面向車聯(lián)網(wǎng)的車載智能終端及其實(shí)現(xiàn)探究

摘 要：隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的汽車設(shè)計(jì)開始注入新的元素，將汽車的傳統(tǒng)功能與現(xiàn)代的信息技術(shù)結(jié)合起來(lái)，為用戶帶來(lái)了更加便捷、安全的體驗(yàn)。車聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)全新的概念，主要是指將汽車的行駛狀況與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，通過(guò)對(duì)汽車自身的運(yùn)行狀況與周圍的環(huán)境信息進(jìn)行綜合分析，來(lái)對(duì)駕駛員進(jìn)行正確的引導(dǎo)，從而避免了交通事故的出現(xiàn)，提高汽車的通行效率。由于技術(shù)發(fā)展還不成熟，在車聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐階段還存在著一些問(wèn)題，汽車生產(chǎn)企業(yè)相互間的互通性差，成本昂貴，無(wú)法將這一技術(shù)在不同的車型上進(jìn)行普及運(yùn)用。隨著科技的發(fā)展，車載智能終端開始問(wèn)世，大大適應(yīng)了用戶的需求與汽車工業(yè)的發(fā)展。本文重點(diǎn)將以車聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，對(duì)車載智能終端設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行研究，并將其的實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行論證。車載終端主要包括在汽車的嵌入式終端上安裝有攝像機(jī)、GPS接收器以及無(wú)線網(wǎng)卡等，通過(guò)主控單元與運(yùn)行環(huán)境結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境的感知與數(shù)據(jù)傳輸；除了在硬件上進(jìn)行升級(jí)外，在軟件方面也進(jìn)行了更深層次的更新，利用汽車對(duì)感知影像的分析，自動(dòng)提取車道線、計(jì)算車輛之間的距離、利用編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)極高的時(shí)效性、實(shí)現(xiàn)車與車之間的信息交互，這些功能的實(shí)現(xiàn)都會(huì)大大提高車載系統(tǒng)的可靠性，滿足汽車工業(yè)的發(fā)展與用戶的需求，進(jìn)一步提高人與汽車的交互性與行駛安全性、高效性。

關(guān)鍵詞：智能終端；車聯(lián)網(wǎng)；安全；車道線識(shí)別；GPS；嵌入式

隨著改革的開放與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的汽車工業(yè)正以極高的速度進(jìn)行增長(zhǎng)，大大促進(jìn)了公路交通事業(yè)的的前進(jìn)。未來(lái)，我國(guó)將建設(shè)成為公路、鐵路、航空立體網(wǎng)絡(luò)交通格局，這其中公路占到了主要組成部分。公路交通的安全系數(shù)高、平穩(wěn)性強(qiáng)、適應(yīng)性高，機(jī)動(dòng)車的保有量將會(huì)在2015年有望突破15000萬(wàn)輛。隨著汽車數(shù)量的增加，所帶來(lái)的問(wèn)題也成為城市管理者與規(guī)劃規(guī)劃部門需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。汽車數(shù)量的增加首先會(huì)帶來(lái)安全問(wèn)題，傳統(tǒng)的汽車功能在安全性方面普遍不高，2010年度，因?yàn)榻煌ㄊ鹿试斐傻娜藛T傷亡數(shù)量已經(jīng)達(dá)到六萬(wàn)人以上，事故數(shù)量與傷亡人數(shù)每年都會(huì)呈現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)。

隨著汽車科技的不斷提高，汽車的速度被不斷提高，而汽車駕駛員的駕駛技術(shù)卻沒有明顯的進(jìn)步，在道路行駛中不斷有違反道路交通法規(guī)、違反行車文明的行為出現(xiàn)。數(shù)據(jù)表明，汽車事故主要有尾隨相撞、超速、疲勞駕駛、側(cè)面碰撞、與其他的靜物相撞等。尾隨相撞的原因大部分是對(duì)于突然的剎車沒有及時(shí)的反應(yīng)，距離太近造成追尾，碰撞靜物則主要是駕駛員的水平不夠引起，對(duì)于汽車周圍的事物沒有進(jìn)行充分的判斷。對(duì)于行車安全主要從兩方面入手，首先是對(duì)駕駛員水平的提高，目前所有的駕校已經(jīng)提高了考核要求，并進(jìn)行了明確規(guī)定，對(duì)于發(fā)生事故的車輛進(jìn)行溯源追蹤，對(duì)于駕駛證的考取也進(jìn)行了更嚴(yán)格的考核，由三項(xiàng)考核變成了四個(gè)階段的考核，采用GPS定位技術(shù)對(duì)考試過(guò)程進(jìn)行核定，避免了人為因素在考試過(guò)程的影響。另一方面就是對(duì)汽車科技的更新，通過(guò)對(duì)汽車設(shè)備的技術(shù)提升，讓汽車感應(yīng)到周圍環(huán)境的因素，輔助駕駛員對(duì)周圍進(jìn)行提前充分判斷，避免造成安全事故。

目前應(yīng)用于汽車的ABS（制動(dòng)防抱死系統(tǒng)）、EBD（電子制動(dòng)分配）、ASR（牽引力控制系統(tǒng)）與ESP（智能汽車穩(wěn)定電控系統(tǒng)）等先進(jìn)的設(shè)備與系統(tǒng)均可以從一定程度上減少了事故的發(fā)生，這些設(shè)備屬于主動(dòng)安全設(shè)備。其他的主安全設(shè)備還包括信號(hào)處理系統(tǒng)，隨著視覺系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步，信號(hào)處理、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)開始應(yīng)用于汽車上，可以對(duì)駕駛員的視野進(jìn)行充分保護(hù)，對(duì)駕駛員的生理指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免不符合要求的駕駛員上道行駛。這些技術(shù)都可以大大減少事故發(fā)生的可能性，但由于各個(gè)汽車生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于技術(shù)的研究各自為政，對(duì)于相互間的通用性設(shè)計(jì)并沒有進(jìn)行充分，車與車之間的信息傳輸還存在一定的障礙。

車聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)利用信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)所有的車輛信息均可以進(jìn)行信息提取，平臺(tái)為汽車提供監(jiān)管與綜合服務(wù)。在車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成中，智能終端主要是指汽車或人需要通過(guò)車聯(lián)網(wǎng)來(lái)得到相應(yīng)服務(wù)的實(shí)體，基礎(chǔ)設(shè)施包括信息采集點(diǎn)、交通設(shè)施等，而交通管理與控制則主要是區(qū)域控制實(shí)體，如交通控制中心等。車聯(lián)網(wǎng)的車載智能終端能夠?qū)崿F(xiàn)車與車間的信息傳輸，具有高效、環(huán)保、智能的特點(diǎn)，為駕駛員提供安全服務(wù)，是汽車工業(yè)未來(lái)發(fā)展的方面與趨勢(shì)。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

我國(guó)的汽車工業(yè)發(fā)展起步較晚，與國(guó)外存在著一定的差距，但由于發(fā)展速度快，在近幾年來(lái)已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域取得了不錯(cuò)的成績(jī)。在車載智能終端的研究領(lǐng)域，我國(guó)與世界范圍的先進(jìn)國(guó)家水平保持聯(lián)系但不盡相同。系統(tǒng)的研究需要結(jié)合各國(guó)的實(shí)際情況與根本需求，來(lái)制定準(zhǔn)確的發(fā)展趨勢(shì)。

1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

由于我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展起步晚，技術(shù)成熟度還不高，目前人們主要關(guān)心的問(wèn)題還停留在汽車的使用性能上，而對(duì)于安全與其他的智能階段的需求還不是很旺盛。但目前隨著世界范圍內(nèi)對(duì)汽車智能化研究的發(fā)展，我國(guó)的一些企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)也已經(jīng)開始了這一方面的分析。2007年前，武漢大學(xué)的陳立家就已經(jīng)開始了對(duì)無(wú)線傳輸協(xié)議的研究，對(duì)其分類進(jìn)行了闡述；2008年，重慶的李麗君等對(duì)車載自組網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)與應(yīng)用分類進(jìn)行了分析，指出了未來(lái)信息廣播的新型模式思考與方面；2009年湖面大學(xué)的肖玲等對(duì)車載自組網(wǎng)絡(luò)的建模仿真方法進(jìn)行了研究。

除了民間進(jìn)行一系列的研究外，我國(guó)從政策上也已經(jīng)開始了對(duì)車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)注。2010年，在我國(guó)無(wú)錫召開的物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，對(duì)智能交通、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了討論，國(guó)內(nèi)大學(xué)與科研機(jī)構(gòu)對(duì)車聯(lián)網(wǎng)的智能車載終端開始了更為深入的研究。2010樣，長(zhǎng)安汽車對(duì)車道的偏離與障礙物預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出了可以自行判斷前方障礙、提前預(yù)警功能的樣車。目前車聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備已經(jīng)在客車上有了應(yīng)用，結(jié)合了數(shù)據(jù)采集、車輛身份信息、可視倒車?yán)走_(dá)等功能。[1]

1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

隨著無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展與3G網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)，全球?qū)τ谲囕d智能終端的研究早已經(jīng)開始，十年前美國(guó)就已經(jīng)為汽車車輛間的信息傳輸專門分配了頻段，2005年，歐洲成立了車輛間通信聯(lián)盟。雖然各國(guó)均已經(jīng)意識(shí)到智能化是未來(lái)科技發(fā)展的顯明特征，但對(duì)于車載智能終端的研究，國(guó)外目前主要處于研究與測(cè)試階段。

歐盟的CVIS計(jì)劃從2006年已經(jīng)開始，已經(jīng)有大量的大學(xué)、政府與其他企業(yè)組織參與其中，它主要是將汽車與汽車周圍的道路附近的基礎(chǔ)設(shè)施間進(jìn)行信息交互，目的為了提高道路交通運(yùn)輸?shù)男剩欢绹?guó)的ITS計(jì)劃是為了進(jìn)行交通系統(tǒng)運(yùn)行方案的設(shè)計(jì)，計(jì)劃利用五年的時(shí)間建立起車輛間的無(wú)線通信，并對(duì)車輛與基礎(chǔ)設(shè)施間的通信進(jìn)行解決；日本政府與民間的多個(gè)企業(yè)結(jié)合，開展了Smartway計(jì)劃，主要為了解決交通擁堵的問(wèn)題。

就汽車生產(chǎn)企業(yè)而言，對(duì)于車載智能終端的的研發(fā)，主要有美國(guó)通用的安吉星汽車安全信息系統(tǒng)、日本的G-BOOK智能副駕系統(tǒng)與寶馬公司的IDS等。這些計(jì)劃的根本都是將車載設(shè)備與控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。比如某公司的汽車事故時(shí)，通過(guò)觸動(dòng)的安全裝置可以將汽車的GPS定位信息自動(dòng)傳輸?shù)娇刂浦行?，從而?duì)救援形成良好的傳遞，提高救援效率。另外通過(guò)這條通道，可以實(shí)現(xiàn)話務(wù)員提醒、資訊信息、網(wǎng)絡(luò)地圖接收等，大大提高駕駛員的提前判斷能力，避免了隱性事故的發(fā)生。[2]

從整體上來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于車載智能終端的研究還處于開始階段，正在進(jìn)行積極的努力。但由于沒有一個(gè)全面的大局指導(dǎo)，缺乏相互間的車聯(lián)網(wǎng)通信接口標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同。同時(shí)對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、控制中心的研究也還處于初步階段。

2 面向車聯(lián)網(wǎng)的車載智能終端及其實(shí)現(xiàn)探究

市場(chǎng)需求指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)計(jì)，本文首先對(duì)系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行闡述，明確市場(chǎng)上對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展方面需求。對(duì)于目前面臨的問(wèn)題、解決方向進(jìn)行明確。對(duì)于車載智能終端的設(shè)計(jì)整體框架進(jìn)行明確論證，通過(guò)對(duì)硬件、軟件兩個(gè)方面的主要技術(shù)研究，對(duì)信息采集、信號(hào)處理以及控制管理方面進(jìn)行充分介紹。

2.1 系統(tǒng)功能的需求介紹

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求汽車對(duì)周圍的環(huán)境有一個(gè)全面的判斷，提前感知潛在危險(xiǎn)因素。傳統(tǒng)的智能終端首先要對(duì)汽車自身運(yùn)行狀況進(jìn)行充分的監(jiān)測(cè)，對(duì)汽車的車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車道方面的信息進(jìn)行上傳，通過(guò)云處理，為平臺(tái)提供真實(shí)的數(shù)據(jù)，確保信息處理中心基于準(zhǔn)確的信息進(jìn)行判斷并發(fā)送相應(yīng)的服務(wù)信息。另一方面，現(xiàn)代智能終端需要結(jié)合車輛以外的環(huán)境進(jìn)行感知并進(jìn)行上傳。因素主要包括汽車附近的其他的車輛信息，如車牌、型號(hào)、車道等，包括路況信息，如路面情況、車道數(shù)量與車道線的清晰度、指令等，還包括天氣信息，如光線的強(qiáng)弱，雨雪天氣的判斷等，這些信息的綜合才能為信息的處理與新指令的發(fā)出提供最全面的基礎(chǔ)。[3]

系統(tǒng)的具體功能主要體現(xiàn)在七個(gè)方面。第一是對(duì)汽車與前后車輛間的距離進(jìn)行判斷測(cè)量，設(shè)置安全距離，當(dāng)距離低于安全距離時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)預(yù)警，提醒駕駛員進(jìn)行注意，避免過(guò)近的距離造成追尾，目前在某汽車品牌應(yīng)用中，已經(jīng)開始使用自動(dòng)減速功能，在汽車識(shí)別到前車突然剎車時(shí)，由于駕駛員無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)判斷，汽車智能系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)減速，避免發(fā)生碰撞；第二是數(shù)據(jù)的先期處理。車載終端能夠?qū)ζ嚨腉PS信息、采集到的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理，這其中主要包括對(duì)圖像壓縮編碼的處理與GPS信息的準(zhǔn)確校正。第三是進(jìn)行數(shù)據(jù)與控制中心的上傳。目前數(shù)據(jù)主要有兩種形式，媒體流與指令流，前者主要包括圖像流與音頻流，后者主要包括車載智能終端的登錄信息、車輛自身的運(yùn)行等信息流。

第四是語(yǔ)音呼叫。目前駕駛員在遇到特殊情況時(shí)，多是采用另外的非車載通信工具進(jìn)行呼叫，而通過(guò)車載系統(tǒng)時(shí)，駕駛員可以在極短的時(shí)間內(nèi)僅僅觸動(dòng)汽車的一個(gè)按鍵，就可以發(fā)出呼叫指令，車載終端會(huì)將車輛的位置信息與圖片進(jìn)行上傳，控制中心則會(huì)與救援中心高效聯(lián)系，大大提升救援效率。每一分鐘的耽誤都有可能會(huì)造成人員的傷亡，事故后的每一秒鐘對(duì)駕乘人員來(lái)說(shuō)都是極寶貴的；第五是行車周圍的環(huán)境信息的采集。車載終端能夠?qū)μ鞖馇闆r、周圍的車輛信息進(jìn)行實(shí)時(shí)提取，天氣情況與車輛信息主要是由控制中心通過(guò)某傳輸途徑進(jìn)行發(fā)布，來(lái)源則是通過(guò)GPS位置的天氣預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)與其他車輛上傳的實(shí)時(shí)車輛數(shù)據(jù)；第六是車輛的定位與軌跡回收?？刂浦行幕虮O(jiān)控終端能夠?qū)δ耻囕v的實(shí)時(shí)位置進(jìn)行圖像查看，并可以對(duì)車輛的運(yùn)行軌跡進(jìn)行回放監(jiān)控，大大提高責(zé)任追溯，協(xié)助公安機(jī)關(guān)進(jìn)行特定信息采集；第七是現(xiàn)場(chǎng)的圖像顯示，目前在一些控制中心已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某一車輛的現(xiàn)場(chǎng)圖片查看，系統(tǒng)需要將這些信息傳輸?shù)奖O(jiān)控終端中實(shí)現(xiàn)信息共享。

2.2 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)分析

車載智能終端以目前技術(shù)成熟的ARM芯片為核心，采用ARM1176JZF-S，處理器芯片為三星S3C6410A，它的主頻設(shè)定為533MHZ。系統(tǒng)的外圍電路主要包括接口電路與處理器的連接，通過(guò)PCB設(shè)計(jì)完成。外圍電路主要包括3G網(wǎng)卡、LCD屏、揚(yáng)聲器，另外還包括GPS接收器與攝像頭等。圖一為系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)圖。

系統(tǒng)的工作流程首先是注冊(cè)登錄，其次是數(shù)據(jù)傳輸與交換，最后是退出。本文重點(diǎn)對(duì)硬件結(jié)構(gòu)中的語(yǔ)音模塊接口電路、GPS定位模塊接口電路、液晶屏模塊接口電路進(jìn)行研究。[4]

2.2.1 語(yǔ)音模塊接口電路

車載智能終端采用的三星處理器芯片支持I2S、PCM、AC97等幾種常用的音頻接口。本系統(tǒng)主要采用AC97接口。它主要包括兩個(gè)部分，音頻的編碼與解碼器、音頻的控制器。音頻編碼與解碼器主要起到模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換、音頻效果處理，音頻的控制器則是內(nèi)核與音頻編解碼器之間的數(shù)字接口，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與傳輸。

本系統(tǒng)采用的是WM9714來(lái)作為音頻編解碼器的芯片，由此電路引出一端為MAC錄音，另一端則為外接音頻輸出設(shè)備，如音響等。它的操作過(guò)程是，在SYNC變高的次時(shí)鐘周期，將維持16個(gè)BIT-CLK周期，傳遞當(dāng)前的狀態(tài)信息，第二個(gè)階段是SYNC將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，從BIT-CLK上升階段開始，接收的設(shè)備在時(shí)鐘下降時(shí)發(fā)出數(shù)據(jù)。[5]

2.2.2 GPS定位模塊接口電路

GPS定位是目前在在定位領(lǐng)域經(jīng)常談起的方法。本系統(tǒng)中主要是采用DB-9為GPS的接收器接口，其中的9個(gè)引腳分分別對(duì)應(yīng)著數(shù)據(jù)接收、發(fā)送、請(qǐng)求與允許等功能。GPS接收器與ARM11通過(guò)RS232協(xié)議進(jìn)行通信，在計(jì)算機(jī)的處理中，采用TTL電平，5V表示1，0V表示0。TTL采用高低電平表明邏輯狀態(tài)，EIA RS-232C采用正負(fù)電壓來(lái)明確邏輯狀態(tài)。需要在二者之間進(jìn)行邏輯變換，才能被識(shí)別，轉(zhuǎn)換芯片采用MAX232，采用5V單電源獨(dú)立供電。

ARM處理器在輸出TTL后，馬上會(huì)接入到轉(zhuǎn)換芯片的引腳，轉(zhuǎn)換出的RS232電平經(jīng)過(guò)串口線傳送到轉(zhuǎn)換器的另一引腳，再度恢復(fù)TTL電平，接入到GPS接收器的引腳，反向轉(zhuǎn)換基于同樣道理。

2.2.3 液晶屏模塊接口電路

現(xiàn)代的車載智能終端離不開屏幕的支撐。傳統(tǒng)的信號(hào)在人體接收后不會(huì)產(chǎn)生直觀的反應(yīng)，如音頻等，無(wú)法形成良好的交互作用。利用屏幕的方式，可以有效解決這一問(wèn)題。而目前有屏幕發(fā)展領(lǐng)域，多是采用液晶屏來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種可視化的交互，大大提高了信息傳遞效率。系統(tǒng)采用了TFT型LCD。[6]

LCD控制器主要有LCDCDMA、REGBANK與LPC3600等構(gòu)成。在這些組成中，REGBANK包括了十七個(gè)可以編程的寄存器與調(diào)色板信息存儲(chǔ)器，CDMA主要起到視頻數(shù)據(jù)傳遞的功能，通過(guò)另外的芯片進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)總線進(jìn)行LCD驅(qū)動(dòng)器傳輸，之后由LPC3600實(shí)現(xiàn)不同的驅(qū)動(dòng)器信息控制產(chǎn)生。圖二為L(zhǎng)CD控制器結(jié)構(gòu)框圖。

除了以上三種主要的接口電路外，還有其他的幾種接口電路，包括視頻采集模塊接口電路、按鍵控制模塊接口電路等，目前已經(jīng)發(fā)展的相對(duì)成熟，本文不進(jìn)行一一表述，可以借鑒其他領(lǐng)域的硬件設(shè)計(jì)圖操作。

2.3 車載智能終端軟件主要的技術(shù)

車載智能終端的系統(tǒng)除了硬件組成外，重點(diǎn)是對(duì)于軟件的選擇與研究。系統(tǒng)軟件主要包括嵌入式的車載終端軟件、遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件與服務(wù)器（控制器）端的軟件三大主要組成部分。嵌入式車載終端將信息通過(guò)采集數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，通過(guò)信息處理，由服務(wù)器端進(jìn)行信息發(fā)布，指導(dǎo)進(jìn)行相關(guān)的操作。[7]

在嵌入式車載終端中，主要的功能包括車輛的身份識(shí)別、相關(guān)信息采集、信息處理以及語(yǔ)音請(qǐng)求等。車輛的身份信息主要包括注冊(cè)、注銷與登錄的認(rèn)證；信息的采集主要包括PGS定位信息的獲取與車輛周圍信息的圖像采集；信息的處理包括GPS解析與圖像壓縮編碼、車道次的提取以及目標(biāo)車輛識(shí)別等。信息上傳則主要包括車輛標(biāo)識(shí)的信息、時(shí)間與自身運(yùn)行狀態(tài)信息的上傳；信息獲取包括控制中心發(fā)布的天氣情況、路況信息的獲取；語(yǔ)音請(qǐng)求主要是指用于救援的呼叫。在軟件實(shí)施技術(shù)中，本文重點(diǎn)對(duì)車輛安全距離預(yù)警系統(tǒng)、圖像GPEG編解碼、數(shù)據(jù)通信、后臺(tái)管理軟件系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

2.3.1 基于單目視覺的車輛安全距離預(yù)警分析

從相關(guān)數(shù)據(jù)可以知道，在當(dāng)前的車輛事故中，多數(shù)的事故是由于車輛追尾、相互碰撞導(dǎo)致，這從一定程度上來(lái)說(shuō)，車輛間的距離判斷失誤導(dǎo)致了事故的發(fā)生，如果距離可以提前準(zhǔn)確判斷，將會(huì)提前對(duì)車速進(jìn)行控制，避免了車禍的發(fā)生。車載智能終端首先要解決車輛間距的測(cè)量問(wèn)題。視覺測(cè)距的成本較低，精度相對(duì)高一些，為本系統(tǒng)所采用正是基于以上優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)汽車采集到的圖像信息解析出距離的判斷。通過(guò)圖像信息，可以對(duì)交通標(biāo)志、車道、車牌進(jìn)行識(shí)別。通過(guò)攝像技術(shù)與計(jì)算機(jī)處理能力的提高，視覺識(shí)別算法已經(jīng)相對(duì)成熟。在系統(tǒng)的流程中，首先，對(duì)車輛前方的圖像進(jìn)行特征判定，利用車道識(shí)別，結(jié)合圖像區(qū)域內(nèi)的車輛開頭特征對(duì)區(qū)域的車輛進(jìn)行識(shí)別，最后利用針孔模型來(lái)計(jì)算二者的距離。

在車輛高速運(yùn)行過(guò)程中，目標(biāo)數(shù)據(jù)主要為圖像的下半部分，這部分中，對(duì)于灰度、邊緣以及紋理方面都會(huì)有相對(duì)獨(dú)特的特征，有利于進(jìn)行分析，而上半部分的天空則不易被分析。本文通過(guò)裁減處理，重點(diǎn)對(duì)待處理區(qū)域進(jìn)行解析。通過(guò)對(duì)路面背景與路面標(biāo)線樣本進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)，路面背景的灰度值高于標(biāo)線的灰度值，而且路面背景在圖像中的比例要遠(yuǎn)高于標(biāo)線比例，在車道線與背景的邊緣處會(huì)有較大的灰度值起落。路面的紋理相對(duì)標(biāo)線的紋理更大一些，但標(biāo)線具有明顯的直線特征。[8]

在車輛前方圖像中解析出車道線信息，將會(huì)是視覺車輛輔助駕駛主動(dòng)安全性的基礎(chǔ)，目前車道的檢測(cè)技術(shù)主要是顏色檢測(cè)法。首先對(duì)白、黃顏色進(jìn)行HSV模型約束，尋找滿足條件的特征，對(duì)相似值進(jìn)行再度處理。除了以上算法，還可以基于灰度與形狀特征的車道識(shí)別進(jìn)行計(jì)算，首先是ROI提取，在圖像增強(qiáng)的處理下進(jìn)行二值化，通過(guò)連通標(biāo)記與邊界點(diǎn)探測(cè)，進(jìn)行線性擬合，通過(guò)這六個(gè)步驟，最終實(shí)現(xiàn)車道線的提取。

在得到路面的信息后，就需要對(duì)前方車輛進(jìn)行定位，車輛下的暗區(qū)將具有良好的可探測(cè)特征。最后進(jìn)行單目視覺測(cè)距。通過(guò)利用針孔模型，建立的坐標(biāo)系，由二維方向上的定位坐標(biāo)來(lái)計(jì)算出車輛與前方車輛的距離。

2.3.2 車載智能終端采集圖像的JPEG編解碼分析

隨著攝像技術(shù)的不斷發(fā)展，采集圖像所占空間越來(lái)越大，在不斷清晰的同時(shí)，也給信息的傳輸帶來(lái)了一定的困難。海量數(shù)字圖像傳輸勢(shì)必會(huì)受到通信線路的線路帶寬影響，系統(tǒng)的成本與計(jì)算機(jī)的處理能力也將會(huì)受到嚴(yán)峻的考驗(yàn)。所以在圖像處理方面首先要進(jìn)行壓縮，提高存儲(chǔ)與傳輸?shù)哪芰?，?lái)提高效率。

JPEG圖像壓縮首先會(huì)去掉圖像中的冗余信息，同時(shí)保留了圖像的有效信息，由于人眼的識(shí)別度，對(duì)高頻成分失真的敏感度差一些，所以可以進(jìn)行粗量化處理，對(duì)低頻分量進(jìn)行細(xì)量化處理。本系統(tǒng)采用有損壓縮，既可以消除掉沒有用的信息，同時(shí)也不會(huì)對(duì)人眼的識(shí)別產(chǎn)生較大的影響。在消除冗余方面，JPEG利用了DCT變換編碼、量化編碼與差分編碼技術(shù)，首先分塊處理，進(jìn)行離散性變換，對(duì)64個(gè)系數(shù)進(jìn)行編碼，對(duì)DC進(jìn)行差分編碼，對(duì)AC進(jìn)行行程編碼，最后進(jìn)行哈弗曼編碼。

而JPEG解碼器的設(shè)計(jì)則是對(duì)編碼進(jìn)行反向的運(yùn)行過(guò)程。首先，對(duì)直流與交流系數(shù)進(jìn)行解碼，其實(shí)就是查表的過(guò)程；編碼時(shí)對(duì)量化后的系統(tǒng)實(shí)行“之”字掃描，則解碼時(shí)需要進(jìn)行反“之”字掃描，形成新的系數(shù)矩陣；之后進(jìn)行反量化處理與反離散余弦變換，最后進(jìn)行YUV轉(zhuǎn)變?yōu)镽GB。通過(guò)這種編解碼的方式，成功將圖像進(jìn)行壓縮并讀出。壓縮后的圖像將會(huì)達(dá)到原來(lái)的三十分之一，大大緩解了網(wǎng)絡(luò)壓力，同時(shí)基于GPU的并行加速算法可以大大提高解碼速度，達(dá)到原來(lái)的八分之一。

2.3.3 車載智能終端的數(shù)據(jù)通信分析

在車載智能終端設(shè)計(jì)中，需要實(shí)現(xiàn)車輛與車輛之間的數(shù)據(jù)傳輸，加快信息交換，將圖片信息與音頻信息進(jìn)行交互。通信是制約系統(tǒng)的一大因素，系統(tǒng)的性能將會(huì)受到直接的影響。有線通信方式在可靠性與實(shí)時(shí)性方面已經(jīng)非常成熟，但對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的汽車而言，顯然是不現(xiàn)實(shí)的，所以需要采用無(wú)線通信的方式進(jìn)行。無(wú)線通信方式在車聯(lián)網(wǎng)中主要有短距離無(wú)線與長(zhǎng)距離無(wú)線兩種通信技術(shù)。短距離的無(wú)線通信主要有射頻識(shí)別技術(shù)，需要在高速公路的沿線設(shè)立無(wú)數(shù)個(gè)基站，每隔一定的距離與車載終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)成本非常大。而遠(yuǎn)距離的無(wú)線通信方式則主要是GPRS、GSM、CDMA與3G技術(shù)，這幾種方式主要是基于目前國(guó)內(nèi)幾大通信運(yùn)營(yíng)商模塊而形成的方式。如果通過(guò)GSM數(shù)據(jù)消息的方式進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度將會(huì)受到限制，傳輸長(zhǎng)信息時(shí)，會(huì)受到成本限制，而其他的通信方式也分別會(huì)有限制，3G無(wú)線通信是有別于普通的數(shù)據(jù)傳輸方式的。雖然它的成本目前來(lái)講還非常高，但在技術(shù)先進(jìn)性與數(shù)據(jù)傳輸速度上來(lái)講都是非常高的。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流可以分為實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)與歷史的數(shù)據(jù)，前者與服務(wù)器間通過(guò)TCP方式連接完成，歷史數(shù)據(jù)通過(guò)在線服務(wù)完成，這種查詢可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)交互，適應(yīng)于不同的平臺(tái)與應(yīng)用系統(tǒng)，有效保障了安全性。

車載智能終端與服務(wù)器間通過(guò)TCP/IP的協(xié)議進(jìn)行，數(shù)據(jù)格式包括幀代碼、長(zhǎng)度與內(nèi)容、結(jié)束符等。系統(tǒng)的傳輸層采用的TCP協(xié)議進(jìn)行，它是面向字節(jié)流的，可以實(shí)現(xiàn)流量有效控制、差錯(cuò)有效控制等。在應(yīng)用層僅需要定義相關(guān)的協(xié)議即可，在超出長(zhǎng)度后，可以自動(dòng)采用分片傳輸，通過(guò)循環(huán)調(diào)用recv函數(shù)來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)通訊過(guò)程。[9]

2.3.4 車載智能終端后臺(tái)管理軟件的實(shí)現(xiàn)

車載智能終端的后管理就是控制中心，通過(guò)信息發(fā)布的方式與汽車進(jìn)行信息交互，遠(yuǎn)程中心包含的數(shù)據(jù)主要有車輛的定位信息、行駛信息、現(xiàn)場(chǎng)圖片，一般采用C/S的模式進(jìn)行，天氣與路況信息通過(guò)在線服務(wù)進(jìn)行提供與查詢。

目前最常用的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)主要有Oracle、SQL Server與DB2等。從多個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)定后，Oracle的性能最為佳，已經(jīng)成為眾多客戶的首選。車載智能終端系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)的安全性、并行性要求非常高，宜采用此數(shù)據(jù)庫(kù)。

物理數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與訪問(wèn)的更高層次描述。為了將概念數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成特定的SQL腳本，需要將目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置為Oracle 10g，最后生成物理數(shù)據(jù)模型。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型強(qiáng)調(diào)的是數(shù)據(jù)與代碼組成的對(duì)象，采用具體的編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，采用C++，選擇生成面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，就可以完成。針對(duì)MapX的車輛位置動(dòng)態(tài)顯示與回放功能的應(yīng)用型GIS開發(fā)有獨(dú)立開發(fā)、單純二次開發(fā)、集成二次開發(fā)三種方式。車輛的位置是由控制中提供的服務(wù)之一，在軌跡方面，首先需要得到特定時(shí)間段內(nèi)的車輛GPS位置信息數(shù)據(jù)，通過(guò)路徑進(jìn)行繪制，由于已經(jīng)做了GPS校正，反應(yīng)出來(lái)的效果基本可以反應(yīng)實(shí)際情況。

3 系統(tǒng)集成及其測(cè)試分析

智能車載終端采用的是嵌入系統(tǒng)，它的主要界面包括視頻顯示區(qū)、程序處理記錄區(qū)與流水信息區(qū)、前后距離顯示區(qū)與控制面板組成。視頻圖像通過(guò)視頻區(qū)進(jìn)行顯示，時(shí)間間隔為0.5秒，系統(tǒng)會(huì)對(duì)視頻圖像進(jìn)行識(shí)別處理；程序處理記錄區(qū)對(duì)車輛的經(jīng)緯度與安全距離、系統(tǒng)的時(shí)間進(jìn)行顯示，經(jīng)緯度主要就是指汽車的GPS位置信息經(jīng)過(guò)校正后的結(jié)果，系統(tǒng)設(shè)定好安全距離后，識(shí)別的距離低于設(shè)定距離，將會(huì)引起系統(tǒng)的預(yù)警，語(yǔ)言播報(bào)提示；程序處理流水自信是對(duì)于一引起基本操作進(jìn)行記錄，如初始化數(shù)據(jù)、指令執(zhí)行信息與異常信息記錄等，此方法可以有并行進(jìn)行車輛操作追溯，便于公安部門對(duì)交通事件責(zé)任認(rèn)定時(shí)進(jìn)行判斷，同時(shí)有利于系統(tǒng)對(duì)駕駛員進(jìn)行指導(dǎo)。前后距離主要是指車輛與前后的車輛距離；在控制面板中包括有攝像頭初始化、啟動(dòng)識(shí)別、停止與語(yǔ)音對(duì)講等便捷功能，大大提高了駕駛者的安全能力。

遠(yuǎn)程控制中心則主要有浮動(dòng)車顯示區(qū)、鷹眼區(qū)域與在線的車輛列表組成，可以對(duì)某車輛進(jìn)行突出顯示、放大處理，在線車輛列表則是對(duì)所有的區(qū)域內(nèi)安裝有車載智能終端的車輛，每一輛車都可以進(jìn)行定位跟蹤、軌跡查詢與顯示、語(yǔ)音的連接等。

為了確保系統(tǒng)的使用效果，需要提前進(jìn)行測(cè)試。主要包括視覺測(cè)距測(cè)試、圖片對(duì)比、車輛定位測(cè)試與回放測(cè)試。通過(guò)這些測(cè)試的效果，來(lái)對(duì)系統(tǒng)的車載終端、控制終端進(jìn)行效果評(píng)價(jià)與修正。

4 總結(jié)

本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外的車載智能終端進(jìn)行描述，通過(guò)目前的研究現(xiàn)狀提出了面向車聯(lián)網(wǎng)的車載智能終端的總體設(shè)計(jì)方案。首先對(duì)市場(chǎng)需求進(jìn)行調(diào)研，明確需求的各個(gè)方面，無(wú)論是車輛終端需求還是控制中心需求，對(duì)系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用嵌入式的車載智能終端，利用模塊化的方案對(duì)硬件構(gòu)成進(jìn)行設(shè)計(jì)，支持視頻處理、移動(dòng)通信等多個(gè)模塊，并保留相關(guān)的擴(kuò)展接口，便于升級(jí)與擴(kuò)展。在軟件設(shè)計(jì)方面，提出了基于單目視覺的車輛距離預(yù)警法，通過(guò)多方面的特征實(shí)現(xiàn)車道的提取手段，設(shè)計(jì)了圖形的處理器，通過(guò)壓縮與解碼，實(shí)現(xiàn)了去除冗余信息的方式，大大提高了信息的傳輸效率，保證了圖像的質(zhì)量，通過(guò)3G的長(zhǎng)距離無(wú)線通信方式的運(yùn)用，將車輛自身的信息與周圍環(huán)境的信息及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行上傳，并實(shí)現(xiàn)車輛間的信息交互，提前預(yù)警潛在危險(xiǎn)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在車聯(lián)網(wǎng)新趨勢(shì)下，會(huì)有更多的技術(shù)出現(xiàn)，不斷完善目前在車載智能終端應(yīng)用中的難題。車聯(lián)網(wǎng)的趨勢(shì)將會(huì)更加智能化與快捷化，通過(guò)車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)安全性的提高、生活的便利與信息的傳達(dá)，為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展起到了極大的帶動(dòng)作用，真正為駕駛者帶來(lái)全新的體驗(yàn)與享受，為創(chuàng)新型社會(huì)的發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。

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