统需要快速进行判断并做出正确响应，及时将得出结果展示给用户参考。当遇到时间久，运算较为复杂的操作时，系统应有一定友好，人性化的机制，提示用户操作进度或状态，以便用户在等待过程中做出其他操作[12]。
安全反馈信息提示：系统允许用户在界面上自由操作，但当系统发现在用户的一些错误操作时，需要进行语言友好的提示，提示内容可以帮助用户快速理解并做出正确的修正操作，减少错误操作带来的不良影响。
3.4 系统业务流程
根据车联网应用管理系统的功能需求，明确了系统在与智能终端用户交互信息的基础上，需要对实时基础数据有效的分析统计处理，获取结果，并最终将其图形化反馈。
因此，业务逻辑涉及到的主要的业务流程有：
1. 信息获取：系统接受智能终端用户上传的各类信息，并根据信息类别，分配相应的消息分析功能模块。
2. 数据分析：系统将信息分配给与之对应的逻辑功能模块，并通过不同的规则、算法进行处理，得出分析结果，并进行相应反馈。
3. 记录管理：系统需要将基础数据和统计分析结果数据分别进行管理，前者主要存储在本地文件中，而后者则存储在数据仓表结构当中。
4. 图形化显示：系统根据用户相关查询请求，提取数据，通过不同形式的报表、图形呈现统计分析结果。
3.5 车联网的体系结构
目前对车联网的体系结构并没有给出统一的定义，根据文献资料可以查找到了一种依据，物联网的网络体系结构以及车联网需要提供的网络服务内容，建议车联网体系结构。可以分为感知层、网络层和应用层。如图3.1车联网的体系结构示意图所示：
应用层
网络层
感知层
人机交接口
服务类型定义及实现（中间件）数据处理
数据长距离传输，网络互联，远程监控，网络管理
数据协同处理，有源CPS节点间数据短距离传输数据采集
图3-1 车联网的体系结构示意图
3.5.1感知层
车联网感知层可以分为两个子层。下子层的主要功能是对网络当中的结点进行识别，感知并采集车辆位置、行驶速度、道路交通状况、天气情况等相关数据：上子层的主要功能是在自组织网络范围内（有源CPS结点之间）传输数据。感知层需要的物理设备主要有RFID标签和读写器、各种传感器f感知温度、速度、车辆状况等信息)、GPS、摄像头等。感知层传输数据时可以采用RFID技术实现。
3.5.2网络层
车联网网络层的主要功能是实现Internet接入．完成数据的分析处理和远距离大范围传输；同时，网络层也可以实现对车联网络内结点的远程监控和管理功能。网络层主要使用的设备是互联网CPS结点，其功能相当于传统网络当中的路由器；当然，互联网CPS结点所具备的控制功能是传统路由器不具备的。将车联网接入到Internet当中。需要进行协议转换，因为在车联网的底层所使用的网络协议是与TCP／IP协议不同的[6]。
3.5.3应用层
车联网应用层可以进一步划分为两个子层。下子层是应用程序层，主要功能是进行数据处理。车联网的各种具体的服务也在这一子层进行定义与实现。现在一般认为采用中间件技术实现车联网的各种服务是较好的选择：上子层是人机交互界面。定义与用户交互的方式和内容。应用层使用的设备主要是一些提供网络服务的服务器和用户使用的车载计算机等。
3.6 系统总体架构设计
根据车联网应用管理系统的需求分析可知，系统平台在运行过程中，需要针对移动智能终端，web网页端的不同用户的多样化信息、操作请求，实现快速，可靠的响应。
因此，在系统架构设计时，以多层架构设计模式为基础，将系统分为表现层、业务逻辑层、持久化层和系统数据管理层。其中最上层为表现层，是系统与外部信息交互的接口；第二层为业务逻辑层，实现逻辑业务分析功能；第三层为持久化层，该层专注于持久化操作，不涉及业务逻辑。第四层为系统记录管理层，主要是基础数据库和本地文件存储。如3.2系统架构图所示：
web端界面展示
智能终端
交换模块
数据统计
数据加工
消息分析
数据访问
映射管理
持久化层
数据库文件
文件文本
数据管理层
图3-2 系统架构图
3.6.1表现层
表现层的主要功能是接收用户请求，并调用相应的业务逻辑组件完成响应。根据车联网用户的角色划分，可以分为移动智能终端用户和web端用户，因此，表现层应具备两部分功能：
1. 移动智能终端交互功能：系统实时接受终端用户的消息请求，同时，将业务逻辑组件的操作结果以消息的形式反馈给用户。这部分内容在服务器端不用设计界面结构予以支持。
2. Web界面交互功能：系统可以获取用户在网页上菜单的点击事件，传递给业务逻辑组件操作处理。该部分内容在设计时，以MVC设计模式为核心，使用框架具体实现。
3.6.2业务逻辑层
业务逻辑层是系统平台的核心内容，主要专注于系统各个功能模块逻辑组件的实现，表现层通过调用业务逻辑组件，完成对信息的分析处理。在车联网应用管理系统中，业务逻辑层的主要业务内容包括：
1. 消息的分析处理：基于统一数据格式，不同功能的业务逻辑组件对分类消息进行处理，得出结果并完成响应。
2. 数据的加工：系统支持对原始基础数据的清洗、转换、并加载到相关主题的数据仓库中。
3. 数据的统计分析：系统根据用厂需求查询条件对服务器端数据进行有效的提取利用，并提交操作结果到表现层Web端，供用户使用。
3.6.3持久化层
根据面向对象的思想，创建不同的持久化类来映射数据库表结构，并完成对数据库操作的封装，将数据库操作与业务逻辑分离。
3.6.4系统数据管理层
对于在交互过程中生成的数据，系统提供合理、有效的规则将其分类存储在服务器端文本文件或数据库表结构中，以便于数据的记录管理。
3.7数据库的设计
数据库设计(Database Design)是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求（信息要求和处理要求）。
3.7.1用户管理类数据库表
1. 用户登录账号信息：移动终端用户提交注册申请信息，服务器端通过校验，将符合规则的用户信息存入数据库register表当中，以便用户登录操作，减少对用户基本信息文本文件的读写，提高效率。如表3-3数据管理表：
表3-3 数据管理表
数据库表字段
字段类型
说明
Regidterld
Int(11)
每一个用户在申请时都会分配一个ID
Regidter name
Varchar(255)
用户申请时填写的用户名
Passwords
Varchar(255)
用户申请时填写的用户密码
online
Varchar(255)
用户是否在线
2. 用户好友信息：移动终端用户可以将添加，删除用户信息上传到服务器，服务器端得到消息后，完成frienduser数据库表的更新操作。如表3-4好友信息表：
表3-4 好友信息表
数据库表字段
字段类型
说明
categoryID
int（11）
好友类别ID
User ID
int（11）
用户好友ID
Catgory Name
varchar（255）
好友类别名称
3. 自组网群组信息：车联网用户可以通过移动终端新建群组以便于组内用户的信息传递，车联网服务器端在接收到新新建群组的消息以后，需要在groups表中新建一条记录并且在groupuser表中新增参与改组的所有用户名单。如表3-5群组信息表：
表3-5 群组信息表
数据库表字段
字段类型
说明
groupID
int（11）
对每一个新建群组，
系统需要分配一个特定的ID
Creator
varchar（255）
每一个群租对应一个创建者，
具有删除群的权限
Group name
varchar（255）
群组名称
3.7.2系统数据流图
根据系统的主要用户流程，通过使用数据流图的方法构建功能模型，针对该系统进行顶层、第一层的数据流图的分析：
1. 顶层数据流图：
数据流图中四个基本元素：
外部实体：智能终端用户，网页端用户；
数据加工：车联网应用管理系统；
数据文件：用户相关基本信息，交通状况基本信息，统计分析结果记录；
数据流：分为移动端和端，其中，移动端信息主要包括注册、登录请求，好友管理信息请求，自组网络群组管理请求，交通状态基本信息，系统分析处理结果反馈等；
Web端主要包括：注册、登录请求，用户相关信息查询请求，交通信息统计查询请求，城市道路交通监控，结果可视化反馈等。
2. 第一层数据流图
在第一层数据流图中，针对顶层的“车联网应用管理系统”的数据加工进一步细化，可以将其具体分解为四个功能子系统：消息分类处理子系统，用户操作响应子系统，数据统计分析子系统，统计分析查询反馈子系统。在数据流图细分的过程中，需要注意与顶层数据流图的数据流平衡对应原则，必须保证任一数据流输入与输出，在此过程中不被强行添加或者删除。因此，得到第一层数据流图如图3-3所示：
统计分析结果
队列信息
信息ID类型
注册登录请求
城市交通监控
结果可视化反馈
用户信息查询
注册登录请求
好友管理
交通信息统计查询
自组网络群组管理
交通状况信息
接受信息反馈记录
新用户信息
用户信息ID
用户信息
用户
动
终端
用户
WEB
网页端
车联网应用管理系统
统计分析结果记录
交通状况基本信息
用户基本信息
图3-3 车联网应用管理系统顶层数据流图
用户
移动终端
用户
Wsb网页端
用户注册登陆请求
用户信息查询
注册登录请求
好友管理
来自网群管理
交通状况信息
接受信息反馈结果
用户信息
用户ID
用户信息
用户基本信息
交通状况基本信息
队列信息
信息类型ID
统计分析结果记录
基本信息
统计分析结果
结果反馈
交通状况查询
城市交监控
查询
结果
统计分析结果
数据分析子系统
用户抄作系统
消息处理子系统
图3-4 车联网应用管理系统第一层数据流图
3.7.3交通信息类数据建模
当用户上传交通状况信息时可能会有冗余的情况发生，考虑到在一定时间范围内数折的有效性，并且便于数据统计分析，我们需要将数据存储在本地文件当中，以便之后的数据清洗转换操作。具体文件类别如下：
1. 用户基本信息文本文件：当用户通过移动智能终端注册时，系统会根据规则为新用户分配一个ID，这个ID是用户在系统中的唯一标识，在用户删除时失效。在分配后，系统会将用户注册时上传的信息存入文木文件，并将该文件按照用户类别分别存放在小同的服务器端文件夹下。
文本文件使用TXT方式进行存储，结构如下：
[FileInfo]
ServerName=
LocalDataPath=
DataSaveDay=
[versionInfo]
Version=v1.0
[DataInfo]
UserName=
UserID=
UserTpye=
Password=
Gender=
Age=
Birthday=
email=
用户基本信息文件包含文件信息，版本信息，数据信息三个部分，其中，文件信息主要是服务器名称，存放路径，存放时间。数据信息包括用户名，用户ID，用户密码、用户角色、性别、年龄、生日、邮箱等八个数据域，每一行分为数据域名及其对应值，两者之间通过“＝”进行分隔。各个数据域按照从上到下的顺序依次排列。
2. 用户实时位置信息文件：系统在首次接收用户实时地理位置信息以后，会为用户创建一个文件，并将该用户在线状态时间范围内的所有位置存储在该文件中。
用户实时位置信息文件使用TXT格式进行存储。用户实时位置信息文件中包含四列，分别为：时间、用户ID、位置经度、位置维度、车辆类型、以TAB制表符分隔。系统实时数据按从上到下的顺序排列，处于低端的数据为用户最新上传的位置信息。
3. 城市交通拥堵信息文件：服务器端在接收到交通拥堵信息以后，会按照上传时间以及信息类别存储文件。若系统服务器端不包含以当天时间命名的文件，则新建文件，并将该条记录进行存储。文件信息包含六列，分别为：上传时间，上传用户ID、上传信息类别、上传信息对应值、事发地点经度、事发地点纬度。一天之中的所有数据按照从上到下的顺序排列，以制表符分隔，最新数据处于文件位置的最低端。
4. 城市交通事故信息文件：系统接收交通紧急事故信息后，同样也按照时间以及类别存储记录。该文件包含列，分别是：上传时间、上传用户ID、交通事故数量、交通死亡人数、受伤人数、直接经济损失、事故发生经度、事故发生缔度。同样，信息在文件中按上传时间先后顺序进行排列，最新记录处于文件的最低端。
第四章 系统详细设计与实现
4.1消息处理模块
消息处理模块作为车联网应用管理系统的基础模块，主要完成了与智能终端的信息通信功能。主要功能有：
1. 消息接收分类：由于用户上传信息的种类繁多，消息处理模块在监听到用户传递的消息时，需要分析根据消息包头的类别，并传递给相应的模块进行处理。
2. 消息的转发：消息处理模块在接收到其他功能模块运行处理以后的反馈结果时，需要转发给智能终端，以便进行后续处理。
开始
获取信息
信息对象转换
类型是否为空
类型是否在否定范围
调用相应模块
结束
容错处理
Y
N
N
Y
3. 容错处理：通信模块在接收到结构、规则不符的消息时，需要进行容错处理，主动将消息进行筛除。如图4.1消息处理模块流程图和图4.2运维中心和客户关系图所示：
图4-1 消息处理模块流程图
图4-2 运维中心和用户关系图
4.2用户信息认证功能模块
用户信息认证模块从消息处理模块获取用户注册登录认证类消息，该模块主要分为两部分：
4.2.1注册认证子模块
注册认证子模块在接收到JSON对象格式的数据后，首先需要通过映射的方式将消息参数提取出来；其次，通过校验，判断用户信息格式是否合法，如果合法，再对用户数据表中数据进行判断，是否有相同的用户存在，若不存在，则注册成功，为用户分配唯一的系统标识ID，并在基础数据库表中新增用户信息，在服务器端编写并存储用户个人信息配置文件；认证流程结束，反馈注册成功消息到消息处理模块。如果不合法，则发回注册失败信息。如图4.3用户注册子模块流程图和图4.4用户注册图所示：
开始
接受注册用户信息
是否通过格式检验
接收注册用户信息
用户名是否已被注册
生成本地文件和数据库表信息
结束
是否生成成功
注册成功返回信息
返回用户名重复提示
返回格式错误提示
容错处理
Y
N
N
N
Y
图4-3 用户注册子模块流程图
图4-4 用户注册图
4.2.2登录认证子模块
登录认证子模块工作流程是在对用户提交信息进行校验以后，直接在基础数据库表中查找，是否存在该用户以及密码是否一致，若存在，则将用户状态修改为在线，
并向消息处理模块做出信息反馈，否则返回登录失败信息。如图4.5用户登录子模块流程图和图4.6用户登录界面图所示：
\
开始
接受登陆用户信息
格是否通过检验
用户名是否已被注册
用户名是否已被注册
登陆成功，修改用户登录状态，返回信息
结束
返回无效用户提示
查询数据库
N
Y
N
返回错误格式提示
图4-5 用户登录子模块流程图
图4-6 用户登录界面图
4.3交通信息交互功能模块
交通信息交互功能模块为车联网应用管理系统的城市交通显示以及交通状况统计提供了有效的基础依据，根据用户上传信息类别，可以将该模块主要完成两部分功能：
1. 用户基础交通信息，车联网用户在城市交通实时移动的过程中，会不断的发送基础的位置信息到服务端，交互功能模块在具体解析、处理后，将最新数据传递，并按照消息时间进行本地保存，为交通状况显示模块做准备服务。
2. 交通状况信息：用户在行驶过程当中，可以通过移动客户端将路况拥堵、安全等信息上传至服务器，服务器会将将相关信息进行本地格式化存储，以便数据仓库的ETL过程模块的利用。如图4.7交通信息交互模块流程图和图4.8交通信息概况图所示：
开始
接受用户上传信息参数列表
判断是否存在文件
生成接收消息时间
在文件中顺序添加
结束
新增文件，并添加信息
N
Y
图4-7 交通信息交互模块流程图
图4.8 交通信息概况图
4.4用户信息查询模块
用户信息查询模块为不同角色，不同权限的用户提供相关信息查询服务。该功能模块接收到用户请求以后，具体可以按照：用户编号、团队编号、用户类型三种查询方式，结合查询条件输入，进行具体信息查询，得出结果并通过报表的形式进行反馈。此外，模块具有容错功能，当接收到用户输入的不合法信息后，会有操作提示。如图4.9用户信息查询模块流程图和图4.10用户信息查询图所示：
根据查询条件查询
开始
返回界面查询结果
结束
获取用户查询条件参数列表
容错处理返回错误提示信息
N
Y
判断是否存在文件
图4.9 用户信息查询模块流程图
图4.10 用户信息查询图
结
车联网是一种全新的概念与应用，具有广阔的应用前景和商业价值。车联网所能提供的主要应用归纳如表5-1车联网主要应用所示：
分类
具体应用
安全方面
事故现场预警，十字路口处预警
紧急制动，超速警告，逆行警告
禁止疲劳驾驶
交通管理方面
智能交通诱导系统，路径导航
交通信号灯的智能控制
电子不停车收费系统
智能停车场管理系统
公共交通服务方面
公交卡（地铁）计费
公交车实时监控系统
公交车运行情况预报系统
公交车智能调度系统
商业增值业务方面
Internet接入（提供在线视频，网络游戏，数据下载，聊天服务）
表5-1 车联网主要应用表
1. 在智能交通应用中，上海交通大学的tig项目在2006年就开始运作，采集了上海市4000多辆出租车的实时信息。
2. Mit cartel项目部署了一个分布式的移动传感网和通信网结合的系统。建立在该系统中的上层应用可以利用移动车辆和手机上的传感器搜集数据，通过无线通信模块传输数据，通过计算单元实现对数据的处理、分析和可视化。
3. 旧金山湾区开展了cabspotting项目于2006年启动，通过在出租车上安装gps跟踪设备，记录车辆移动轨迹。
4. Ibm基于交通预测模型，在新加坡进行的初步测试中，可以提前一小时预测车流量和车速，精度高达90%。
车联网不仅是汽车行业对于未来“互联的汽车”的美好愿景，也将是城市居民的共同愿望之一。就像20世纪80年代互联网的出现将独立的台式电脑互相联系在一起，车联网将车辆联系在一起也将改变人们未来的生活、工作方式。车联网的典型应用包括如下。
1. 紧急救援系统。当紧急情况发生，车主按动车上安装的紧急按钮，通过无线通信接通客服中心。客服人员能够通过gps技术精确定位，将救援送达车主。在救援过程中，客服人员不仅能一直与车主进行在线交流，而且能实时调度救援资源，最小化车
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