基于多信息融合的道路客運車輛及駕駛員監控系統研究*

肖心遠，李懷俊

（廣東交通職業技術學院，廣東廣州 510650）

0 引言

當前，道路客運車輛是人們出行的一個最主要的交通工具，而道路客運車輛的安全運輸是客運公司及管理部門最為重視的一項指標，數據表明，客運車輛重大事故往往會造成大量人員傷亡，給國家和個人都會造成嚴重損失[1-2]，因此，為加強對道路客運車輛的運營管理，加強對客運車輛的實時監控，預防交通事故的發生，確保乘員、車輛、司機的安全，并且為交通事故分析提供科學參考依據，保障乘員、運輸公司的合法權益，本文建立一套基于多信息融合的道路客運車輛監控系統。系統將車輛的位置與速度、車內外的圖像、視頻等各類媒體信息、駕駛員的身體狀況、駕駛員的駕駛情況等參數進行采集，實現實時管理，有效滿足運輸公司對車輛及駕駛員管理的各類需求。系統綜合利用了全球衛星定位(GPS)、無線通信(Zig?Bee/4G)、地理信息系統(GIS)、計算機網絡、射頻識別（RFID）、視頻壓縮處理和安全管理等高新技術[3-4]，最直觀地監控車輛實時圖像、顯示車輛內外的運行情況及駕駛員的駕駛情況，同時對車輛及駕駛員實時定位跟蹤，將運輸公司、司機等各環節的信息有效、充分地結合起來，達到充分監控、調度車輛的目的，保障乘員、司機的安全，提高運輸效率。

1 道路客運車輛及駕駛員綜合監控系統平臺的構建

圖1 監控平臺拓普結構圖

本文搭建了道路客運車輛及駕駛員遠程監控專用平臺；開發了數據傳輸性能測試設備、開發了專用于客運車輛及駕駛員監控的軟件，建成了一套新型數據集成與分析平臺。本平臺組成部分主要有四大部分：駕駛員監控系統、車輛監控系統、數據傳輸系統(4G/GPRS/GPS)、監控中心管理系統[5]。監控平臺拓普結構圖如圖1所示，其主要硬件構成由如下部分構成：（1）車輛監控，包含各種視頻信號、胎壓信號、車速信號、車輛維修保養等信息的采集；（2）駕駛員監控，包含各種視頻信號、體溫信號、心率信號等信息的采集，終端設備用于安裝于車輛駕駛臺上，對該車輛的駕駛員進行相關狀態檢測監控；（3）固定IP外網服務器，由于4G、GPS設備終端需要實時與服務器進行通訊，固定IP外網服務器需具有一個固定IP地址，以使終端上線后主動尋找該地址的服務器進行數據雙向通訊。該服務器主要用于與多個4G、GPS終端進行雙向數據通訊及駕駛員和車輛狀態情況查詢服務；（4）內網終合服務器，主要用于服務于4G、GPS終端上傳的數據存儲，及內部相關服務；（5）監控中心電腦設備及各分控中心，普通電腦設備，用于車輛與駕駛員實時監控及管理用途。

2 車輛及駕駛員多信息安全監控指標

流動性強是客運車輛運輸的一大特點，客運車輛發生事故很容易造成重大事故，因此政府和企業對客運車輛的監控也是十分重視，通常對客運車輛采用GPS監控系統但功能只局限于：監控車速（是否超速）、查看行駛軌跡（是否按正常路線行駛）、通信功能、事故報警功能[6]。但對于車輛的狀態及駕駛員的狀態信息無法實時監控，如輪胎氣壓狀態、車內乘員、車輛狀態、駕駛員狀態信息等。因此本文提出對客運車輛的行駛軌跡、車輛位置、輪胎氣壓、車輛乘員、車輛信息、駕駛員體溫、駕駛員心率、駕員疲勞駕駛情況進行實時監控，詳細監控如表1所示。

3 車輛及駕駛員多信息采集系統

車輛監控的信息包括車輛的行駛軌跡、車輛位置、輪胎氣壓、車內乘客、車外情況、車輛維護信息、車輛狀態信息等，其中胎壓與氣體泄漏模塊通過ZigBee無線通訊，與主控制器實現通信；車輛狀態信息通過終端內置CAN總線接口，接入汽車CAN總線，采集汽車底盤信息（發動機冷卻液溫度、機油溫度、機油壓力、發動機轉速、油量等）；GPS模塊、GPRS無線通信模塊、聲光報警模塊、視頻采集模塊、RFID卡模塊與主控制器通過相應的模塊通信；對于駕駛員的監控，主要對駕駛員信息、行駛軌跡、駕駛員體溫、駕駛員心率、酒精濃度、駕駛員疲勞狀況進行監控；其監控信息采集功能原理圖如圖2所示。

表1 客運車輛及駕駛員多信息融合監控表

圖2 信息采集功能原理圖

4 車輛及駕駛員監控信息功能實現

（1）車輛行駛軌跡及位置信息監控功能實現

車輛行駛軌跡利用GIS電子地圖及GPS全球定位系統來實現，調度監控中心根據需要可隨時了解所有車輛的實時位置，并能在中心的電子地圖上準確地顯示車輛當時的狀態（如速度、運行方向等信息）。系統的電子地圖支持矢量和影像地圖顯示，對任意指定區域的車輛進行查詢；可任意放大、縮小、移動電子地圖；可進行同屏多窗口顯示監控，或將目標鎖定在某窗口，自動跟蹤等；監控車輛的參數主要為：車輛位置、運行速度、運動方向及時間信息。

（2）胎壓信息監控功能實現

車載終端通過胎壓監控儀采集胎壓數據，同時對信號進行模數變換處理，判斷胎壓是否高于或低于設定范圍，如超出設定范圍則進行聲光報警，提醒駕駛員停車進行維修。其功能實現如圖3所示。

圖3 車輛胎壓監控功能實現圖

（3）車內乘員及車外情況視頻監控功能實現

對于客運車輛而言，車內乘員的安全是客運公司及管理部最主要的監控點，因此，本系統在車內安裝4路防爆視頻攝像頭：一路安裝在前車門，用于監控上車及駕駛員駕駛情況；一路安裝在后車門，用于監控下車情況；一路安裝于車內前部，一路安裝于車內后部，用于監控整個車內乘客情況。同時在車輛外面的尾部安裝一路防爆視頻攝像頭，用于倒車時監控車輛尾部情況，結合車載雷達，可實現報警。視頻圖像通過車載終端存儲器可實現存儲，另外也可以通過4G無線通訊，實現無線傳輸，當管理人員需要在后臺監控中心查看車載視頻信息時，即可實時查看，同時還可控制攝像頭云臺的上、下、左、右和自動旋轉以及鏡頭的變倍等。其功能實現如圖4所示。

圖4 視頻監控功能實現圖

（4）車輛維護信息數據庫功能

本系統建立了車輛維護信息數據庫，使得車輛監控系統具備豐富的數據信息，車輛采取RFID卡監控。出車、收車均需刷RFID卡；車輛維護保養等采用RFID卡結算，可記錄車輛維護保養的時間，每次維護保養的費用；可記錄車輛加油的時間，每次加油的費用，實現成本核算；同時還可記錄車輛載/空車狀態、車牌號、車型、司機名字、所屬單位及通訊聯系方式等信息。所有這些數據，都會錄入后臺監控中心的車輛維護信息數據庫。

（5）車輛狀態信息數據庫功能

車輛狀態信息通過終端內置CAN總線接口，接入汽車CAN總線，采集汽車底盤信息（包含：發動機冷卻液溫度、機油溫度、機油壓力、發動機轉速、油量、車輛的分里程、總里程等信息）；這些數據信息會接入車載終端，后臺監控中心如需查看信息，可由終端通過無線通訊功能傳送到后臺監控中心，后臺可直接查看。如不需查看，則信息不需傳送。車載終端如發現數據超出車輛允許的安全范圍，則會進行報警。

（6）基于ZigBee無線通訊的駕駛員體溫及心率監控功能實現

統計表明，在客運車輛的事故發生原因，75%是由于駕駛員的原因造成了事故，有些駕駛員在帶病發燒的狀態下開車，有些駕駛員開賭氣車，但駕駛員生病發燒時，人體溫會上升，駕駛員生氣時，心率會有較大的波動[7]，因此，本文對于駕駛員實行在線監控，針對駕駛員的體溫和心率監控需求，需采用無線信息傳輸，本文設計了一種手腕式人體溫度和心率信號采集終端，此信息采集終端與車載終端之間通過ZigBee無線通訊，采集到駕駛員溫度和心率數據，同時對數據進行處理，獲取處理結果，如果駕駛員的體溫和心率發現異常，則進行語音報警，提醒駕駛員停車休息。其功能實現如圖5所示。

圖5 駕駛員體溫和心率監控功能實現圖

（7）駕駛員疲勞監控功能實現

當駕員疲勞駕駛時，首先行駛時間會很長，然后駕駛員的心率會相對變緩，車載終端通過采集駕駛員的行車時間、心率等數據進行綜合分析判斷，再進行疲勞語音報警，提醒駕駛員停車休息。其功能實現如圖6所示。

圖6 駕駛員疲勞監控功能實現

5 后臺監控管理中心

后臺監控管理中心是整個客運車輛及駕駛員監控管理系統的重要組成部分。監控中心配置包括了各類功能服務器、應用終端和軟件、監控設備、報警裝置、數據庫、實時監控大屏等，可實現對網內車輛當前所處的位置、速度、方位、乘客情況、駕駛員狀況的各實時參數以及車內外視頻的遠程監視，在監控中心的電子地圖上能準確地顯示車輛實時狀態。通過無線網絡實現遠程監聽及喊話，報警等動作；各類分析預測和管理軟件可實現對運輸車輛的安全分析和管理、事故預測、音視頻指揮調度功能，可提供位置查詢、電子地圖服務、車輛管理[8]等多種服務。后臺監控中心是整個監控管理調度系統的監控指揮中心，所有無線視頻圖像都匯聚到指揮中心，其系統架構圖如圖7所示。

圖7 后臺監控管理中心架構圖

6 結論

本文建立一套基于多信息融合的道路客運車輛監控系統。系統將車輛的位置與速度，車內外的圖像、視頻等各類媒體信息、駕駛員的身體狀況、疲勞狀況、駕駛員的駕駛情況數據等進行采集，實現實時管理，有效滿足運輸公司對車輛及駕駛員管理的各類需求。系統不僅對車輛進行監控、同時也對駕駛員進行監控，提高駕駛員行車安全，減少車輛事故率。