(天津市武清区天和城实验中学 天津 301700)
摘要：为解决电动汽车车载终端通信错误引起的GPS和电池数据的丢失问题，设计了一种数据压缩存储方案。本文首先介绍了电动汽车车载终端数据压缩的重要性，然后介绍了数据压缩的几种方法，详细介绍了时间压缩、经纬度压缩、电池数据压缩存储方案。该方案已经在车载终端有限存储空间上实现。该方案已经应用在山东济南电动汽车车载终端上。应用结果表明该方案具有高压缩比、高精确度，基本能满足电动汽车管理系统需要。
关键词：车载终端；数据压缩；数据存储；
1引言
随着国家新能源战略的推动和电动汽车行业的发展，电动汽车充电行业的发展非常迅速。车载终端作为电动汽车重要组成部分，在车辆进行问题跟踪调试、电动汽车电池运行数据采集方面发挥着重要的作用。然而，车载终端与集中监控中心通讯可能会出现一些故障，如GPRS信号干扰、流量不足、网络故障等，则车辆GPS信息和电池数据无法上送至集中监控系统，车载终端处于离线运行状态，导致电动汽车运行数据不完整，车辆运行轨迹无法完整展示等问题[1-2]。为了解决这一问题，需在车载终端装置内将GPS信息和电池运行数据实时存储，出现通讯故障的情况下，工作人员可在车辆进站充电时将车载终端内的存储数据的存储文件导出[3]，交由集中监控系统将文件解析，并将解析出的数据存入实时数据库，这样可保证车辆运行轨迹和电池运行数据的完整。
2 车载终端
车载终端的主要功能是采集车辆GPS信息和电池运行数据，通过GPRS无线通讯网络将数据送至集中监控中心，监控中心存储接收到的GPS信息和电池数据，可实时展示和历史查询车辆运行轨迹及电池数据，为车辆运营及电池运行状况分析提供第一手的数据资料。
车载终端主要由GPS模块、GPRS模块、视频采集模块、存储模块、电源模块、显示模块、主控板和监控板组成。车载终端的功能框图如图1所示。
图1 车载终端功能框图
在图1中，车载终端是基于ARM硬件平台的[4]，数据存储空间有限，不能无限制存储，而且需要存储的GPS信息和电池信息数据量较大，为保证车辆运行轨迹的精度，车辆GPS信息的存储间隔不能超过10秒，因此为增长数据存储时间，节约存储空间，需将存储数据进行无损压缩。
3 数据压缩存储
数据压缩是指在不丢失信息的前提下，缩减数据量以减少存储空间，提高其传输、存储和处理效率的一种技术方法。或按照一定的算法对数据进行重新组织，减少数据的冗余和存储的空间。从信息的角度来看，压缩就是去除掉信息中的冗余，即去除掉确定的或可推知的信息，而保留不确定的信息。
数据压缩可分成两种类型，一种叫做无损压缩，另一种叫做有损压缩。常用的无损压缩算法有哈夫曼(Huffman)算法和LZW(Lenpel-Ziv & Welch)压缩算法。
哈夫曼(Huffman)编码，哈夫曼编码是D. A.Huffman在1952年发表的论文“最小冗余度代码的构造方法”中提出的。它采用不等长的数据编码法，根据数据中各字符出现的频率进行编码，对于出现概率较大的字符用较少位数表示，而出现概率较小的字符用较多位数表示。其算法过程就是构造一个最优二叉树的过程。霍夫曼码没有错误保护功能，在译码时，如果码串中没有错误，那么就能一个接一个地正确译出代码。并且霍夫曼码是可变长度码，因此很难随意查找或调用压缩文件中间的内容，然后再译码，这就需要在存储代码之前加以考虑
LZW编码，首先建立一个字符串表，把每一个第一次出现的字符串放入串表中，并用一个数字来表示，这个数字与此字符串在串表中的位置有关，并将这个数字存入压缩文件中，如果这个字符串再次出现时，即可用表示它的数字来代替，并将这个数字存入文件中。压缩完成后将串表丢弃。LZW编码适用范围是原始数据串最好是有大量的子串多次重复出现，重复的越多，压缩效果越好，反之则越差。
3.1车载终端数据压缩存储方案
车载终端主程序通过串口通讯接收GPS模块传送的车辆GPS信息，传送周期是1秒/次；通过CAN通讯实时接收电池运行数据[5]。主程序将接收到的通讯报文解析为十进制数值明文，并将这些明文数值进行数据存储。
在数据存储处理中，一条完整的数据应包括：存储时间、车辆GPS信息（经度和纬度）、电池运行数据（电池电压、电流、SOC、单体最高电压、单体最低电压、单体最高温度）。如：
2017-07-11 15:55:35; 11820.2563; 3505.2486; 601.2;23.4;76;3.548;3.458;28.2
现有数据压缩算法较为复杂，并且用在以数字为主的存储内容上效果不明显，因此以LZW编码原理为依据，采用以下压缩存储方法[6-8]。
（1）时间压缩存储
采用偏差压缩方式，在每个存储文件创建、车载装置启动以及此后每隔60分钟在存储文件中写入当前时间，格式为#2017-07-11 15:55:35，称为关键时间，此后每条GPS信息的时间采用当前GPS信息时间减去关键时间的差值（秒）来表示。示例：
#2017-07-11 15:55:35
0;11820.2563;3505.2486;601.2;23.4;76;3.548;3.458; 28.2
1;11820.2563;3505.2486;601.2;23.4;76;3.548;3.458; 28.2
2;11820.2563;3505.2486;601.2;23.4;76;3.548;3.458; 28.2
（2）经度、纬度压缩存储
采用偏差压缩和最大偏差时间间隔结合的方式：最近一条存储的GPS经、纬度作为关键数据，当前GPS信息经、纬度分别与关键数据进行差值计算，若经度或纬度的差值不为0，则将GPS信息保存，否则不保存，称为偏差压缩；若当前GPS信息与关键数据时间间隔到达或超过最大偏差时间间隔（600秒），则无论当前GPS信息是否满足偏差压缩的条件，都将当前GPS信息进行存储。示例：
#2017-07-11 15:55:35
0;11820.2563;3505.2486;601.2;23.4;76;3.548;3.458;28.2
10;11820.2564;3505.2486;601.2;23.4;76;3.548;3.458;28.2
610;11820.2564;3505.2486;601.2;23.4;76;3.548; 3.458;28.2
（3） 电池数据存储
电池电压、电流、SOC信息在车辆不运行的情况下（GPS数据不变化）基本不会发生变化，因此把电池数据随GPS信息的存储而存储，便可准确反映电池的运行状况，不必再对电池数据进行特殊处理。
3.2数据存储文件处理
车载终端主程序启动时检测数据存储文件CZDataCache.dat是否存在，若不存在则创建文件，然后打开存储文件，写入一次关键时间，此后开始保存GPS的信息，当存储文件达到2M时，创建备份存储文
件CZDataCache.BAK，并将存储文件CZDataCache.dat中数据导入到备份存储文件CZDataCache.BAK中，重新创建存储文件CZDataCache.dat，继续GPS信息的存储[9]。这样便可保证至少存储1~2天的数据。
4 试验结果
两种方案在山东济南的两辆电动公交车车载终端上进行了试验。试验过程中电动公交车车载终端1上有数据压缩存储，车载终端2上没有数据压缩存储。电动公交车实际运行，将车载终端GPRS通讯停止，存储的数据可准确反映电动公交车运行轨迹、电池数据完整。
表1为经压缩数据存储与未经压缩数据存储对比。
图2 车载终端有无数据压缩的存储数据对比
图2中，通过进行压缩和未进行压缩的数据存储对比，进行压缩后数据存储文件所需存储空间有较大程度降低，数据压缩率达61.6%，可存储3至4天数据。
结论
本文设计的数据存储方案已在山东济南电动公交车的车载终端上使用，直接产生经济效益二百多万元。使用数据压缩方案的车载终端，可有效保证电动汽车运行数据的完整性，并可有效降低存储数据文件所占存储空间，增加数据存储时间，具有较强实用性，从而为电动汽车的安全运行提供可靠的保障。
参考文献：
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[8]Bjame stroustrup.The C++ prograning LangUage [M].Pearson Education.
[9]Klaus Holt Z，Eric Holt Z. Lossless Data Comp -ression Techniques [J].Omni Dimensional Network.
论文作者:高彬桓
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/11
标签：终端论文; 数据论文; 电池论文; 信息论文; 数据压缩论文; 数据存储论文; 文件论文; 《电力设备》2017年第35期论文;