道路運(yùn)輸大型車(chē)輛新型行車(chē)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：詳細(xì)分析了大型車(chē)輛存在的盲區(qū)和解決方案功能單一的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)部標(biāo)機(jī)滿(mǎn)足監(jiān)管需要但交互性體驗(yàn)感差，駕駛員有一定排斥心理，故意遮擋、破壞衛(wèi)星定位終端逃避監(jiān)控的行為，表明部標(biāo)機(jī)整體上線率不高。本文提出一種新型行車(chē)安全系統(tǒng)，最多能接8路視頻，集成360全景算法解決車(chē)輛視覺(jué)盲區(qū)問(wèn)題，支持倒車(chē)顯示，并提供錄像、本機(jī)回放功能，具備4G全網(wǎng)通系統(tǒng)支持在線地圖，方便導(dǎo)航和查看實(shí)時(shí)路況，集成滿(mǎn)足監(jiān)管要求的ADAS和DMS，支持JT/T808和JT/T1078標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)管。系統(tǒng)不僅滿(mǎn)足了駕駛員多方面需求，還滿(mǎn)足了交管部門(mén)監(jiān)管要求，集成度高、功能豐富、能完成需要多種設(shè)備才能完成的功能，經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性俱佳，有助于解決駕駛員和監(jiān)管機(jī)構(gòu)之間的矛盾，能降低交通事故率。

關(guān)鍵詞：大型車(chē)輛；盲區(qū)；360全景；道路運(yùn)輸；DMS；監(jiān)控平臺(tái)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長(zhǎng)，大型車(chē)輛快速增加，包括大貨車(chē)、大巴、公交等。這些車(chē)輛都有一些共同特點(diǎn)，如體積大、車(chē)身高、轉(zhuǎn)彎半徑大、內(nèi)輪差大、駕駛時(shí)盲區(qū)較多[1-2]。近年來(lái)，由于大型車(chē)輛盲區(qū)問(wèn)題造成的交通事故越來(lái)越多，因此，解決大型車(chē)輛盲區(qū)問(wèn)題顯得尤為重要[3]。市面上也有一些單獨(dú)解決駕駛盲區(qū)的設(shè)備，如電子外后視鏡、360全景，但其功能單一，集成度低，拓展性差。另外，出于監(jiān)管需要，交通部對(duì)道路運(yùn)輸車(chē)輛要求安裝符合JT/T808和JT/T1078標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，兩客一危還得支持主動(dòng)安全ADAS等，結(jié)構(gòu)上趨于單錠機(jī)，就是市場(chǎng)上俗稱(chēng)的部標(biāo)機(jī)。它一般不帶顯示屏，駕駛員無(wú)法直接操作設(shè)備，缺乏交互體驗(yàn)感，無(wú)法本機(jī)回放視頻，很不方便。部標(biāo)機(jī)更偏重于技術(shù)監(jiān)管，駕駛員對(duì)部標(biāo)機(jī)有一定排斥心理，故意遮擋、破壞衛(wèi)星定位終端、逃避監(jiān)控行為時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致目前部標(biāo)機(jī)上線率不高，監(jiān)控人員責(zé)任心不強(qiáng)，不能實(shí)時(shí)提醒糾正駕駛員違法、違規(guī)行為，在監(jiān)管上也存在一定難度[4]。

本文提出基于高通MSM8953的新型行車(chē)安全系統(tǒng)，支持最多8路視頻接入，導(dǎo)入360全景算法解決車(chē)輛的視覺(jué)盲區(qū)，配置12.3英寸（1英寸=2.54 cm）高清顯示屏，顯示效果清晰，支持倒車(chē)顯示，并提供DVR錄像功能，有緊急情況時(shí)本機(jī)快速回放錄像，具備4G全網(wǎng)通的系統(tǒng)可支持在線地圖，方便導(dǎo)航和查看實(shí)時(shí)路況。支持滿(mǎn)足監(jiān)管主動(dòng)安全要求的ADAS和DMS，以及JT/T808和JT/T1078標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可輕松實(shí)現(xiàn)平臺(tái)監(jiān)管。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決了司機(jī)的盲區(qū)問(wèn)題，滿(mǎn)足倒車(chē)安全、查看實(shí)況導(dǎo)航、本地回放多路視頻錄像等需求，又支持JT/T808和JT/T1078標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議及主動(dòng)安全ADAS和DMS，滿(mǎn)足監(jiān)管需要。設(shè)備集成度高，能完成需要多種設(shè)備才能完成的功能，經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性好，可以平衡駕駛員和監(jiān)管之間的矛盾，真正以科技降低交通事故率，利國(guó)利民。

1 新型行車(chē)安全系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文提出基于高通8953平臺(tái)設(shè)計(jì)的一套功能豐富、滿(mǎn)足道路運(yùn)輸大型車(chē)輛安全行車(chē)的智能系統(tǒng)。

1.1 系統(tǒng)硬件框架設(shè)計(jì)

新型智能行車(chē)安全系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖1所示。

系統(tǒng)主控制器采用高通MSM8953，8核Cortex-A53， 主頻2.0 GHz，14 nm制程，GPU為Adreno506，集成4G LTE基帶支持LTE CAT 7全網(wǎng)通，可插入SIM卡聯(lián)網(wǎng)。電源模塊采用寬電壓設(shè)計(jì)，9～36 V均能正常工作，適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電壓為12 V或24 V的車(chē)輛。系統(tǒng)工作溫度為-30～75 ℃，存儲(chǔ)溫度范圍為（-40～85）℃，搭配的eMCP為SKhynix的H9TQ27ADFTMC，其中存儲(chǔ)為32 GB，運(yùn)行內(nèi)存為3 GB LPDDR3，配置12.3英寸1 920×720分辨率的TFT LCD顯示屏、12.3英寸10通道觸摸屏；內(nèi)置GNSS模塊支持北斗、GPS、GLONASS多種定位系統(tǒng)，內(nèi)置無(wú)線模塊支持802.11 b/ g/n/ac功能。系統(tǒng)支持5個(gè)硬按鍵，可做按鍵開(kāi)關(guān)機(jī)、音量大小調(diào)節(jié)，或定義為其他快捷操作；接入手麥支持PTT對(duì)講與播放功能，可與后臺(tái)控制中心實(shí)時(shí)通話。系統(tǒng)支持接入多路攝像頭，走AHD信號(hào)，最多可接入8路720P攝像頭，可以解決司機(jī)盲區(qū)、AI智能識(shí)別等，且支持DVR錄像，存儲(chǔ)到TF卡或U盤(pán)。系統(tǒng)預(yù)留了兩組串口，一組可以接CAN模塊獲取原車(chē)CAN信息，另一組可接入雷達(dá)主機(jī)獲取周邊障礙物感知，拓展了整個(gè)系統(tǒng)的功能，提高了復(fù)雜場(chǎng)景的實(shí)用性。

1.2 多路攝像頭接入設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用高通MSM8953，均能接MIPI 4 Lane CSI0和CSI1兩組接口，一路CSI的最大處理能力為4路720P@30 fps，兩路CSI共可接入8路720P攝像頭。多路攝像頭接入如圖2所示。

CSI MIPI信號(hào)支持虛擬通道，如圖2所示，連接主控平臺(tái)MSM8953的視頻解碼芯片TP2855通過(guò)CSI MIPI提供4 Lane信號(hào)。VC0～VC7代表8個(gè)虛擬通道，每個(gè)虛擬通道可以連接1個(gè)攝像頭，通過(guò)1個(gè)視頻解碼芯片TP2855將4個(gè)攝像頭數(shù)據(jù)按照虛擬通道設(shè)計(jì)融合在一起，然后通過(guò)MIPI 4 Lane送到主控，在主控MSM8953中再將融合數(shù)據(jù)按照虛擬通道拆開(kāi)，重新還原成4個(gè)攝像頭的獨(dú)立數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)可以接前向ADAS、DMS、車(chē)內(nèi)監(jiān)控、360全景攝像頭、其他用途的標(biāo)準(zhǔn)AHD信號(hào)720P攝像頭，系統(tǒng)同時(shí)支持錄像，包括8路攝像頭同時(shí)錄像存儲(chǔ)到TF卡或U盤(pán)。其強(qiáng)勁的視頻能力對(duì)整套系統(tǒng)價(jià)值的作用至關(guān)重要。

1.3 拓展功能模塊接入設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件接口有限，為了拓展一些功能，不得不接入一些其他成熟的功能模塊來(lái)豐富系統(tǒng)功能和提高體驗(yàn)感。以拓展CAN模塊和雷達(dá)主機(jī)功能模塊為例，接入設(shè)計(jì)如圖3所示。

系統(tǒng)預(yù)留兩組串口，一組可以接CAN模塊，CAN模塊連接車(chē)輛CAN，然后把解析好的CAN信息通過(guò)RS232串口發(fā)送給主控平臺(tái)，如實(shí)時(shí)車(chē)速、左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向、倒車(chē)、檔位等信息，可用于ADAS預(yù)警和智能切換盲區(qū)顯示圖像。系統(tǒng)另一組串口接入一個(gè)雷達(dá)主機(jī)，最多可以支持8路雷達(dá)探頭連接雷達(dá)主機(jī)。雷達(dá)主機(jī)實(shí)時(shí)獲取各路探頭探測(cè)的前方障礙物距離信息，通過(guò)串口協(xié)議送給主控平臺(tái)，主控再根據(jù)預(yù)設(shè)探頭安裝位置確定是哪個(gè)方位的預(yù)警信息。利用雷達(dá)探頭的距離信息觸發(fā)系統(tǒng)顯示狀態(tài)的變化。在處理其他應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，如當(dāng)前在導(dǎo)航頁(yè)面，雷達(dá)探測(cè)到右側(cè)探頭近距離范圍有物體遮擋，系統(tǒng)即可根據(jù)探頭的安裝位置，實(shí)時(shí)調(diào)出車(chē)輛右側(cè)安裝的攝像頭畫(huà)面[5]，便于駕駛員觀察做出安全合理的操控。

2 新型行車(chē)安全系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

新型智能行車(chē)安全系統(tǒng)軟件基于Android 9.0，針對(duì)車(chē)載場(chǎng)景做了大量系統(tǒng)裁剪、改造，系統(tǒng)集成了ADAS、DMS、360°全景算法等，最多支持8路錄像和JT/T808和JT/T1078協(xié)議，以及江蘇省道路運(yùn)輸車(chē)輛主動(dòng)安全智能防控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（簡(jiǎn)稱(chēng)蘇標(biāo)），滿(mǎn)足監(jiān)管要求，可以切實(shí)降低交通事故風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 前向ADAS

2017年初，JT/T1094標(biāo)準(zhǔn)《營(yíng)運(yùn)客車(chē)安全技術(shù)條件》中明確要求，2018年4月起，車(chē)長(zhǎng)超過(guò)9 m的營(yíng)運(yùn)客車(chē)都需要加裝符合JT/T 883要求的LDW（車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)）和FCW（前車(chē)碰撞預(yù)警系統(tǒng)）。ADAS是高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)，包含LDW和FCW。通過(guò)視覺(jué)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析，利用視覺(jué)算法識(shí)別行駛過(guò)程中的多種危險(xiǎn)情況，可提前進(jìn)行預(yù)警，及時(shí)提醒駕駛員防范危險(xiǎn)情況的發(fā)生[6]。ADAS處理流程框架設(shè)計(jì)如圖4所示。

高通8953處理器的圖像數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)硬件抽象層獲取前視攝像頭圖像的原始數(shù)據(jù)，然后將每一幀數(shù)據(jù)送給ADAS算法預(yù)警處理模塊，通過(guò)預(yù)警處理模塊將識(shí)別前方車(chē)道線、車(chē)輛、行人等物體的類(lèi)型、坐標(biāo)等信息反饋回去，再把識(shí)別出來(lái)的信息傳遞給系統(tǒng)識(shí)別結(jié)果處理模塊，根據(jù)信息采取合適的預(yù)警邏輯處理，根據(jù)預(yù)警級(jí)別選擇TTS語(yǔ)音模塊處理，語(yǔ)音提醒駕駛員注意前方狀況[7]。根據(jù)蘇標(biāo)主動(dòng)安全監(jiān)管要求，需要在觸發(fā)預(yù)警事件時(shí)拍攝時(shí)間間隔為200 ms的3張照片和1段默認(rèn)為5 s長(zhǎng)的短視頻上傳到監(jiān)管平臺(tái)[8]，如圖5所示。

2.2 DMS

DMS是駕駛員行為分析，通過(guò)終端采用人臉識(shí)別、深度學(xué)習(xí)技術(shù)分析駕駛員是否有抽煙、打瞌睡、接電話、分神、疲勞駕駛、駕駛行為異常等違規(guī)行為，規(guī)范駕駛員行為，提高駕駛安全性[6，9]。DMS算法處理的工作流程與ADAS類(lèi)似，觸發(fā)了DMS預(yù)警事件時(shí)，按照蘇標(biāo)要求也需要拍3張間隔為200 ms的照片和1段默認(rèn)為5 s長(zhǎng)的短視頻上傳到監(jiān)管平臺(tái)保留證據(jù)，DMS事件在平臺(tái)上的顯示如圖6所示。

2.3 360°全景

360°全景一直是解決駕駛員視覺(jué)盲區(qū)最有效的方法之一。系統(tǒng)集成了北京雙髻鯊免拼接360全景算法，功能先進(jìn)，特別適用于大型車(chē)輛，安裝時(shí)無(wú)需傳統(tǒng)的鋪布標(biāo)定，非常便利。360°算法應(yīng)用流程框圖如圖7所示。

通過(guò)安裝在車(chē)身前后左右的4個(gè)高清廣角攝像頭，能實(shí)時(shí)采集車(chē)身左右各6 m、前后各5 m超大視野的高清視頻畫(huà)面。4路圖像幀數(shù)據(jù)均輸入到360算法引擎中，通過(guò)精確算法進(jìn)行畫(huà)面畸變校正、圖像拼接融合等處 理[10]，標(biāo)定時(shí)需要在光線充足的白天進(jìn)行，車(chē)輛要在比較平整且紋理較多的道路上低速行駛，速度不超過(guò)5 km/h，以便于算法計(jì)算參考標(biāo)志，總過(guò)程不超過(guò)5 min就可快速合成車(chē)身周?chē)?60°俯視?shū)B(niǎo)瞰全景畫(huà)面。圖像預(yù)覽基于OpenGl以3D處理，3D立體效果好，可以有效降低盲區(qū)帶來(lái)的事故。安裝在深圳公交上的360全景實(shí)測(cè)效果如圖8所示。

駕駛員可自行滑動(dòng)右側(cè)3D顯示角度到所需觀察角度。結(jié)合CAN信息，系統(tǒng)在收到左/右轉(zhuǎn)向信號(hào)后，可以自動(dòng)切換到左/右攝像頭畫(huà)面，收到倒車(chē)信號(hào)可以切換到后視攝像頭畫(huà)面，切換到右側(cè)的實(shí)測(cè)效果如圖9所示。

2.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控

交管對(duì)大型車(chē)輛的監(jiān)管?chē)?yán)格，如兩客一危車(chē)輛必須安裝部標(biāo)機(jī)和支持ADAS，每年還需要年審。部標(biāo)機(jī)實(shí)時(shí)上報(bào)位置到監(jiān)管平臺(tái)，按照J(rèn)T/T808協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)處理。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中不但充分考慮了位置信息的需求，而且結(jié)合4G全網(wǎng)通的優(yōu)勢(shì)，按照J(rèn)T/T1078視頻傳輸要求，可以實(shí)時(shí)將車(chē)輛的多路攝像頭畫(huà)面送到監(jiān)控平臺(tái)。車(chē)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)等監(jiān)管領(lǐng)導(dǎo)在平臺(tái)上可輕松獲取當(dāng)前車(chē)輛位置，通過(guò)攝像頭視頻查看車(chē)輛周?chē)h(huán)境[11]，通過(guò)DMS攝像頭還可以直接看到駕駛員的實(shí)際駕駛狀態(tài)，有異常時(shí)可及時(shí)糾正，規(guī)范駕駛員行為。

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)還可以定時(shí)發(fā)送車(chē)輛位置到平臺(tái)，如3 s發(fā)送一次，平臺(tái)按車(chē)輛車(chē)牌分類(lèi)存儲(chǔ)，進(jìn)而形成行車(chē)軌跡，直觀地在平臺(tái)上查看車(chē)輛具體的行駛路線，以及當(dāng)時(shí)行駛的車(chē)速、方向等。

系統(tǒng)還支持語(yǔ)音對(duì)講，管理人員在平臺(tái)上可以監(jiān)聽(tīng)車(chē)內(nèi)聲音，也可直接呼叫駕駛員，駕駛員通過(guò)手麥可以回話，手麥外放聲音大，在嘈雜的柴油車(chē)上也能聽(tīng)得清楚，溝通時(shí)非常實(shí)用方便。

3 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅解決了司機(jī)的盲區(qū)需求和駕駛輔助問(wèn)題，又支持JT/T808和JT/T1078標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議以及主動(dòng)安全ADAS和DMS，能滿(mǎn)足監(jiān)管要求，調(diào)和司機(jī)和監(jiān)管之間的矛盾，最大幅降低交通事故率，使多方受益。

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