基于物联网的交通营运车辆能耗监测分析系统研究

刘学军

（广西交通职业技术学院，广西 南宁530023）

基于物联网的交通营运车辆能耗监测分析系统研究

刘学军

（广西交通职业技术学院，广西 南宁530023）

通过充分调研区域交通营运车辆的车型配置、结构特点、车辆保有量及运输环境条件等实际情况，选取覆盖整个区域交通运输行业能耗监测的采样点，基于物联网技术的基本原理，研究反映该区域交通运输行业总体能源消耗水平，并能进行能源消耗分析预测的监测分析系统，为交通运输部门统计、分析及预测交通能源消费，制定政策及规划，准确分析技术设备及企业管理中存在的问题，找出行之有效的节能降耗的措施提供技术支持。

物联网；营运车辆；能耗监测；能耗分析

随着社会的不断发展和人民生活水平的日益提高，尤其是在石油资源日益枯竭的背景下，世界各国更加重视能源的节约和环境的改善，据相关权威部门统计，目前，中国车用燃油已经占到国家燃油总消耗量的一半以上，汽车尾气对环境污染的贡献也是越来越大，同时，机动车油耗成为了消费者越来越关心的技术指标。为了能对机动车油量进行精确的测量，做到“耗能有数，节能有据”，从而减少燃油的浪费，降低燃油成本，最终实现节能环保的目的，世界各国在能耗监测技术研发方面进行了大量的研究[1-2]。

在一些汽车工业发达的国家，对车辆油耗监测技术的研究比较深入，早在上世纪70年代，美国和日本等国家就开始了基于碳平衡法理论的汽车油耗监测系统研究，但限于当时传感器和电子技术发展的水平，该监测系统过于庞大，只能限于实验室中进行监测。随着日本在基于活塞式流量传感器技术上开发流量计研发成功，采用流量方式进行油耗监测的方式得到了普遍采用[3]。

融合微电脑技术、物联网技术、微流量计设计技术，通过对交通营运车辆的燃油供给系统进行轻度技术改造，就可以开发出能够适用于燃油动力车辆、实时监测分析油耗量及油耗水平系统，系统的车辆端软件可以实时将监测与分析数据包回传给运管中心终端，以实现对区域内交通营运车辆能耗监测与能耗分析，为节能减排提供技术支持。

1 车辆能耗监测分析系统原理

车辆能耗监测分析系统原理如图1所示，车辆的燃油供给系统由燃油箱、进油管、滤清器、油轨、喷油器、调压器、回油管等组成，通对交通营运车辆的进油管和回油管上，分别安装一个微流量计（根据车辆燃油消耗水平，可选择流量范围为1～300 ml/min和5～1 500 ml/min两款产品），流量传感器的脉冲信号传递给车辆监测端控制单元，控制单元经过进油量和回油量差值运算和温度补偿运算后，得出实时燃油消耗量，并通过物联网无线传递到运管中心终端，运管中心终端就可以根据营运车辆的GPS信息，计算出某一时间段或某一里程段内车辆的燃油消耗水平，并可以分析不同季节、不同行驶工况、不同驾驶人员、不同载运重量等条件下燃油消耗差别，优化交通营运部门节能减排方案[4-5]。

图1 车辆能耗监测分析系统原理图

2 能耗监测分析系统设计开发

2.1 传感器模块

传感器模块的设计要求传感器的体积小，能够测量非常小的流量，量程比尽可能宽，由于考虑到交通营运车辆的种类繁多，从微型车到长途大巴，再到货运重卡，其燃油供给系统每分钟的供油量有很大的差别，根据分析，传感器模块中最为关键传感器的选择有两款，可以根据不同的交通车辆选配加装。可选配的流量计有：德国003系列流量计，测量范围1～300 ml/min；霍尔脉冲信号输出：7 000和14 000脉冲数/升；体积：30 mm ×30 mm×50 mm；德国005系列流量计：测量范围：5～1500 ml/min，霍尔脉冲信号输出：1 600，3 800 个脉冲数/升。

同时，传感器模块处于一个比较复杂的环境当中，传感器输出的信号经过数据线传递给车辆监测客户端的过程中，存在着大量的信号干扰源，因此传感器模块的必须设计抗干扰电路和光电隔离电路，以保证车辆监测客户端能采集到干净真实的流量数据。

2.2 车辆监测客户端

车辆监测客户端是一个融微电脑处理器、数据采集模块、移动通信模块等于一体的电子控制单元。从传感器模块传递过来的脉冲信号经过滤波后输送给数据采集模块，数据采集模块将采样数据提供给微处理器，微处理器根据传感器的量程计算出实际流量后输送给移动通信模块，移动通信模块通过通信网络将数据输送到运管中心终端[6]。

2.3 运管中心终端

运管中心终端由一台电脑及其配套软件组成，通过物联网与整个区域内车辆监测客户端连在一起，车辆监测客户端发回的移动数据在这里进行收集、汇总、整理和分析，并按照预先设定的计算方案（如某时间段、某驾驶人员、某里程等）计算出车辆的油耗情况。也可以按天、月、季度或年度等计算出本区域内交通营运车辆的总燃料消耗量，为制定本区域的节能减排方案提供技术支持。

3 能耗监测分析系统应用理论分析

车辆能耗监测分析系统由一个运管中心监控终端和多个车辆监测客户端组成，要实现对该区域内营运车辆油耗水平的监测，需要依托区域内交通营运车辆的车型配置、结构特点、车辆保有量及运输环境条件等调研数据，进行车辆能耗数据采样点的选取和设置，制定整个区域内交通营运车辆能耗监测方案。建立完善评价区域内交通运输业能耗统计、分析及预测的数学模型，构建一个对监测、考核和评价交通营运车辆能耗水平及节能降耗效果的闭环控制回路，以实现节能降耗的良性循环。某一区域内交通营运车辆能源消耗监测分析方案需要解决下列问题。

（1）制定能够反映区域交通运输行业发展现状的调研方案并获得科学的分析调研数据。

（2）根据调研数据进行能耗监测样本点的选取，并开发适应各种不同类型车辆的能耗监测方案。

（3）根据监测数据，建立整个区域内营运车辆能耗统计、分析和预测的数学模型。

广西交通营运车辆数量、类型及运输条件等调研是监测分析系统和监测方案设计的根基，它对于能源消耗监测样本点的选取、监测系统的设计、数学模型的建立、节能降耗举措的出台、能耗水平的监测、考核和评价都起着至关重要的作用。

图2为广西交通营运车辆能耗监测分析方案的技术路线。技术路线构建了一个对监测、考核和评价交通营运车辆能耗水平及节能降耗效果的闭环控制回路（图中箭头）。如果选取的监测样本点足够多，数学模型反馈实际情况的水平又足够好，这个闭环控制回路就可以实现良性循环。

图2 广西交通营运车辆能耗监测分析技术路线

4 结束语

本文根据交通运输行业对车辆能源消耗监控分析提出的实际要求，采用液体流量监测技术、物联网技术和微电脑技术，设计开发了一款由运管中心监控终端和多个车辆监测客户端组成的交通运营车辆能耗监测分析系统。借助本系统，通过分析区域交通营运车辆的车型配置、结构特点、车辆保有量及运输环境条件等实际情况，选取覆盖整个区域交通运输行业能耗监测的采样点，制定了一套能够反映该区域交通车辆能耗水平的能耗监测方案，为交通运输部门统计、分析及预测交通能源消费，制定政策及规划，准确分析技术设备及企业管理中存在的问题，找出行之有效的节能降耗的措施提供技术支持。

[1]隗海林．基于城市道路工况的汽车燃油消耗模型[J]．吉林大学学报（工学版），2011，39（9）：1146-1151.

[2]汪春华．基于LPC2362带GPS功能汽车行驶记录仪的开发[J]．嵌入式技术，2010，3（3）：35-38.

[3]杨 志．车辆异常油耗数据分析处理与仿真分析[J]．科技信息，73-74.

[4]罗海波．基于无线传感器网络的车辆实时油耗检测研究[J]．制造业自动化，2010，32（9）：40-43.

[5]蔡亮明．基于富士通MB9BF506R的车辆油耗采集系统[J]．海峡科学，2012，72（12）：7-10.

[6]霍振兴．基于PTR2000的汽车油耗实时监测系统的无线通信设计[J]．机电产品开发与创新，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

广西壮族自治区高等学校科学研究项目支持（KY2015YB416）

刘学军（1977－），男，山东潍坊人，教授，工学博士，研究方向：汽车机电一体化技术。