新型智能網(wǎng)聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)在智能集卡車上的應(yīng)用

王偉平

摘 ?要：隨著智能車時(shí)代的發(fā)展，在智能化車輛技術(shù)不斷進(jìn)行技術(shù)革新的過(guò)程中，需要有完備的監(jiān)控系統(tǒng)保證其運(yùn)行安全。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的監(jiān)控技術(shù)的調(diào)研，提出一種適用于智能集卡車上的完備的智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多路CAN信號(hào)采集、多路高清視頻采集、以及云監(jiān)控功能。多路高清視頻采集能覆蓋車身長(zhǎng)、盲區(qū)大以及可拆卸后掛等集卡車特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)死角監(jiān)控;多路CAN信號(hào)采集則能全面記錄車輛以及智能集卡車上搭載的多種傳感器數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng);集卡車;多路CAN信號(hào)采集;多路高清視頻采集;云監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TN971.+1 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2020）06-0073-05

Abstract： With the development of intelligent vehicle technology and the continuous technological innovation in the era of intelligent vehicle， it is necessary to have a complete monitoring system to ensure its operation safety in the process of technology maturity. Based on the analysis of the existing technology level， a complete intelligent network monitoring system suitable for intelligent pickup truck is proposed. The system realizes the functions of multi-channel CAN signal acquisition and High-Digital video acquisition and cloud monitoring. The multi-channel high-definition video acquisition covers the whole truck with long body and without any monitoring blind angle to blind areas usually for the driver. In addition， multi-channel CAN signal acquisition can realize a comprehensively data record from various sensors on vehicles and intelligent trucks.

Key Words： Intelligent Network Monitor System; Collection Truck; Multi-channel CAN Data Collection; Cloud

引言

按照上海市經(jīng)信委和上海市公安局、上海市交通委聯(lián)合制訂的《上海市智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試管理辦法》[1]提出并組織開(kāi)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試或示范應(yīng)用申請(qǐng)的主體具備車輛狀態(tài)在線監(jiān)控功能，能夠?qū)崟r(shí)回傳下列第1、2、3項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，能夠自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)在車輛事故或者失效狀況發(fā)生前至少90秒的下列數(shù)據(jù)信息：1.車輛控制模式;2.車輛位置;3.車輛速度、加速度等;4.環(huán)境感知與響應(yīng)狀態(tài);5.車輛燈光、信號(hào)實(shí)時(shí)狀態(tài);6.車輛外部360度視頻監(jiān)控情況;7.測(cè)試駕駛?cè)撕腿藱C(jī)交互狀態(tài)的車內(nèi)視頻及語(yǔ)音監(jiān)控情況;8.車輛接收的遠(yuǎn)程控制指令;9.車輛故障情況。

而傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備是以視頻為主，基本上是模數(shù)以及模擬交叉使用的監(jiān)控設(shè)備[2]。目前車載監(jiān)控設(shè)備在智能車發(fā)展的帶領(lǐng)下，正在步向多元化、智能化、數(shù)字化發(fā)展。常規(guī)車載監(jiān)控系統(tǒng)在我國(guó)具有廣泛的應(yīng)用，由傳統(tǒng)的單端模式，逐漸往云端集中化統(tǒng)一監(jiān)控過(guò)度[3]-[4]，據(jù)西安公交巴士股份有限公司介紹，該公司使用車載監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)車輛的全面監(jiān)控，使相關(guān)管理人員及時(shí)把握車內(nèi)車外情況，保障行人的安全出行及公交的統(tǒng)一管理，根據(jù)公交車類型不同使用4-6相機(jī)監(jiān)控視頻、車輛CAN總線數(shù)據(jù)、GPS定位數(shù)據(jù)記錄以及云監(jiān)控功能。

由于集卡車具有車身長(zhǎng)、盲區(qū)大、運(yùn)行顛簸、可拆卸后掛車等問(wèn)題，原有的設(shè)備需要應(yīng)用在集卡車上實(shí)現(xiàn)全時(shí)段多相機(jī)，車身360度無(wú)死角監(jiān)控，具有一定困難。現(xiàn)對(duì)應(yīng)用在智能集卡車上的智能網(wǎng)聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)需求如下：

（1）需要對(duì)集卡車進(jìn)行艙內(nèi)艙外全方位視頻監(jiān)控;

（2）需要接入多組攝像頭信號(hào)同時(shí)采集;

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊需要考慮車輛顛簸帶來(lái)?yè)p壞風(fēng)險(xiǎn);

（4）可拆卸后掛車需要監(jiān)控設(shè)備對(duì)攝像頭數(shù)量變化進(jìn)行自適應(yīng)處理;

（5）在提供多組視頻信號(hào)的同時(shí)需要適應(yīng)智能車發(fā)展，表現(xiàn)在需要進(jìn)行多路CAN數(shù)據(jù)以及實(shí)時(shí)GPS數(shù)據(jù)采集，并實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)之間的同步;

（6）同時(shí)需要將相應(yīng)的數(shù)據(jù)上報(bào)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

1 ? ?系統(tǒng)組成及優(yōu)勢(shì)

1.1 ? 硬件組成

新型智能網(wǎng)聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分如圖1所示，由主處理芯片、相機(jī)接入模塊、CAN處理模塊以及各種外圍設(shè)備組成：

（1）硬件設(shè)計(jì)3組四合一相機(jī)連接模塊，可支持同時(shí)接入最多12個(gè)相機(jī);

（2）系統(tǒng)通過(guò)主從MCU進(jìn)行并行處理，提高處理速度，兩組處理器之間通過(guò)SPI進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及時(shí)鐘同步;主MCU需要進(jìn)行所有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)（音視頻，CAN）記錄以及云平臺(tái)通訊功能，因此在芯片選型上需要在編碼能力以及CPU處理能力上考量，目前系統(tǒng)使用是英偉達(dá)TX2。從MCU則需要在CAN數(shù)量，CPU主頻，車載級(jí)別等方面權(quán)衡考量，系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中選型芯片有NXP的MPC57xx、MPC56xx、MPC55xx;Infineon的XMC1400、TC29xT、TC37xTX等芯片。

（3）CAN處理器性能支持最多6組CAN同時(shí)接入，且具有后續(xù)擴(kuò)展能力;

（4）電源部分設(shè)計(jì)了備用可充電電池，為車輛掉電后數(shù)據(jù)錄制提供保證，滿足法規(guī)要求;

（5）系統(tǒng)提供兩種存儲(chǔ)設(shè)備接入接口，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議支持4G、WIFI、千兆以太網(wǎng)，同時(shí)系統(tǒng)支持ublox/M8L不同精度GPS定位功能。

1.2 ? 系統(tǒng)架構(gòu)

新型智能網(wǎng)聯(lián)監(jiān)控應(yīng)用程序部分的系統(tǒng)框架如圖2所示，音頻數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)以及多組相機(jī)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)接收模塊處理，原始相機(jī)數(shù)據(jù)直接使用GPU進(jìn)行處理，該過(guò)程每相機(jī)數(shù)據(jù)需要分別進(jìn)行一次數(shù)據(jù)拷貝以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，如圖所示3，通過(guò)時(shí)序控制最大化利用內(nèi)存空間，數(shù)據(jù)最后通過(guò)顯存動(dòng)態(tài)拼接多相機(jī)畫面后，并將數(shù)據(jù)傳出給HDMI顯示模塊以及Recorder（數(shù)據(jù)記錄模塊），HDMI通訊接口能夠?qū)?shí)時(shí)相機(jī)畫面顯示于屏幕便于司機(jī)或者相關(guān)工作人員觀察車輛倉(cāng)內(nèi)以及倉(cāng)外情況。

Recorder將所有輸入數(shù)據(jù)利用定時(shí)器進(jìn)行幀同步，定時(shí)器根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)置幀率定時(shí)，截取每幀拼接后相機(jī)數(shù)據(jù)以及音頻進(jìn)行H264以及音頻編碼生成視頻文件，編碼后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)RTMP協(xié)議（Real Time Messaging Protocol，實(shí)時(shí)消息傳輸協(xié)議）推送音視頻數(shù)據(jù)，RTMP協(xié)議用于在平臺(tái)之間傳遞視音頻以及數(shù)據(jù)，其實(shí)現(xiàn)基于TCP-IP協(xié)議上，因此能提供可靠的交互、互聯(lián)網(wǎng)上傳輸時(shí)不會(huì)出現(xiàn)丟包情況[5]，從而保證云平臺(tái)以及監(jiān)控APP可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)可靠的、低延時(shí)的推流顯示。幀間獲取的原始CAN數(shù)據(jù)以及GPS數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)協(xié)議壓縮記錄當(dāng)前幀號(hào)以及時(shí)間戳等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成協(xié)議文件。

數(shù)據(jù)后處理主要提供云交互、設(shè)備維護(hù)以及場(chǎng)景標(biāo)注等功能。APP端監(jiān)控程序可通過(guò)WIFI連接能夠?qū)崟r(shí)播放視頻數(shù)據(jù)，當(dāng)車輛運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常情況，司機(jī)可通過(guò)APP打點(diǎn)功能，將打點(diǎn)瞬間的前后30s音視頻以及協(xié)議數(shù)據(jù)上傳平臺(tái)服務(wù)器，管理員根據(jù)上傳的固定場(chǎng)景數(shù)據(jù)迅速定位分析。云交互功能提供設(shè)備與云平臺(tái)握手認(rèn)證，并下發(fā)平臺(tái)命令（如重啟、OTA升級(jí)等），同時(shí)收集將系統(tǒng)當(dāng)前主要性能狀態(tài)以及異常狀態(tài)上報(bào)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)日常維護(hù)功能。

Monitor是為保證設(shè)備正常運(yùn)行一組監(jiān)控模塊，其功能實(shí)現(xiàn)檢查當(dāng)前應(yīng)用程序運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)上報(bào)平臺(tái)，監(jiān)控人員可及時(shí)掌握車輛狀態(tài)。同時(shí)該模塊具有一定的應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，如恢復(fù)應(yīng)用程序運(yùn)行、修復(fù)可能由于顛簸導(dǎo)致的硬盤損壞以及切換冗余存儲(chǔ)設(shè)備等功能，最大限度保障監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)錄制的完整性。

1.3 ? 監(jiān)控性能

新型智能網(wǎng)聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)提供錄制視頻比特率能達(dá)到3000Mbps，硬件設(shè)計(jì)12路LVDS相機(jī)接口，其中4路相機(jī)接口做后續(xù)升級(jí)以及備份使用，目前軟件性能可同時(shí)支持8路相機(jī)接入，能為監(jiān)控提供高清視頻素材。平臺(tái)推流比特率能達(dá)到100Mbps，20fps。同時(shí)CAN接收能夠支持6組CAN同時(shí)接入，能同時(shí)記錄多組傳感器信號(hào)以及多組車輛CAN信號(hào)，便于后續(xù)數(shù)據(jù)分析以及監(jiān)控。設(shè)備支持接入1Tb硬盤作為主存儲(chǔ)設(shè)備，以SD卡作為冗余存儲(chǔ)設(shè)備，保證數(shù)據(jù)錄制完整性。

云平臺(tái)可實(shí)時(shí)獲得設(shè)備在線狀態(tài)，并在線情況下實(shí)時(shí)定位車輛位置，同時(shí)平臺(tái)端可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控。車輛以及傳感器的CAN數(shù)據(jù)可通過(guò)客戶自定義信號(hào)上傳平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)整體監(jiān)控。

該設(shè)備具有獨(dú)立的掉電存儲(chǔ)模塊，能保證在車輛熄火后能夠堅(jiān)持系統(tǒng)工作3分鐘以上，保證車輛意外掉電后數(shù)據(jù)記錄，滿足法規(guī)要求能夠自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)在車輛事故或者失效狀況發(fā)生前至少90秒的數(shù)據(jù)。

2 ? ?應(yīng)用實(shí)例

新型智能網(wǎng)聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)在智能集卡車上的應(yīng)用實(shí)例如圖4所示，系統(tǒng)接入8相機(jī)（5個(gè)水平fov192°、垂直fov134°，3個(gè)水平fov120°、垂直fov105°，分辨率均為1280x720），艙外相機(jī)分別布置了6組相機(jī)，車頭以及后掛車使用水平120°相機(jī)（1、6），主要考慮是能監(jiān)控前后較遠(yuǎn)區(qū)域，因此使用畸變較小的相機(jī);車身部分使用了4個(gè)水平192°相機(jī)（2-4）進(jìn)行盲區(qū)覆蓋;艙內(nèi)使用了120°相機(jī)（7）安裝于集卡車副駕駛位前方A柱，用于艙內(nèi)駕駛員以及乘客監(jiān)控;車頭與掛車鏈接部分使用水平192°相機(jī)，針對(duì)掛車轉(zhuǎn)彎時(shí)出現(xiàn)車頭與車身偏離時(shí)出現(xiàn)的盲區(qū)監(jiān)控。

圖5所示為車輛CAN數(shù)據(jù)連接示例：OBD以及動(dòng)力CAN可提供車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控（如方向盤轉(zhuǎn)角，車速，檔位等）;智能駕駛CAN通道（以下稱智駕CAN）提供車輛的駕駛模式信息（人工駕駛/自動(dòng)駕駛）;RTK+IMU提供精確定位信息、Radar提供障礙物位置探測(cè)信息，兩者是智能駕駛中常用的感知系統(tǒng)重要組成部分，同時(shí)也是決策控制的重要數(shù)據(jù)來(lái)源。該新型智能網(wǎng)聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)能將通過(guò)CAN總線信號(hào)監(jiān)聽(tīng)（Listen only）所有數(shù)據(jù)記錄并根據(jù)客戶自定義信號(hào)推送云平臺(tái)，為智能出行提高安全系數(shù)。

3 ? ?總結(jié)

針對(duì)集卡車具有車身長(zhǎng)、盲區(qū)大以及可拆卸后掛車等特點(diǎn)，本文提出一種適用于智能集卡車的車載監(jiān)控系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)無(wú)死角艙外以及艙內(nèi)多路高清視頻、服務(wù)于智能駕駛的多路CAN通道監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)記錄以及云監(jiān)控等功能。系統(tǒng)目前可提供8路相機(jī)數(shù)據(jù)（1280×720分辨率）以及6路CAN 通道同時(shí)采集。目前該系統(tǒng)在智能集卡車上具有廣泛應(yīng)用，每天云平臺(tái)具有2000-3000公里里程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)生成，并不斷在擴(kuò)大規(guī)模中。統(tǒng)計(jì)正常運(yùn)營(yíng)的監(jiān)控設(shè)備，累加所有設(shè)備總在線時(shí)間在2800小時(shí)內(nèi)，系統(tǒng)故障率小于5%，其中60%為配件故障。

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)監(jiān)控設(shè)備擴(kuò)展相機(jī)數(shù)量以及CAN通道數(shù)量提出了需求，該系統(tǒng)下一步優(yōu)化方向除了擴(kuò)展通道外，接入更多種通訊協(xié)議傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)控如LIN，TCP-IP等。

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