使用 Geospatial Analytics 构建互联车辆 IoT 应用程序

想在 IBM Bluemix™ 上构建一个物联网 (IoT) 应用程序？这个工作并没有想象得那么困难。大多数 IoT 应用程序都由 3 部分组成：一个连网的 事物 ，一个查看和管理这个事物的应用程序，以及检测这个事物触发了哪些事件的分析。Bluemix 上的 物联网 服务（IoT Foundation）使您可以轻松地将事物连接到应用程序和分析服务。为了演示这有多么容易，我构建了一个 IoT Connected Vehicle 入门工具包。Connected Vehicle 工具包包含 3 部分：

• 一个车辆模拟器（一个 Node.js 应用程序）
• 查看和管理地图上各种车辆的 HTML5 应用程序
• Bluemix 上的 Geospatial Analytics 服务和用于分析的 Node-RED

与作者 Bryan Boyd 一同参加 IBM InterConnect 2015 ，获取 IoT Foundation 和 Bluemix 的引导式实际体验。

本教程指导您在 Bluemix 上配置和部署 Connected Vehicle 入门工具包，并使用 Geospatial Analytics 服务和 Node-RED 构建分析功能。

观看： 观看 IBM Bluemix 实战演示

阅读： 使用 Internet of Things 入门应用程序创建应用程序

阅读： Geospatial Analytics 入门

阅读： 使用 Geospatial Analytics 服务监视移动设备

阅读： 命令行接口

构建您的应用程序所需的准备工作

• 一个 Bluemix 帐户和一个 DevOps Services 帐户，二者都链接到您的 IBM ID
• Cloud Foundry 命令行接口
• 基本了解 JavaScript

Connected Vehicle 入门工具包概述

您将配置和部署的 Connected Vehicle 应用程序有 3 个部分：

• Node.js 车辆模拟器
• HTML5 Map 应用程序
• HTML5 Tester 应用程序

这 3 个组成部分使用 IBM Internet of Things Foundation (IoT Foundation) 与 MQTT 协议进行实时的发布/订阅消息传递。模拟的车辆会频繁地发布遥测数据（每秒两条消息）并从 Tester 应用程序订阅一个命令主题，用于接受命令（比如 “将速度设为 60 码”）。Map 应用程序订阅车辆遥测主题，从而实时显示位置和状态。Tester 应用程序使您能够向车辆发布控制命令并向 Map 应用程序发布通知。

这个概略图显示了该应用程序各组成部分之间的关系：

第 1 步. 在 Bluemix 上创建 Internet of Things 服务实例

1. 登录 Bluemix。在仪表板中，单击 ADD A SERVICE 。从服务目录中选择 Internet of Things 。选择已选定的 Free 计划并单击 CREATE 创建该服务。
2. 在仪表板中选择新创建的服务，然后单击页面右上角的 LAUNCH 按钮。
3. 现在处于 IoT Foundation 仪表板中，可在这里注册设备，生成应用程序的 API 密钥，查看使用情况，并邀请其他人加入组织：

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第 2 步. 配置 IoT Foundation 组织

Connected Vehicle 应用程序使用 IoT Foundation 在模拟的车辆与 Map 和 Tester 应用程序之间执行近乎实时的消息传递。为了加快此通信过程，首先您必须注册设备并为应用程序生成一个 API 密钥。

借助车辆模拟器，您可利用单个 Node.js 运行时实例建模多个车辆。IoT Foundation 将每个车辆模拟器视为一个设备。最终将运行 3 个车辆模拟器，所以第 1 步是手动注册这些模拟器来获得访问凭据：

1. 在组织仪表板的 Devices 页面中单击 Add Device 。在 Device Type 列表中，单击 Create a device type... 并在 Device Type 字段下面的字段中输入 vehicle 。输入在此组织中惟一的、任意长度的设备 ID（比如 ABC），然后单击 Continue ：

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2. 下一页显示了设备的凭据。请记下它们！比如：

   org=o4ze1w type=vehicle id=ABC auth-method=token auth-token=5QK1rWHG9JhDw-rs+S

3. 再创建两个设备（比如 DEF 和 GHI），记下凭据。您将使用此信息配置入门工具包。
4. 在组织仪表板中单击 API Keys 选项卡并选择 New API Key 。复制密钥和令牌。Map 和 Tester 应用程序将使用这些凭据连接到 IoT Foundation

第 3 步. 下载、配置和部署入门工具包

IoT 入门工具包的源代码存储在 DevOps Services 上的 bryancboyd | iot-vehicle-geospatial-starter-kit 项目中。您可用多种方式获取自己的代码副本，包括：

• 使用项目页面上的 FORK PROJECT 选项创建自己的项目。
• 克隆 git 存储库。

如果您更熟悉某种方法，可使用该方法获取自己的代码副本。如果不熟悉，请按照这些说明创建代码的 ZIP 文件并将文件下载到 PC 中：

1. 向上滚动并单击本教程的 获取代码 按钮。
2. 在 bryancboyd | iot-connected-vehicle-starter-kit 项目中，单击 EDIT CODE 。
3. 突出显示源代码树的根，并单击菜单中的 File > Export > Zip ：将下载的文件保存在本地。
4. 解压该 ZIP 文件。
5. 在您的本地项目中，打开 manifest.yml 文件。挑选一个全局惟一的应用程序名称（比如 bryancboyd-trafficsim ）并在 hosst 和 name 字段中输入该名称。将实例数量设为 3 ，保存此文件。
6. 打开 config/settings.js。此文件存储所有设备和 API 密钥配置数据。
   • 对于 iot_deviceType ，输入 vehicle 。
   • 对于 iot_deviceOrg ，输入 6 字符的组织 ID（比如 O4ze1w ）。
   • 对于 iot_deviceSet ，输入您已注册的 3 个设备的 ID 和令牌。
   • 对于 iot_apiKey ，输入您创建的 API 密钥。
   • 对于 iot_apiToken ，输入 API 密钥令牌。
   • 保留 notifyTopic 和 inputTopic 的默认值；这些是 Geospatial Analytics 服务使用的配置参数。
7. 保存更改。
8. 从您已解压的应用程序的根目录，键入 cf login 。按照提示输入 API 端点的 https://api.ng.bluemix.net ，以及您的 Bluemix IBM ID 电子邮件地址和密码作为登录凭据。如果有多个 Bluemix 组织和空间，还需要选择它们。
9. 键入 cf push 将应用程序部署到 Bluemix。
10. 部署应用程序后，运行 http:// app-name .mybluemix.net 上的 Map 应用程序。您将看到这些模拟的车辆在地图上移动。单击一个车辆可查看遥测数据：

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11. 每个车辆模拟器可模拟多辆车。数量由一个 Bluemix 环境变量控制： VEHICLE_COUNT 。键入 cf set-env <app-name> VEHICLE_COUNT 5 ，将车辆总数增加到 15。

第 4 步. 创建和配置 Geospatial Analytics

有关 Geospatial Analytics 服务的介绍，请参阅 “ 使用 Geospatial Analytics 服务监视移动设备。 ”

使用 Bluemix Geospatial Analytics 服务，您可跟踪每辆车何时进入和离开既定的 地理围栏区域 。Map 应用程序可与该服务交互，使您能够用图形方式动态创建和删除地理围栏：

1. 在新应用程序的 Bluemix 仪表板中，单击 ADD A SERVICE 。从服务目录中选择 Geospatial Analytics 。选择已选定的 Free 计划，单击 CREATE 将该服务绑定到您的应用程序。
2. starter-kit 应用程序包含多个 API，支持使用已配置的 IoT Foundation 组织和消息凭据来启动和停止 Geospatial Analytics。要启动该服务，可浏览到 http:// app-name .mybluemix.net/GeospatialService_start 并等待页面显示成功（这可能需要 30-45 秒）。
3. 打开 Map 应用程序并创建一些地理围栏。单击工具栏上的 Alert 按钮（感叹号图标），启动地理围栏创建过程，并拖动手柄和边缘来放置地理围栏。要创建地理围栏，单击中央的黑色圆圈来打开上下文菜单，然后单击 Create ：

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Geospatial Analytics 服务将此地理围栏添加到所观察的区域列表中，只要有车辆进入或离开该区域，就通过 IoT Foundation 发布一条 MQTT 消息。Map 应用程序使用该消息并在地图上的车辆上显示一个覆盖图：

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要删除地理围栏，可选择该区域并单击 Delete 。

第 5 步. 使用 Tester 应用程序

Tester 应用程序向模拟的车辆和 Map 应用程序发送命令。车辆模拟器订阅 setProperty 类型的命令，并动态地更改它自己的属性、速度和状态。Map 应用程序订阅 addOverlay 类型的命令，并动态地在车辆上方显示一个弹出式文本窗口。

1. 依次打开 Map 应用程序和 Tester 应用程序 (http:// app-name .mybluemix.net/tester)，将其并排放置，以便可以同时看到两个页面。
2. 要配置 setProperty 命令，可选择一辆车并在 Tester 应用程序底部输入 ID。输入属性 speed 和值 100 ，单击 Update Property 。您将看到 MQTT 主题和 Tester 应用程序中包含该命令的载荷，并且所选车辆的速度变为 100 mph。
   • 备注： 车辆模拟了一组 静态属性 （位置、速度、状态和类型）和 自定义属性 。您可使用 setProperty API 在车辆上动态地添加/更改/删除自定义属性。要添加属性，可发布一个尚不存在的属性（比如 DriverWindow = UP ）。要删除属性，可使用空字符串值更新该属性；车辆不会再将该属性包含在其遥测消息中。

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3. 配置 addOverlay 命令：在 Tester 应用程序中，使用上部的表单在车辆上方显示一条消息：

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第 6 步. 创建一个 Node-RED 分析应用程序

您可使用 Bluemix 中的 Node-RED 样板应用程序，利用基本分析功能来扩展入门工具包。Node-RED 是一个将 IoT 用例中的各种事件连接在一起的可视工具。借助 Node-RED，您可设计将各种输入（比如 MQTT、TCP 和 HTTP）链接到输出（比如 MQTT、HTTP、Twitter、MongoDB 和 Cloudant）的逻辑流，以快速添加轻量型分析功能：

1. 将 Node-RED 样板应用程序部署在 Bluemix 中：在 Bluemix 仪表板中，单击 ADD APPLICATION 并选择 Internet of Things Foundation 样板应用程序。提供一个惟一的名称和主机名（比如 bryancboyd-nodered ），单击 CREATE 。
2. 应用程序运行时，单击 BIND A SERVICE 并选择您在第 1 步中创建的 Internet of Things 服务。
3. 应用程序启动后，打开 Node-RED 画布，地址为：http:// node-red-app .mybluemix.net/red/。
4. IoT 样板 Node-RED 应用程序使用默认的逻辑流来启动。选择画布上的节点并删除它们。
5. 构建一个流来监视所有车辆的遥测数据：将一个 ibmiot 输入节点从左侧面板拖到画布上。将一个 debug 节点拖到 ibmiot 节点的右侧，并将两个节点连接起来。双击 ibmiot 节点并执行如下配置：
   • 对于 Authentication ，选择 Bluemix Service 。
   • 对于 Input Type ，选择 Device Event 。
   • 对于 Device Type ，输入 vehicle 。
   • 对于 Device Id ，选中 All 复选框。
   • 对于 Event ，输入 telemetry 。
   • 对于 Format ，输入 json 。
   • 对于 Name ，输入 telemetry 。
6. 单击 Deploy （页面右上角）并选择 debug 窗格。如果配置成功，而且 starter kit 应用程序目前正在运行，就会在调试窗格中看到互联车辆的 MQTT 载荷：

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7. 如果您的 VEHICLE_COUNT 环境变量被设为大于 1 的值，则会在单个数组中包含 VEHICLE_COUNT 辆车的遥测数据。要修改逻辑流，从而筛选出一辆车（比如 ABC-2），可在逻辑流的中间添加一个 function 节点，双击并填入以下代码：

   var data = msg.payload; for (var i in data) {    if (data[i].id == "ABC-2") {      msg.payload = data[i];         return msg;   } }

8. 将逻辑流连接起来并单击 Deploy 。现在应该在调试窗格中看到一辆车的数据：

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第 7 步. 在 Node-RED 中创建一个虚拟遥控钥匙

接下来，使用 Node-RED 构建一个简单的远程控件来锁定/解锁一辆车。您将使用两个 inject 节点：一个解锁车辆，另一个锁定车辆。对于每个操作，您将为具有值 locked 或 unlocked 的 lockState 属性发布一个 setProperty 命令，然后发布一个 addOverlay 命令，在 Map 应用程序上显示一个通知：

1. 转到您的 Node-RED 流并将两个 inject 输入节点拖到 Node-RED 画布上。编辑每个节点并配置一个字符串载荷： locked 是一个， unlocked 是另一个。此载荷是在 setProperty 命令中发送的值：

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2. 向逻辑流中添加一个功能节点，并将两个 inject 节点连接到它。此功能将构建两个命令并将其发布到 IoT Foundation：一个用于设置车辆状态，另一个用于在 Map 应用程序上显示一条覆盖消息。使用以下代码：

   var commandValue = msg.payload; var setPropertyMsg = {  deviceId: "ABC",  deviceType: "vehicle",  eventOrCommandType: "setProperty",  format: "json",  payload: JSON.stringify({         "id": "ABC-2",         "property": "lockState",         "value": commandValue  }) } var addOverlayMsg = {  deviceId: "tester",  deviceType: "api",  eventOrCommandType: "addOverlay",  format: "json",  payload: JSON.stringify({         "id": "ABC-2",         "text": commandValue,         "duration": 5000  }) } return [ [setPropertyMsg, addOverlayMsg] ]; 

3. 向逻辑流中添加一个 ibmiot 输出节点，放在功能节点后。功能节点将改写 ibmiot 节点上的许多配置值；我们将使用 “虚拟” 值 override 来标记这些字段。双击 ibmiot 节点并执行如下配置：
   • 对于 Authentication ，选择 Bluemix Service 。
   • 对于 Input Type ，选择 Device Command 。
   • 对于 Device Type ，输入 override 。
   • 对于 Device Id ，输入 override 。
   • 对于 Command Type ，输入 override 。
   • 对于 Format ，输入 json 。
   • 对于 Data ，输入 override 。
   • 对于 Name ，输入 commands 。
   
4. 部署应用程序（单击页面右上角的 Deploy ），看到 Map 应用程序时单击 inject 节点上的按钮。您可看到车辆 ABC-2 的 lockState 属性更新了，而且地图上出现了一条 “unlocked” 消息：

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第 8 步. 使用 Node-RED 发布地理空间事件

借助 Bluemix Geospatial Analytics 服务，您可在 Map 应用程序上创建地理围栏多边形，并在车辆进入或离开一个区域时收到 IoT Foundation 事件。Map 应用程序已订阅此事件主题，并将消息显示为车辆上方的一条覆盖通知。这个地理空间事件主题可由多个应用程序订阅，而且它可以是更复杂场景中的一个组成部分 — 比如，限制年轻司机的一个边界框，在子女驶离一个 “批准的” 区域时通知父母。或者检测车辆何时进入住房周围的一个地理围栏，并通知您的住房自动化系统准备迎接您回家。

您可使用 Node-RED 将地理围栏警报链接到其他应用程序和 API。在这个逻辑流中，您将在收到一个特定车辆的地理围栏通知消息时发布一条推文：

1. 将一个 ibmiot 输入节点放在画布上。双击 ibmiot 节点并执行如下配置：
   • 对于 Authentication ，选择 Bluemix Service 。
   • 对于 Input Type ，选择 Device Command 。
   • 对于 Device Type ，输入 api 。
   • 对于 Device Id ，输入 geospatial 。
   • 对于 Command Type ，输入 geoAlert 。
   • 对于 Format ，输入 json 。
   • 对于 Name ，输入 commands 。
   
2. 在 ibmiot 输入节点后添加一个功能节点。此功能将过滤从地理空间服务返回的数据，并且仅在警报涉及的车辆与指定的 ID 匹配时才继续执行操作流。使用以下代码（如果愿意，将 ID 替换为您环境中的一辆车）将该功能连接到一个调试节点并进行部署：

   msg.payload = {    time: msg.payload.time,    id: msg.payload.deviceInfo.id,    lon: msg.payload.deviceInfo.location.longitude,    lat: msg.payload.deviceInfo.location.latitude,    eventType: msg.payload.eventType    region: msg.payload.regionId         }         if (msg.payload.id == "ABC-3") { return msg; }

3. 接下来，将一个 twitter 输出节点拖到画布上，将该功能的输出连接到此节点的输入。您可使用 twitter 节点，利用 OAuth 配置一个现有的 Twitter 帐户，然后发布 msg.payload 的内容。登录您的 Twitter 帐户并修改功能节点，为 Twitter 创建一条消息：

   msg.payload = { time: msg.payload.time, id: msg.payload.deviceInfo.id, lon: msg.payload.deviceInfo.location.longitude, lat: msg.payload.deviceInfo.location.latitude, eventType: msg.payload.eventType, region: msg.payload.regionId   }   if (msg.payload.id == "ABC-3") {   var verb = "exited";  if (msg.payload.eventType == "Entry") { verb = "entered"; }  msg.payload = "Vehicle " + msg.payload.id + " has " + verb +   " region " + msg.payload.region + "!";  return msg;   } 

4. 部署应用程序。

现在，只要您的车辆穿过地理围栏，Node-RED 就会发布一条推文：

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结束语

使用 Bluemix 中的 Internet of Things 和 Geospatial Analytics 服务构建 IoT 既简单有容易。您亲自尝试一下吧：使用其他 Bluemix 服务、移动应用程序，甚至是物理传感器来扩展 Connected Vehicle 入门工具包。