基于嵌入式Linux的駕考培車載評判系統(tǒng)

孫儒　賈曉杰　胡占領

摘要：隨著計算機信息化的發(fā)展，機動車駕駛人考試，簡稱“駕考”和機動車駕駛人培訓，簡稱“駕培”（兩項合稱“駕考培”），基本均實現(xiàn)了電子化的考核與評判。目前，這些評判系統(tǒng)應用大多都是基于Windows系統(tǒng)，在汽車上安裝相關采集、處理、評判和傳輸設備來實現(xiàn)的，整體系統(tǒng)實現(xiàn)的集成度不高，安全性、穩(wěn)定性和功耗都存在著諸多弊端，并且Windows系統(tǒng)使用盜版存在版權糾紛，使用正版需要巨大的費用?；诖耍疚闹饕獙崿F(xiàn)了一套完整的，基于Linux系統(tǒng)的駕考培車載評判系統(tǒng)，可對駕考、駕培行業(yè)提供穩(wěn)定、高效的應用。

關鍵詞：嵌入式Linux;駕考培;駕考;駕培

中圖分類號：U471.1文獻標識碼：A

1相關知識概述

1.1嵌入式Linux系統(tǒng)概述

嵌入式Linux是嵌入式操作系統(tǒng)中的一個新成員，其是將日益流行的Linux操作系統(tǒng)進行裁剪修改，使之能在嵌入式計算機系統(tǒng)上運行的一種操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)多運行在ARM架構的計算機上，廣泛的應用于工業(yè)控制、汽車電子等領域，是目前流行且及具發(fā)展?jié)摿Φ牟僮飨到y(tǒng)。

其在實踐中表現(xiàn)出了突出的特點和應用優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為。

（1）版權費免費。購買費用媒介成本技術支持全世界的自由軟件開發(fā)者提供支持網絡特性免費，而且性能優(yōu)異，軟件移植容易，代碼開放，有許多應用軟件支持。

（2）應用產品開發(fā)周期短，新產品上市迅速。

（3）嵌入式ARM架構的Linux系統(tǒng)整體硬件功耗低于傳統(tǒng)的x86架構Windows系統(tǒng)計算機。

（4）Linux系統(tǒng)不易受病毒的攻擊。

1.2 Windows系統(tǒng)概述

Windows操作系統(tǒng)是美國微軟公司研發(fā)的一套操作系統(tǒng)，它問世于1985年，起初僅僅是Microsoft-DOS模擬環(huán)境。后續(xù)的系統(tǒng)版本由于微軟不斷的更新升級，不但易用，也成為了當前應用最廣泛的操作系統(tǒng)。

其主要是應用于PC端的操作系統(tǒng)，接口較為完善且方便擴展，但隨著功能的增加，系統(tǒng)也日益龐大，主要的使用群體是桌面辦公計算機領域，在車載低功耗和安防、嵌入式等領域應用較少。

1.3駕考培車載評判系統(tǒng)概述

駕考有三個考核階段：科目一，駕駛技能理論考試;科目二，場地駕駛技能考試;科目三，道路駕駛技能考試。

駕培，主要是針對駕?？颇慷涂颇咳南嚓P駕駛技能進行培訓，培訓內容也就是駕考所需要考核的內容。

駕考車載評判系統(tǒng)主要是指機動車駕駛人科目二、科目三考試科目中，車輛所安裝的一套硬件加軟件的電子化評判系統(tǒng)，是考核駕駛人是否按照相應的考試要求進行駕駛操作的。例如，判斷是否按照要求進行倒車入庫開啟轉向燈、變更車道等。這些操作的評判均是由車載安裝的硬件設備進行信號的采集、處理以及最終的軟件評判。其依照國家標準，有一套完整的考評準則。

駕培車載評判系統(tǒng)主要是以駕駛培訓為目的，其實現(xiàn)原理和駕考車載評判系統(tǒng)基本一致。不同的是駕培車載評判系統(tǒng)在使用過程中，軟件以語音或其他方式提示駕駛員進行正確的駕駛操作，然后對駕駛過程進行評判的一套系統(tǒng)。其培訓標準也遵從國家出臺的教學大綱和考試標準。

2系統(tǒng)與硬件、軟件設計

2.1系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)設計采用飛思卡爾1.MX6Q，ARM構架Linux系統(tǒng)核心板卡。以此為依托，將模擬攝像頭、數字攝像頭、音頻合成模塊、視頻合成模塊、GPS模塊、電臺模塊、交換機模塊、4G模塊（或其他無線WIFI通訊模塊）、OBD信號采集模塊以及觸摸屏模塊等設備集成，通過軟件對考核過程進行實時評判。

2.2硬件方面設計

Linux系統(tǒng)核心板卡為本系統(tǒng)的主控單元（下稱Linux主機），主要通過和各功能模塊的交互，完成信號的與處理。各功能模塊的功能如下。

（1）模擬攝像頭：負責人臉的照片抓取，進行人臉識別。實現(xiàn)身份核驗功能和科目三考試中，考試過程的監(jiān)控。

（2）數字攝像頭：負責車內、車外的高清視頻采集，保證考試過程的視頻監(jiān)管和實現(xiàn)遠程語音對講功能。

（3）音、視頻合成模塊：負責科目三考試中，將多路模擬攝像頭視頻合成為一路進行傳輸。

（4）GPS模塊：負責車輛的位置定位，實現(xiàn)車輛在考核過程中，是否壓線、車身出線等判斷。

（5）電臺模塊：負責接收差分基站的差分定位數據，實現(xiàn)車載的高精度差分定位。

（6）4G模塊：負責傳輸考試音視頻與數據至遠程服務器和遠程信息管理。

（7）OBD信號采集模塊：通過汽車的OBD接口采集考試、培訓過程中所需要的車輛信號或直接連接采集汽車的相關I/O電信號，并傳給Linux核心板卡進行處理，例如燈光、擋位、車門、駐車制動或安全帶等信號。

（8）觸摸屏模塊：連接Linux核心板卡，實現(xiàn)車載軟件的人機交互與控制。

以上各功能模塊通過不同的接口相互連接，協(xié)調完成，其整體設備連接結構如圖1所示。

2.3軟件方面的設計

軟件部分按照考試、培訓流程主要分為身份認證，考試或培訓項目開始、考試或培訓項目操作過程評判、考核結束。下面以科目二倒車入庫考核項目的軟件流程設計為例，其他科目二、科目三考核實現(xiàn)原理與其一致。

2.4倒車入庫項目操作要求

從道路一端控制線（倒入車庫停車，再前進出庫向另一端控制線行駛。待兩個前輪觸地點均駛過控制線后，倒入車庫停車，前進駛出車庫，回到起始點（圖2）?？荚囘^程中，車輛進退途中不得停車。項目完成時問不得超過3.5 min。

2.5軟件評判流程

（1）通過觸摸屏或遠程命令，在考前或培訓前進行身份認證提示，通過攝像頭抓拍駕駛員照片，與已經存儲在Linux主機內的駕駛員照片對比。對比成功方可開始考試或培訓，防止駕駛員上錯車或替考。

（2）車輛進入“倒車入庫”項目，語音提示項目名稱。

（3）GPS模塊每200 ms發(fā)送一次定位數據給Linux主機，軟件通過判斷車輛位置與考試、培訓場地電子地圖的位置關系，來判斷車輛所在的項目位置、行車方向、行車軌跡、車輪是否壓線以及車身出線。

（4）結合位置關系的判斷與車輛信號的判斷，是否按照上述“倒車入庫”項目操作要求進行駕駛操作。例如操作要求中第一句“從道路一端控制線（兩個前輪觸地點在控制線以外）”的評判，就是軟件判通過車輛GPS模塊的定位數據，判斷車輛的車輪坐標是否在控制線坐標的外側，從而實現(xiàn)判斷駕駛員的操作是否符合要求。當不符合要求時，軟件自動進行相應的扣分和提示。

（5）考試過程中，音、視頻全程錄像。軟件隨機抓拍駕駛員的人臉照片進行對比，防止考試中途換人等作弊行為。

（6）本項目操作完畢后，駛出項目，進入下一個項目的操作評判。

（7）所有項目考核評判結束后，給出考試結果或培訓結果。通過4G無線模塊進行結果傳輸，實現(xiàn)遠程成績存儲。

3整體環(huán)境搭建與實現(xiàn)

3.1整體環(huán)境搭建

為實現(xiàn)上述車載評判系統(tǒng)的整體功能，需要增加一些硬件環(huán)境的搭建。

（1）增加場地差分固定衛(wèi)星定位基站（下稱固定站）和差分數據發(fā)射電臺，因為想要實現(xiàn)車載端的高精度定位（定位誤差±2 cm），必須使用差分定位方式，利用一臺在考試或培訓場地開闊的高點位置，安裝固定站，將固定站接收到的差分數據通過電臺以廣播的行駛發(fā)射出去。而本系統(tǒng)中，車載的電臺會接收到此數據給車載端GPS模塊，這樣就實現(xiàn)了高精度的差分定位。

（2）在遠端安裝一臺服務器或普通臺式電腦和一臺4G路由器，用來接收車載端通過4G模塊發(fā)送的數據，實現(xiàn)考試數據的遠程存儲。

（3）在已經硬化的水泥路場地，按照考試、培訓相關標準，繪制考核項目。如上述科目二考試的“倒車入庫”等項目，圖3為小型車科目二的5項考試科目圖形示意圖。

（4）按照圖3中實際場地的考試、培訓項目圖形，將項目圖形進行電子地圖測繪，車輛外形的32個特征點進行測繪，使實際場地、車輛與電子地圖、電子車輛模型一一對應（圖4）。

至此，就完成了嵌入式Linux的駕考、駕培車載評判系統(tǒng)整體運行環(huán)境搭建。

3.2系統(tǒng)落實

系統(tǒng)各模塊進行連接，其中，嵌入式Linux核心板、4G模塊、網絡攝像頭以及音視頻合成模塊為網絡設備，需要進行IP地址、子網掩碼和網關進行配置。OBD信號采集模塊、GPS模塊、電臺模塊為串口通訊設備，需要進行串口號、波特率的設置。

用QT軟件制作考試、培訓軟件的圖形界面，將其安裝在Linux嵌入式核心板中。以場地駕駛技能考試為例，圖5為考核系統(tǒng)主界面，圖6為考試、訓練軟件界面。

4結束語

綜上所述，隨著電子化駕考、駕培的發(fā)展，對評判系統(tǒng)的要求也越來越高，基于Linux系統(tǒng)的駕考培考評系統(tǒng)在設備穩(wěn)定性、安全性、經濟性和功耗等方面的表現(xiàn)都十分出色，對于駕考、駕培行業(yè)的發(fā)展起到了積極的推進作用，其推廣價值很大，應用前景也非常廣闊。