林曉帆

（廣州市沃天電子科技有限公司 廣東省廣州市 510000）

隨著國家經濟的迅速發展，國內機動車擁有量及道路交通流量急劇增加，各類車輛運行不暢的狀況日益突出，如何運用互聯網等高科技手段實現對各類車輛的實時動態圖像化管理和對司機駕駛員的實時監督考核，解決當前傳統GPS 系統在使用過程中功能單一、圖像可視化程度不高、處理意外的及時性以及事故責任的追溯滯后、司機違規操作無法實時預警等問題，進一步提升道路運輸行業的安全監管能力以及道路運輸信息化水平，有效遏制重特大事故發生，最為考驗各級道路運輸車輛主管部門和企業車輛調度部門的管理智慧和能力。

1 系統的原理

基于“北斗+”車載4G(5G)視頻監控系統的應用研究是基于由我國自主研發的北斗衛星導航系統、GIS 電子地圖、視頻圖像編解碼系統以及4G（5G）移動通訊網絡所組成的車輛信息化監控管理系統。系統通過4G(5G)移動通訊網絡，對車載北斗定位數據、視頻圖像數據以及車輛和各類OBD 數據進行實時傳輸解析展示，實現車輛管理部門與車輛間、駕駛員間互聯互通實時動態監控管理，實現對車輛的實時圖像視頻傳輸管理，并可向車輛、駕駛員提供調度信息、應急信息發布、遠距離車輛狀況診斷等服務。

2 系統開發建設的可行性

2.1 政策的驅動為系統開發建設提供了強有力的基礎保障

北斗系統是我國著眼國家安全和經濟社會發展需要，自主建設運行的全球衛星導航系統，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要時空基礎設施。北斗衛星導航芯片、模塊、天線、板卡等基礎產品，是北斗系統應用的基礎，目前，我國實現衛星導航基礎產品的自主可控，形成完整的產業鏈，伴隨著互聯網、大數據、云計算、物聯網等技術的發展，北斗基礎產品的嵌入式、融合性應用逐步加強，產生顯著的融合效益。截至2019年底，我國國產北斗兼容型芯片及模塊銷量已突破1 億片，國內衛星導航定位終端產品總銷量突破4.6 億臺，6月23日，我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭，成功發射北斗系統第五十五顆導航衛星，暨北斗三號最后一顆全球組網衛星，至此北斗三號全球衛星導航系統星座部署全面完成。6月30日，該衛星有效載荷完成開通，經過遙測數據判讀，星載基準頻率合成器、原子鐘、導航任務處理單元、星間鏈路等載荷設備均工作正常，地面接收信號正常。4月30日，國家工信部辦公廳發布了《關于深入推進移動物聯網全面發展的通知》，《通知》的總體目標是推動2G/3G 物聯網業務遷移轉網，建立NB-IoT（窄帶物聯網）、4G（含LTE-Cat1，即速率類別1 的4G 網絡）和5G 協同發展的移動物聯網綜合生態體系，在深化4G 網絡覆蓋、加快5G 網絡建設的基礎上，以NB-IoT 滿足大部分低速率場景需求，以LTE-Cat1（以下簡稱Cat1）滿足中等速率物聯需求和話音需求，以5G 技術滿足更高速率、低時延聯網需求，《通知》要求，加快推進5G 網絡建設，繼續深化4G 網絡覆蓋，支持Cat1 發展;進一步加大NB-IoT 網絡部署力度，按需新增建設NB-IoT 基站，縣級及以上城區實現普遍覆蓋，面向室內、交通路網、地下管網、現代農業示范區等應用場景實現深度覆蓋，著力做好網絡運維、監測和優化等工作，提升網絡服務水平。基于以上國家級政策的驅動布局，將引導“北斗+”車載4G(5G)視頻監控系統的不斷創新應用發展。

2.2 市場的巨大需求為系統開發建設提供可持續動力

隨著我國汽車保有量的不斷增加，為系統的行業應用提供了巨大的市場潛力，據國家統計局公報數據顯示，2019年末我國民用汽車保有量2.615 億輛，比2018年末增加2122 萬輛，其中全國民用載客汽車擁有量2791.1 萬輛，全國民用載貨汽車擁有量2567.82 萬輛，系統可以為以上各類不同車輛提供完善的監控管理解決方案：

（1）公交車，長途大巴車：具備北斗實時定位、路線規劃、行車時票款監控，司乘人員行為監控，發生乘客受傷，盜竊，搶劫等事故時，音像證據保存，交通事故后音像資料舉證。

（2）警車：車輛北斗定位調度、警員執勤工作情況錄像保存，便于事后分析舉證，犯罪現場中人員，車輛等情況錄像。

（3）物流車，貨車：北斗實時定位監控調度，貨物裝車，運輸及卸貨過程錄像監控，防盜。

（4）押鈔車，消防車，救護車：安全保衛監控，值勤工作監控。

（5）校車，出租車，私家車：出現事故時責任舉證，保險索賠舉證，防盜，防搶。

3 系統的設計

系統的整體設計包括兩大部分，第一個部分為系統軟件部分（包含服務器、固定IP、數據庫等）；第二部分為系統車載終端硬件部分，采用純北斗導航定位模式及先進的視頻壓縮算法H.264、流媒體視頻數據壓縮技術，整合數據通訊功能和數字視頻編碼功能。

3.1 軟件部分

負責接收車載終端的定位OBD 數據、視頻數據，對其接收的數據進行解析、存儲并通過軟件客戶端在GIS 電子地圖上展示管理。

3.2 硬件部分

車載終端負責對車輛定位數據OBD 數據、車輛視頻圖像數據的采錄存儲發送。視頻部分，車載終端視頻模塊把攝像機圖像經過視頻壓縮編碼模塊壓縮，通過4G（5G）通訊模塊發送到移動通訊網絡，實現視頻數據的交互、發送/接收、加解密、加解碼，鏈路的控制維護等功能。

4 系統的總體功能設計及技術創新

系統的總體功能設計包括車載終端硬件功能和系統軟件功能。硬件功能包括車輛監控功能、車輛檢測和控制功能、車輛報警功能、汽車行駛記錄儀功能、保護功能、遠程升級功能；系統軟件功能包含服務器端軟件功能、電子地圖功能、數據庫管理功能、客戶端軟件功能、車輛資料管理功能。

4.1 車載終端功能

4.1.1 車載監控功能

分為定位監控功能、視頻實時上傳監控功能、視頻存儲監控功能。

（1）定位監控功能：車輛自動監控定位功能、北斗速度或電子脈沖速度自由選擇功能，帶信息調度功能，TTS 功能內置喇叭可實現語音播報，進出區域設置、里程統計、盲區補傳功能、圖片實時上傳功能，軌跡存儲及回放功能；

（2）視頻實時上傳監控功能：采用H.264 視頻壓縮技術，實現最大8 視頻和4 音頻監控，通過4G/5G 無線網絡實時傳輸監控視頻，實時上傳抓拍和報警圖片，遠程回放視頻，遠程下載視頻等功能，圖像分辨率D1/CIF(最高達到1080P)；

（3）視頻存儲監控功能：采用雙卡大容量SD 卡和固態硬盤存儲圖像，采用特殊處理方式處理文件系統，使之適應車載環境視頻和數據文件的安全，采用多媒體行駛記錄分析軟件，可以實現8路視頻，1 路音頻同步回放，條件回放、剪輯存儲、字符疊加、地理信息和行駛記錄疊加功能，事件分析和記錄提取功能，存儲視頻轉換和導出功能。

4.1.2 車輛檢測和控制功能

分為信號檢測和控制、道路檢測功能、汽車CAN 總線功能、透傳口外接設備，支持再次開發功能、對接485 云臺，網絡攝像頭和Wi-Fi 功能。

（1）信號檢測和控制：1 路視頻信號輸出（接AV 顯示屏），7 路開關信號輸入、1 路車速傳感器信號輸入、1 路繼電器控制輸出，1 路報警蜂鳴器輸出，智能及強制斷油電控制功能；

（2）道路檢測功能：道路檢測、道路檢測運算、道路檢測偏離報警、道路檢測超速報警、進/出站報告、通過時間上/下限報警、分段限速提示與報警；

（3）汽車CAN 總線功能：內置汽車CAN 總線或配置汽車總線控制器，實現車況數據讀取，安全監測、故障碼上傳和清除；

（4）透傳口外接設備，支持再次開發功能：可連接出租車計價器，公交車刷卡器，RFID 讀卡器，LCD 信息屏，打印機，LED顯示屏，油量采集設備，溫度采集設備，正反轉采集設備等外接設備；

（5）對接485 云臺，網絡攝像頭和Wi-Fi 功能：支持對接云臺設備和網絡攝像頭攝像，支持Wi-Fi 網絡通信。

4.1.3 車輛報警功能

包括立即上傳報警到監控中心功能、語音提醒駕駛員功能。

（1）立即上傳報警到監控中心功能：支持產生緊急報警、停車超時報警、超速報警、疲勞駕駛報警、偏離線路報警、進出區域、掉電報警、低電壓報警，衛星定位模塊故障報警，衛星定位天線開短路報警等立即上傳到系統平臺；

（2）語音提醒駕駛員功能：支持產生超速報警、超速預警、疲勞預警、疲勞駕駛報警、偏離線路報警、進出區域報報警上傳到系統平功能，可通過報警蜂鳴器、語音TTS 播報或文字播報器等方式提醒駕駛員。

4.1.4 汽車行駛記錄儀功能

記錄儀數據符合GB/T 19056-2012 標準，支持信息采集與存儲、駕駛員身份識別、參數設置、數據導出、數據和信息打印，可通過平臺遠程調取或本地串口提取記錄儀數據。

4.1.5 保護功能

包括省電模式和過壓保護：車輛熄火后，終端工作電流降為70mA@24V。電瓶電壓過低時，自動保存錄象后，再關機，錄象不丟失超過極限電壓（36V）立即切斷外部電路保護終端，自動保存錄象后，關閉整機電源，錄象不丟失。

4.1.6 遠程升級功能

終端具備遠程更新主機程序的功能。

4.2 系統軟件功能

4.2.1 服務器端軟件功能

具有4G（5G）網絡數據處理功能，車輛的狀態、車輛的設備情況和報警的信息通過4G（5G）網絡傳達給服務器端，所有的車輛的運行情況通過服務器專用數據庫來進行存儲。狀態包括速度、方向、位置、報警信息等，并且通過專用的數據庫管理對客戶端軟件進行管理。

4.2.2 電子地圖功能

具備地圖圖層標注顯示、地圖放大、地圖縮小、測距、地圖漫游、地圖興趣點標注等功能。

4.2.3 數據庫管理功能

具有為用戶提供數據庫管理以及查詢、統計報表等，包括車輛信息管理、用戶資料數據管理、駕駛員管理、位置管理、系統用戶的管理、車輛信息日志管理、工作站站指令日志管理、地理目標數據管理、車輛軌跡信息的查詢、維護、車輛報警數據的查詢、維護、車輛軌跡報表的生成、打印。

4.3 系統的技術創新

（1）率先在國內實現純北斗定位的技術應用推廣，改變原有以GPS 定位或者北斗GPS 雙定位的模式，使系統的應用更具有國產化推廣意義；

（2）系統直接應用4G 全網通傳輸網絡，并可以在5G 網絡成熟后進行二次技術升級兼容5G 網絡，使系統的數據傳輸效率大大提升；

（3）運用電子地圖精細顯示移動目標的實時位置，實現自主化地圖圖標標識標注。

（4）系統終端具備實時視頻和語音錄像功能，具備高效的編碼傳輸能力，可實現雙向語音對講功能。

（5）系統終端集成ADAS 高級駕駛輔助系統，提醒駕車者注意異常的車輛或道路情況，最大程度上保證行車安全。

（6）系統終端集成DSM 司機狀態監控系統，可對車輛駕駛員駕駛行為進行實時監控，預防司機疲勞駕駛、違規駕駛等情況。

5 結束語

交通運輸行業是北斗系統最大的民用用戶之一，2018年8月，交通運輸部辦公廳第115 號文《關于推廣應用智能視頻監控報警技術的通知》明確指出，要積極做好智能視頻監控報警技術的推廣應用，鼓勵支持道路運輸企業在既有三類以上班線客車、旅游包車、危險貨物道路運輸車輛、農村客運車輛、重型營運貨車（總質量12噸及以上）上安裝智能視頻監控報警裝置，正式拉開國家層面推進安裝智能視頻監控系統的序幕，目前全國已有近700 萬輛“兩客一危”及貨運車輛安裝北斗車載終端，建成全國重點營運車輛聯網聯控系統和全國道路貨運車輛公共監管與服務平臺，實現道路運輸重點營運車輛衛星定位信息的全國聯網，推動營運車輛動態監管工作，有效解決了長期以來在車輛運輸過程中“看不見、聽不到、管不著”的問題，可以預見，在國家政策不斷深化推廣以及技術的不斷創新，基于“北斗+”車載4G（5G）視頻監控系統將迎來更為廣闊的市場發展空間與技術創新空間。