智能車載監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

石存杰，張 鈺，羅艷龍

(泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201208)

0 引言

近年來，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，汽車的保有量和產(chǎn)銷量不斷提高，隨之而來的是交通事故帶來的負(fù)面影響。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年因交通事故而喪生的學(xué)生接近3萬人，這一數(shù)據(jù)引發(fā)了社會各界對校車安全的廣泛關(guān)注[1-2]，國家相繼出臺了《專用校車安全技術(shù)條件》和《校車安全管理?xiàng)l例》等強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)以保障學(xué)生交通安全[3]。

要從根本上解決校車安全問題，僅僅通過購買國外同類先進(jìn)校車是不夠的，更要從車輛安全行駛、信息管理等方面設(shè)計(jì)安全運(yùn)行的校車服務(wù)系統(tǒng)[4]，以方便用戶實(shí)時、直觀地監(jiān)控車輛安全情況[5]，加強(qiáng)對校車各個環(huán)節(jié)的監(jiān)管，從而有效減少和避免校車事故的發(fā)生，保證學(xué)生的生命安全[6]。

車載視頻智能監(jiān)控[7-9]是智能交通領(lǐng)域的一個重要研究課題，在交通信息服務(wù)業(yè)大發(fā)展的背景下，以校車為服務(wù)對象，提供針對車輛、駕駛員、乘客的實(shí)時監(jiān)控、預(yù)警、應(yīng)急處置以及綜合服務(wù)等信息保障，對于提高校車運(yùn)營安全，滿足政府、學(xué)校及家長對信息服務(wù)需求具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為此，本文設(shè)計(jì)了一套校車服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)廣泛運(yùn)用平臺感知、信號處理、智能傳感器、車載CAN總線、無線通信、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)融合及圖像處理等技術(shù)，搭載該系統(tǒng)的某款校車安全性能得到了市場廣泛認(rèn)可，并由此誕生了一個專為校車開發(fā)的全網(wǎng)智能平臺，該平臺包含網(wǎng)頁和App登錄界面，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)登錄界面

1 校車服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)

校車服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)具有安全性、可靠性、可定制性、可拓展性和可維護(hù)性[10]，該服務(wù)系統(tǒng)由車載終端設(shè)備管理系統(tǒng)、車輛監(jiān)控系統(tǒng)、呼叫中心系統(tǒng)、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)等部分組成，各個子系統(tǒng)之間互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、指令或業(yè)務(wù)的共享和交互。校車系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

車載終端設(shè)備包括行駛記錄儀、刷卡器、緊急報警開關(guān)、行車助手開關(guān)、車載錄像機(jī)、車內(nèi)外攝像頭及倒車攝像頭等。記錄儀內(nèi)置MEMS傳感器，并可以通過K線和CAN總線采集車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，為車輛運(yùn)行安全提供數(shù)據(jù)支持。錄像機(jī)實(shí)時記錄車內(nèi)外視頻流數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存在本地硬盤中，支持遠(yuǎn)程視頻查看以及歷史視頻流回放等功能，加強(qiáng)對車內(nèi)外環(huán)境及成員的監(jiān)管。

車輛監(jiān)控包含車輛安全監(jiān)控、運(yùn)營管理以及學(xué)生跟蹤。其中，安全監(jiān)控主要功能是通過采集傳感器、車輛行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)以確認(rèn)車況健康狀態(tài)，便于出現(xiàn)故障時第一時間上報潛在風(fēng)險。運(yùn)營管理是指對校車的遠(yuǎn)程調(diào)度、信息推送、套餐及業(yè)務(wù)的管理。學(xué)生跟蹤是指通過刷卡器確認(rèn)學(xué)生上下車情況，并及時將學(xué)生的位置信息傳遞給系統(tǒng)，便于定位學(xué)生實(shí)時位置。

呼叫中心包括緊急救援、在線助手以及周邊搜索，主要是基于GIS位置信息提供的一種增值服務(wù)。通過服務(wù)平臺調(diào)用車輛位置信息，可以在車輛出現(xiàn)緊急故障時，第一時間提供車輛位置協(xié)助救援，在司機(jī)行駛到不熟悉的路段時，也可以通過在線助手獲得幫助，或進(jìn)行POI周邊搜索。

業(yè)務(wù)管理主要包含系統(tǒng)業(yè)務(wù)配置管理、大客戶數(shù)據(jù)管理、賬戶及權(quán)限的分配及套餐的變更等服務(wù)。針對不同的用戶群體制定了不同的業(yè)務(wù)權(quán)限。

2 系統(tǒng)主要功能

根據(jù)政府、車廠、學(xué)校及家長這四個不同層級用戶的需求，定制了相應(yīng)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由在線助手、遠(yuǎn)程信息推送、車輛信息和GPS記錄、乘員管理、視頻監(jiān)控、實(shí)時監(jiān)控、碰撞自動求助、一鍵報警、車況診斷等功能組成。

2.1 在線助手

駕駛員在行車過程中發(fā)生問題需要幫助時，只要按一下車載終端的行車助手開關(guān)，就會與平臺服務(wù)人員進(jìn)行聯(lián)系。后臺服務(wù)人員接到求助電話的同時，會接收到該車輛的精確位置等車輛信息，可及時提供給第三方救援機(jī)構(gòu)，如報警(110)服務(wù)、醫(yī)療(120)服務(wù)、拖車服務(wù)、車輛現(xiàn)場維修、送油、送水等服務(wù)。

2.2 遠(yuǎn)程信息推送

擁有校車權(quán)限的單位，可以將某些指定信息、通知等，推送給車載終端，終端以TTS語音播報方式和終端LCD字幕顯示的方式通知駕駛員，終端信息保存最近50條信息記錄，并且可以選擇回放。

2.3 車輛信息及GPS數(shù)據(jù)記錄

車載終端實(shí)時保存車輛行為數(shù)據(jù)及GPS數(shù)據(jù)，包括車輛經(jīng)緯度、時間、速度，形成軌跡記錄，每天自動向車載信息服務(wù)平臺回傳所保存的數(shù)據(jù)(回傳頻率可設(shè)置)，平臺端自動針對每個車輛形成分析報表。

2.4 乘員管理

車載終端保存每次上下學(xué)生的位置、人員數(shù)量、駕駛員及相關(guān)人員(如校車陪護(hù)人員)的信息。每天自動向校車服務(wù)系統(tǒng)回傳所保存的數(shù)據(jù)，平臺端自動針對每個車輛形成分析報表，當(dāng)出現(xiàn)超載現(xiàn)象時，車載終端進(jìn)行報警提示，同時服務(wù)平臺也收到報警信息。

每位學(xué)生上下車的同時，車載終端將信息發(fā)送給信息平臺，后者自動發(fā)送通知短信給該學(xué)生注冊的手機(jī)號碼。

2.5 視頻監(jiān)控

監(jiān)控平臺可通過安裝在校車內(nèi)、外的攝像頭，實(shí)時查看校車的狀況，擁有權(quán)限的校車擁有者、單位管理人員也可以通過電腦(或手機(jī))上網(wǎng)對相關(guān)車輛進(jìn)行視頻監(jiān)控。

2.6 實(shí)時監(jiān)控

平臺端服務(wù)人員可以實(shí)時查看某一車輛的實(shí)時狀況，在平臺屏幕上可以清楚地查看到這些車輛在地圖上的位置、車速、車輛信息、人員信息等，且實(shí)時更新。

擁有權(quán)限的校車擁有者、單位管理人員也可以通過電腦(或手機(jī))上網(wǎng)對相關(guān)車輛進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

2.7 碰撞自動求助

當(dāng)車輛遭到嚴(yán)重碰撞、氣囊彈開后，車載終端立刻自動發(fā)送報警求助信息至車載信息服務(wù)平臺，監(jiān)控人員收到報警信息后，可以在服務(wù)平臺上看到該車輛的位置、車輛基本信息、駕駛員聯(lián)系方式等信息，監(jiān)控人員將立刻與駕駛員電話聯(lián)系，詢問需要提供何種救援服務(wù)，若無法聯(lián)系到駕駛員，則立刻撥打車輛所在地的報警電話，將車輛位置及相關(guān)信息提供給警方。

2.8 一鍵報警

當(dāng)駕駛員在行車過程中發(fā)生緊急狀況時，按下SOS報警按鈕，后臺服務(wù)人員將立即收到報警信號并收到車輛GPS位置信息，服務(wù)人員將聯(lián)系警方實(shí)施救援，同時打開車內(nèi)監(jiān)聽功能或視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，查看車內(nèi)狀況。

2.9 車況診斷

當(dāng)車輛發(fā)動機(jī)、變速箱、安全氣囊系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)、里程表讀數(shù)、機(jī)油壽命、輪胎壓力等關(guān)鍵部件出現(xiàn)異常時，車載終端可以用語音播報或屏幕顯示的方式提示駕駛員。

當(dāng)車輛出現(xiàn)上述狀況時，車載終端將異常數(shù)據(jù)回傳至車載信息服務(wù)平臺，監(jiān)控人員將立即撥打車載電話，指導(dǎo)用戶該如何處理此類問題。

車輛駕駛員可以通過一鍵呼叫的方式與后臺建立通話，要求檢查該車輛的車況，后臺服務(wù)人員遠(yuǎn)程查看后口頭告知駕駛員車況信息。

3 車載終端設(shè)備

車載終端設(shè)備主要包括行駛記錄儀、刷卡器、報警開關(guān)、行車助手開關(guān)、車載錄像機(jī)、車內(nèi)外攝像頭等，設(shè)備連接關(guān)系如圖3所示。

圖3 車載終端設(shè)備連接圖

汽車行駛記錄儀主機(jī)包括蓄電池、微處理器、北斗定位模塊、無線通信模塊、CAN收發(fā)器、LCD顯示屏、TTS語音播報模塊、熱敏打印機(jī)等。主機(jī)支持外圍設(shè)備拓展，可以提供實(shí)時經(jīng)緯度、時間、速度和方向信息，能夠與錄像機(jī)進(jìn)行通信，支持CAN總線采集車輛數(shù)據(jù)，能夠通過GPRS通信方式與校車服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行信息和指令交互。支持車輛歷史違章記錄查詢、打印。正常行駛狀態(tài)下，數(shù)據(jù)上傳間隔為5 s，內(nèi)置16 MB的緩存空間，支持盲區(qū)補(bǔ)充機(jī)制。

行駛記錄儀外圍設(shè)備拓展主要通過硬件連接刷卡器、SOS報警開關(guān)和行車助手開關(guān)。其中，刷卡器布置在副駕駛側(cè)車門附近，方便學(xué)生上下車刷卡，刷卡器對學(xué)生卡進(jìn)行在線識別，驗(yàn)證通過后可以通過車內(nèi)的TTS語音播報學(xué)生卡信息；外接的開關(guān)主要用于車輛出現(xiàn)故障或需要咨詢服務(wù)時，主動發(fā)起業(yè)務(wù)請求。兩個按鍵均布置在駕駛員附近，其中SOS開關(guān)具有防護(hù)面罩，避免誤操作。

車載錄像機(jī)用于保存視頻流文件，能夠?qū)?個攝像頭圖像進(jìn)行拼接組合，然后同時在MP5上顯示，也可以對各路攝像頭信號放大顯示。同時，錄像機(jī)具備通信模塊，支持將視頻文件上傳至校車服務(wù)平臺，方便用戶遠(yuǎn)程查看。

4 功能測試結(jié)果

智能車載監(jiān)控系統(tǒng)作為一個全網(wǎng)智能平臺，能夠確保實(shí)時監(jiān)控車輛、司機(jī)、乘員的當(dāng)前狀態(tài)，方便讓家長實(shí)時了解學(xué)生的乘車狀態(tài)，有利于學(xué)校、監(jiān)管部門等相關(guān)方對車輛進(jìn)行實(shí)時的動態(tài)管理。

在車載終端設(shè)備、校車服務(wù)平臺及手機(jī)App開發(fā)完成后，即開展了對該系統(tǒng)的工程測試，主要內(nèi)容包括：操作及管理功能測試、性能及壓力測試、邊界條件測試、兼容性測試、服務(wù)流程穿越測試等，各項(xiàng)測試均一次性通過。

后續(xù)交由使用部門前，由市場部組織相關(guān)專家對系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)收測試。測試內(nèi)容包括平臺操作功能、用戶管理功能、系統(tǒng)管理功能、業(yè)務(wù)管理功能、呼叫中心功能這五大模塊，及邊界條件測試，共計(jì)85小項(xiàng)，均一次性通過測試。

測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)滿足產(chǎn)品開發(fā)初期設(shè)定的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求，可以正式投入運(yùn)營。

5 結(jié)論

綜合利用MEMS傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)、傳感器技術(shù)、車載CAN總線技術(shù)、嵌入式處理技術(shù)、無線通信技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、圖像處理技術(shù)等，自主研發(fā)了一套智能車載監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效提高校車運(yùn)行安全，加強(qiáng)政府、學(xué)校和家長對校車的監(jiān)管。

經(jīng)過一段時間的市場化運(yùn)行，結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的智能車載監(jiān)控系統(tǒng)效果顯著，可以規(guī)范校車管理，確保乘車安全。

本套系統(tǒng)及設(shè)備適合在車隊(duì)管理中推廣，對于新能源車輛監(jiān)控領(lǐng)域的平臺搭建及設(shè)備開發(fā)同樣具有一定的參考價值和市場前景。