智能車載監管系統的設計與研究

石存杰，張 鈺，羅艷龍

(泛亞汽車技術中心有限公司，上海 201208)

0 引言

近年來，伴隨著我國經濟快速發展，汽車的保有量和產銷量不斷提高，隨之而來的是交通事故帶來的負面影響。根據相關數據統計，我國每年因交通事故而喪生的學生接近3萬人，這一數據引發了社會各界對校車安全的廣泛關注[1-2]，國家相繼出臺了《專用校車安全技術條件》和《校車安全管理條例》等強制性標準以保障學生交通安全[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校車是不夠的，更要從車輛安全行駛、信息管理等方面設計安全運行的校車服務系統[4]，以方便用戶實時、直觀地監控車輛安全情況[5]，加強對校車各個環節的監管，從而有效減少和避免校車事故的發生，保證學生的生命安全[6]。

車載視頻智能監控[7-9]是智能交通領域的一個重要研究課題，在交通信息服務業大發展的背景下，以校車為服務對象，提供針對車輛、駕駛員、乘客的實時監控、預警、應急處置以及綜合服務等信息保障，對于提高校車運營安全，滿足政府、學校及家長對信息服務需求具有重要的現實意義。為此，本文設計了一套校車服務系統，該系統廣泛運用平臺感知、信號處理、智能傳感器、車載CAN總線、無線通信、衛星導航定位、網絡通信、數據融合及圖像處理等技術，搭載該系統的某款校車安全性能得到了市場廣泛認可，并由此誕生了一個專為校車開發的全網智能平臺，該平臺包含網頁和App登錄界面，如圖1所示。

圖1 系統登錄界面

1 校車服務系統架構

校車服務系統架構具有安全性、可靠性、可定制性、可拓展性和可維護性[10]，該服務系統由車載終端設備管理系統、車輛監控系統、呼叫中心系統、業務管理系統等部分組成，各個子系統之間互聯互通，實現數據、指令或業務的共享和交互。校車系統架構如圖2所示。

圖2 系統架構圖

車載終端設備包括行駛記錄儀、刷卡器、緊急報警開關、行車助手開關、車載錄像機、車內外攝像頭及倒車攝像頭等。記錄儀內置MEMS傳感器，并可以通過K線和CAN總線采集車輛運行狀態數據，為車輛運行安全提供數據支持。錄像機實時記錄車內外視頻流數據，并將數據保存在本地硬盤中，支持遠程視頻查看以及歷史視頻流回放等功能，加強對車內外環境及成員的監管。

車輛監控包含車輛安全監控、運營管理以及學生跟蹤。其中，安全監控主要功能是通過采集傳感器、車輛行駛狀態數據以確認車況健康狀態，便于出現故障時第一時間上報潛在風險。運營管理是指對校車的遠程調度、信息推送、套餐及業務的管理。學生跟蹤是指通過刷卡器確認學生上下車情況，并及時將學生的位置信息傳遞給系統，便于定位學生實時位置。

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。通過服務平臺調用車輛位置信息，可以在車輛出現緊急故障時，第一時間提供車輛位置協助救援，在司機行駛到不熟悉的路段時，也可以通過在線助手獲得幫助，或進行POI周邊搜索。

業務管理主要包含系統業務配置管理、大客戶數據管理、賬戶及權限的分配及套餐的變更等服務。針對不同的用戶群體制定了不同的業務權限。

2 系統主要功能

根據政府、車廠、學校及家長這四個不同層級用戶的需求，定制了相應系統功能。系統采用模塊化設計，主要由在線助手、遠程信息推送、車輛信息和GPS記錄、乘員管理、視頻監控、實時監控、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生問題需要幫助時，只要按一下車載終端的行車助手開關，就會與平臺服務人員進行聯系。后臺服務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構，如報警(110)服務、醫療(120)服務、拖車服務、車輛現場維修、送油、送水等服務。

2.2 遠程信息推送

擁有校車權限的單位，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數據記錄

車載終端實時保存車輛行為數據及GPS數據，包括車輛經緯度、時間、速度，形成軌跡記錄，每天自動向車載信息服務平臺回傳所保存的數據(回傳頻率可設置)，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生的位置、人員數量、駕駛員及相關人員(如校車陪護人員)的信息。每天自動向校車服務系統回傳所保存的數據，平臺端自動針對每個車輛形成分析報表，當出現超載現象時，車載終端進行報警提示，同時服務平臺也收到報警信息。

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

2.5 視頻監控

監控平臺可通過安裝在校車內、外的攝像頭，實時查看校車的狀況，擁有權限的校車擁有者、單位管理人員也可以通過電腦(或手機)上網對相關車輛進行視頻監控。

2.6 實時監控

平臺端服務人員可以實時查看某一車輛的實時狀況，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，且實時更新。

擁有權限的校車擁有者、單位管理人員也可以通過電腦(或手機)上網對相關車輛進行實時監控。

2.7 碰撞自動求助

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

2.8 一鍵報警

當駕駛員在行車過程中發生緊急狀況時，按下SOS報警按鈕，后臺服務人員將立即收到報警信號并收到車輛GPS位置信息，服務人員將聯系警方實施救援，同時打開車內監聽功能或視頻遠程監控功能，查看車內狀況。

2.9 車況診斷

當車輛發動機、變速箱、安全氣囊系統、防抱死制動系統、里程表讀數、機油壽命、輪胎壓力等關鍵部件出現異常時，車載終端可以用語音播報或屏幕顯示的方式提示駕駛員。

當車輛出現上述狀況時，車載終端將異常數據回傳至車載信息服務平臺，監控人員將立即撥打車載電話，指導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，后臺服務人員遠程查看后口頭告知駕駛員車況信息。

3 車載終端設備

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

圖3 車載終端設備連接圖

汽車行駛記錄儀主機包括蓄電池、微處理器、北斗定位模塊、無線通信模塊、CAN收發器、LCD顯示屏、TTS語音播報模塊、熱敏打印機等。主機支持外圍設備拓展，可以提供實時經緯度、時間、速度和方向信息，能夠與錄像機進行通信，支持CAN總線采集車輛數據，能夠通過GPRS通信方式與校車服務系統進行信息和指令交互。支持車輛歷史違章記錄查詢、打印。正常行駛狀態下，數據上傳間隔為5 s，內置16 MB的緩存空間，支持盲區補充機制。

行駛記錄儀外圍設備拓展主要通過硬件連接刷卡器、SOS報警開關和行車助手開關。其中，刷卡器布置在副駕駛側車門附近，方便學生上下車刷卡，刷卡器對學生卡進行在線識別，驗證通過后可以通過車內的TTS語音播報學生卡信息；外接的開關主要用于車輛出現故障或需要咨詢服務時，主動發起業務請求。兩個按鍵均布置在駕駛員附近，其中SOS開關具有防護面罩，避免誤操作。

車載錄像機用于保存視頻流文件，能夠對5個攝像頭圖像進行拼接組合，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，錄像機具備通信模塊，支持將視頻文件上傳至校車服務平臺，方便用戶遠程查看。

4 功能測試結果

智能車載監控系統作為一個全網智能平臺，能夠確保實時監控車輛、司機、乘員的當前狀態，方便讓家長實時了解學生的乘車狀態，有利于學校、監管部門等相關方對車輛進行實時的動態管理。

在車載終端設備、校車服務平臺及手機App開發完成后，即開展了對該系統的工程測試，主要內容包括：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、服務流程穿越測試等，各項測試均一次性通過。

后續交由使用部門前，由市場部組織相關專家對系統進行了驗收測試。測試內容包括平臺操作功能、用戶管理功能、系統管理功能、業務管理功能、呼叫中心功能這五大模塊，及邊界條件測試，共計85小項，均一次性通過測試。

測試結果表明，該系統滿足產品開發初期設定的各項性能指標要求，可以正式投入運營。

5 結論

綜合利用MEMS傳感器技術、信號處理技術、傳感器技術、車載CAN總線技術、嵌入式處理技術、無線通信技術、衛星導航定位技術、網絡通信、數據融合技術、圖像處理技術等，自主研發了一套智能車載監控系統，該系統可有效提高校車運行安全，加強政府、學校和家長對校車的監管。

經過一段時間的市場化運行，結果表明，本文設計的智能車載監控系統效果顯著，可以規范校車管理，確保乘車安全。

本套系統及設備適合在車隊管理中推廣，對于新能源車輛監控領域的平臺搭建及設備開發同樣具有一定的參考價值和市場前景。