基于多信息融合的道路客運車輛及駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)研究*

肖心遠(yuǎn)，李懷俊

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510650）

0 引言

當(dāng)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(biāo)，數(shù)據(jù)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(yán)重?fù)p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(jiān)控，預(yù)防交通事故的發(fā)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(xué)參考依據(jù)，保障乘員、運輸公司的合法權(quán)益，本文建立一套基于多信息融合的道路客運車輛監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)將車輛的位置與速度、車內(nèi)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(shù)進(jìn)行采集，實現(xiàn)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(tǒng)綜合利用了全球衛(wèi)星定位(GPS)、無線通信(Zig?Bee/4G)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、計算機網(wǎng)絡(luò)、射頻識別（RFID）、視頻壓縮處理和安全管理等高新技術(shù)[3-4]，最直觀地監(jiān)控車輛實時圖像、顯示車輛內(nèi)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(huán)節(jié)的信息有效、充分地結(jié)合起來，達(dá)到充分監(jiān)控、調(diào)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(jiān)控系統(tǒng)平臺的構(gòu)建

圖1 監(jiān)控平臺拓普結(jié)構(gòu)圖

本文搭建了道路客運車輛及駕駛員遠(yuǎn)程監(jiān)控專用平臺；開發(fā)了數(shù)據(jù)傳輸性能測試設(shè)備、開發(fā)了專用于客運車輛及駕駛員監(jiān)控的軟件，建成了一套新型數(shù)據(jù)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(jiān)控系統(tǒng)、車輛監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(4G/GPRS/GPS)、監(jiān)控中心管理系統(tǒng)[5]。監(jiān)控平臺拓普結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，其主要硬件構(gòu)成由如下部分構(gòu)成：（1）車輛監(jiān)控，包含各種視頻信號、胎壓信號、車速信號、車輛維修保養(yǎng)等信息的采集；（2）駕駛員監(jiān)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(shè)備用于安裝于車輛駕駛臺上，對該車輛的駕駛員進(jìn)行相關(guān)狀態(tài)檢測監(jiān)控；（3）固定IP外網(wǎng)服務(wù)器，由于4G、GPS設(shè)備終端需要實時與服務(wù)器進(jìn)行通訊，固定IP外網(wǎng)服務(wù)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(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向通訊。該服務(wù)器主要用于與多個4G、GPS終端進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊及駕駛員和車輛狀態(tài)情況查詢服務(wù)；（4）內(nèi)網(wǎng)終合服務(wù)器，主要用于服務(wù)于4G、GPS終端上傳的數(shù)據(jù)存儲，及內(nèi)部相關(guān)服務(wù)；（5）監(jiān)控中心電腦設(shè)備及各分控中心，普通電腦設(shè)備，用于車輛與駕駛員實時監(jiān)控及管理用途。

2 車輛及駕駛員多信息安全監(jiān)控指標(biāo)

流動性強是客運車輛運輸?shù)囊淮筇攸c，客運車輛發(fā)生事故很容易造成重大事故，因此政府和企業(yè)對客運車輛的監(jiān)控也是十分重視，通常對客運車輛采用GPS監(jiān)控系統(tǒng)但功能只局限于：監(jiān)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(tài)及駕駛員的狀態(tài)信息無法實時監(jiān)控，如輪胎氣壓狀態(tài)、車內(nèi)乘員、車輛狀態(tài)、駕駛員狀態(tài)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(jìn)行實時監(jiān)控，詳細(xì)監(jiān)控如表1所示。

3 車輛及駕駛員多信息采集系統(tǒng)

車輛監(jiān)控的信息包括車輛的行駛軌跡、車輛位置、輪胎氣壓、車內(nèi)乘客、車外情況、車輛維護信息、車輛狀態(tài)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(xiàn)通信；車輛狀態(tài)信息通過終端內(nèi)置CAN總線接口，接入汽車CAN總線，采集汽車底盤信息（發(fā)動機冷卻液溫度、機油溫度、機油壓力、發(fā)動機轉(zhuǎn)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(yīng)的模塊通信；對于駕駛員的監(jiān)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(jìn)行監(jiān)控；其監(jiān)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(jiān)控表

圖2 信息采集功能原理圖

4 車輛及駕駛員監(jiān)控信息功能實現(xiàn)

（1）車輛行駛軌跡及位置信息監(jiān)控功能實現(xiàn)

車輛行駛軌跡利用GIS電子地圖及GPS全球定位系統(tǒng)來實現(xiàn)，調(diào)度監(jiān)控中心根據(jù)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(zhǔn)確地顯示車輛當(dāng)時的狀態(tài)（如速度、運行方向等信息）。系統(tǒng)的電子地圖支持矢量和影像地圖顯示，對任意指定區(qū)域的車輛進(jìn)行查詢；可任意放大、縮小、移動電子地圖；可進(jìn)行同屏多窗口顯示監(jiān)控，或?qū)⒛繕?biāo)鎖定在某窗口，自動跟蹤等；監(jiān)控車輛的參數(shù)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(jiān)控功能實現(xiàn)

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

圖3 車輛胎壓監(jiān)控功能實現(xiàn)圖

（3）車內(nèi)乘員及車外情況視頻監(jiān)控功能實現(xiàn)

對于客運車輛而言，車內(nèi)乘員的安全是客運公司及管理部最主要的監(jiān)控點，因此，本系統(tǒng)在車內(nèi)安裝4路防爆視頻攝像頭：一路安裝在前車門，用于監(jiān)控上車及駕駛員駕駛情況；一路安裝在后車門，用于監(jiān)控下車情況；一路安裝于車內(nèi)前部，一路安裝于車內(nèi)后部，用于監(jiān)控整個車內(nèi)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(jiān)控車輛尾部情況，結(jié)合車載雷達(dá)，可實現(xiàn)報警。視頻圖像通過車載終端存儲器可實現(xiàn)存儲，另外也可以通過4G無線通訊，實現(xiàn)無線傳輸，當(dāng)管理人員需要在后臺監(jiān)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(zhuǎn)以及鏡頭的變倍等。其功能實現(xiàn)如圖4所示。

圖4 視頻監(jiān)控功能實現(xiàn)圖

（4）車輛維護信息數(shù)據(jù)庫功能

本系統(tǒng)建立了車輛維護信息數(shù)據(jù)庫，使得車輛監(jiān)控系統(tǒng)具備豐富的數(shù)據(jù)信息，車輛采取RFID卡監(jiān)控。出車、收車均需刷RFID卡；車輛維護保養(yǎng)等采用RFID卡結(jié)算，可記錄車輛維護保養(yǎng)的時間，每次維護保養(yǎng)的費用；可記錄車輛加油的時間，每次加油的費用，實現(xiàn)成本核算；同時還可記錄車輛載/空車狀態(tài)、車牌號、車型、司機名字、所屬單位及通訊聯(lián)系方式等信息。所有這些數(shù)據(jù)，都會錄入后臺監(jiān)控中心的車輛維護信息數(shù)據(jù)庫。

（5）車輛狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫功能

車輛狀態(tài)信息通過終端內(nèi)置CAN總線接口，接入汽車CAN總線，采集汽車底盤信息（包含：發(fā)動機冷卻液溫度、機油溫度、機油壓力、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油量、車輛的分里程、總里程等信息）；這些數(shù)據(jù)信息會接入車載終端，后臺監(jiān)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(jiān)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(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超出車輛允許的安全范圍，則會進(jìn)行報警。

（6）基于ZigBee無線通訊的駕駛員體溫及心率監(jiān)控功能實現(xiàn)

統(tǒng)計表明，在客運車輛的事故發(fā)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(fā)燒的狀態(tài)下開車，有些駕駛員開賭氣車，但駕駛員生病發(fā)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(jiān)控，針對駕駛員的體溫和心率監(jiān)控需求，需采用無線信息傳輸，本文設(shè)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(shù)據(jù)，同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取處理結(jié)果，如果駕駛員的體溫和心率發(fā)現(xiàn)異常，則進(jìn)行語音報警，提醒駕駛員停車休息。其功能實現(xiàn)如圖5所示。

圖5 駕駛員體溫和心率監(jiān)控功能實現(xiàn)圖

（7）駕駛員疲勞監(jiān)控功能實現(xiàn)

當(dāng)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(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析判斷，再進(jìn)行疲勞語音報警，提醒駕駛員停車休息。其功能實現(xiàn)如圖6所示。

圖6 駕駛員疲勞監(jiān)控功能實現(xiàn)

5 后臺監(jiān)控管理中心

后臺監(jiān)控管理中心是整個客運車輛及駕駛員監(jiān)控管理系統(tǒng)的重要組成部分。監(jiān)控中心配置包括了各類功能服務(wù)器、應(yīng)用終端和軟件、監(jiān)控設(shè)備、報警裝置、數(shù)據(jù)庫、實時監(jiān)控大屏等，可實現(xiàn)對網(wǎng)內(nèi)車輛當(dāng)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(shù)以及車內(nèi)外視頻的遠(yuǎn)程監(jiān)視，在監(jiān)控中心的電子地圖上能準(zhǔn)確地顯示車輛實時狀態(tài)。通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)聽及喊話，報警等動作；各類分析預(yù)測和管理軟件可實現(xiàn)對運輸車輛的安全分析和管理、事故預(yù)測、音視頻指揮調(diào)度功能，可提供位置查詢、電子地圖服務(wù)、車輛管理[8]等多種服務(wù)。后臺監(jiān)控中心是整個監(jiān)控管理調(diào)度系統(tǒng)的監(jiān)控指揮中心，所有無線視頻圖像都匯聚到指揮中心，其系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖7所示。

圖7 后臺監(jiān)控管理中心架構(gòu)圖

6 結(jié)論

本文建立一套基于多信息融合的道路客運車輛監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)將車輛的位置與速度，車內(nèi)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(shù)據(jù)等進(jìn)行采集，實現(xiàn)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(tǒng)不僅對車輛進(jìn)行監(jiān)控、同時也對駕駛員進(jìn)行監(jiān)控，提高駕駛員行車安全，減少車輛事故率。